Article Details

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PRODUKSI DAN MODEL PREDIKSI KOMPOSISI KOMPONEN PRODUK PIROLISIS BIOMASSA SAWIT DALAM PYROLYZER LAMBAT SEMI-BATCH

Oleh   Pandit Hernowo [33015001]
Kontributor / Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Yazid Bindar, M.Sc., Ph.D.;Dr. Carolus Borromeus Rasrendra, S.T., M.T.;;
Jenis Koleksi : S3-Disertasi
Penerbit : FTI - Teknik Kimia
Fakultas : Fakultas Teknologi Industri (FTI)
Subjek :
Kata Kunci : persamaan bahan teruap, pirolisis, fraksi massa, yield, bilangan biomassa, cangkang kelapa sawit, tungku tegak tunggal
Sumber :
Staf Input/Edit : Budi Cahyadi  
File : 7 file
Tanggal Input : 2021-10-15 15:01:38

Pirolisis merupakan salah satu teknologi konversi biomassa lignoselulosa menjadi produk char, bahan teruap bio crude oil (BCO), dan bio pirolisis gas (BPG) dengan bantuan panas dan tanpa oksigen. Tiga produk global tersebut merupakan representasi dari perlakuan pirolisis biomassa lignoselulosa yang didekati melalui model persamaan kinetika global basis keadaan padat (solid-state). Solid-state mempelajari proses pelepasan bahan teruap melalui pendekatan terhadap degradasi produk char yaitu peristiwa kehilangan massa biomassa selama proses pirolisis berlangsung. Komponen produk cair BCO merupakan campuran sejumlah senyawa oksigenat sedangkan produk gas BPG merupakan campuran sejumlah gas ringan yang kompleks. Beberapa peneliti menggunakan model persamaan kinetika global basis keadaan padat untuk menjelaskan proses pelepasan masing-masing komponen bahan teruap akan tetapi belum mendapatkan hasil yang memuaskan karena kompleksitas dari senyawa-senyawa penyusun BCO dan BPG. Kebaruan yang dihasilkan pada penelitian ini adalah pengembangan satu paket pemodelan dengan cara modifikasi model prediksi rasio peningkatan bahan teruap (VE) spesifik untuk pirolisis lambat biomassa cangkang kelapa sawit, modifikasi model kinetika global basis keadaan padat metode Kissinger–Akahira–Sunose (KAS) menjadi basis keadaan bahan teruap, modifikasi model prediksi fraksi massa basis bahan teruap. Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji kinerja produksi BCO dan BPG melalui uji eksperimental dan pemodelan persamaan matematika yang diusulkan untuk menghitung fraksi massa komponen (yi) dan yield masing-masing produk pirolisis biomassa sebagai fungsi temperatur, laju pemanasan, bilangan biomassa, energi aktivasi dan konstanta pra-eksponensial. Eksperimen menggunakan pyrolyzer lambat semi-batch yaitu alat analisis produksi proses pirolisis secara gravimetri termal (APP-GT) untuk memvalidasi pemodelan pada skala laboratorium dan alat tungku tegak tunggal untuk melihat kinerja pemodelan pada skala demonstrasi. Karakterisasi produk BCO pada temperatur 500 o C diperoleh asam asetat, asam laurat, asam miristat, asam palmitat, asam kaprat, asam kaprilat, asam oleat, asam erukat, asam stearat, fenol, ii benzena, toluena, etil benzena, xylena, dan air. Sedangkan karakterisasi BPG pada temperatur 500 o C diperoleh metana, karbondioksida, asetilena+etilena, etana, propilena, propana, i-butana, n-butana, i-pentana, n-pentana, hidrogen, karbonmonoksida. Pemodelan yang digunakan merupakan persamaan matematika kinetika reaksi yang digagas berdasarkan konsep kekekalan neraca massa. Hasil pemodelan menunjukkan bahwa model prediksi yang diusulkan terbukti mampu mendekati data-data eksperimen. Proses pelepasan bahan teruap global yang diformulasikan oleh model prediksi yield volatile release (YVY) sebagai jumlah dari komponen yield produk-produk BCO dan BPG terbukti mampu mendekati dengan hasil ekperimen. Model prediksi yield volatile release (YVY) juga mampu beradaptasi dengan model kinetika global basis keadaan bahan padat yang dimodifikasi menjadi basis keadaan bahan teruap untuk mengetahui parameter kinetika global. Peningkatan pelepasan bahan-bahan teruap BCO dan BPG secara signifikan terjadi pada zona devolatilisasi pada proses eksperimen juga mampu didekati oleh model prediksi rasio peningkatan bahan teruap (VE) sebagai fungsi polinomial rasio temperatur pirolisis terhadap temperatur standar. Persamaan model prediksi yield volatile release (YVY) mengungkap bagaimana bahan teruap komponen produk BCO dan BPG terbentuk diturunkan lebih spesifik melalui prediksi fraksi massa komponen (yi) dan pra-ekponensial global. Prediksi fraksi massa komponen memberikan informasi lebih rinci pengaruh temperatur pirolisis pada pembentukan lima belas komponen BCO dan dua belas komponen BPG serta berkorelasi dengan energi aktivasi reaksi semu setiap komponen dalam bentuk polinomial persamaan kuadrat fungsi temperatur. Hasil pemodelan kemudian dilanjutkan pada proses pengembangan skala demonstrasi BCO menggunakan tungku tegak tunggal. Hasil penelitian menunjukkan rasio tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sebagai bahan baku dan bahan bakar adalah 1:6 untuk temperatur pirolisis 300 o C, 1:8 untuk temperatur pirolisis 350 o C, 1:10 untuk temperatur pirolisis 400 o C, 1:12 untuk temperatur pirolisis 450 o C, 1:14 untuk temperatur pirolisis 500 o C. Degradasi biomassa TKKS di dalam tungku lebih dominan disebabkan oleh kendali kinetika reaksi dengan peningkatan temperatur yang sangat cepat pada temperatur kurang dari 450 o C sehingga lebih cepat mendapatkan perolehan bahan teruap. Sedangkan pada temperatur diatasnya degradasi biomassa TKKS terjadi lebih lambat karena dipengaruhi oleh kendali perpindahan panas konduksi di dalam pyrolyzer. Pengembangan satu paket model prediksi persamaan keadaan bahan teruap memberikan efisiensi waktu dalam menyeleksi biomassa yang lebih tepat dalam memproduksi bahan kimia dari biomassa dengan teknik pyrolyzer lambat semibatch. Dengan potensi bahan teruap diketahui dari model prediksi tersebut melalui persamaan polinomial Ea fungsi temperatur sehingga dapat digunakan untuk memprediksi fraksi massa optimal dari komponen tertentu. Model kinetika basis bahan teruap juga dapat digunakan untuk dasar dalam perancangan reaktor untuk berbagai kapasitas hingga skala industri.