ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 213 – 219

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi

## Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Kinetika Reaksi Transesterifikasi Minyak Kedelai Menjadi Biodiesel dengan Katalis CaO
Setiarto Pratigto a,1 , I. Istadi a,2
a Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto, SH. Kampus UNDIP Tembalang, Semarang. Indonesia 50275
* Corresponding author: (1) setiartopratigto@students.undip.ac.id (2) istadi@che.undip.ac.id
https://doi.org/10.14710/jksa.22.5.213-219
Art ic le   Info

## Ab s t rac t
Article history: Received: 5 August 2019
Revised: 27 August 2019 Accepted: 28 August 2019 Online: 30 September 2019
Keywords: CaO catalyst; fluidized bed; CSTR; reaction rate law; soybean oil;
transesterification Title: Kinetics of Transesterification Reaction of Soybean Oil into Biodiesel with CaO Catalyst
The use of biodiesel as an alternative fuel is expected to reduce dependence on fossil fuels.  This  study  aims  to  examine  the  kinetics  of  the  transesterification  reaction  of soybean oil with methanol using a heterogeneous CaO solid base catalyst to determine the corresponding reaction rate law equation. Testing the kinetics of  the reaction  to determine  the  corresponding  reaction  rate  law  equation  was  fitted  in  the transesterification reaction of soybean oil and methanol with a solid CaO catalyst. and reaction  time  (for taking product concentration data) of 180  minutes. The results of dependency analysis of the reaction rate to the reactants showed that methanol was adsorbed  on  the  surface  of  the  catalyst  and  triglycerides  were  not  adsorbed  on  the surface  of  the  catalyst,  so  that  the  possible  reaction  mechanism  of  the  catalytic reaction follows the Eley-Rideal mechanism. Final equation of the reaction rate law (- r A ) model after synchronizing the equation to experimental kinetics reaction data is: - r A =(4,7901(0,7240C A C B -(C C C D /248,2845)))/(0,7240C B +(C C /2,4342)+1). The final reaction rate law model  can be used  in reactor design (the  relationship between the weight  of  the  catalyst  needed  to  achieve  a  certain  triglyceride  conversion  and predicting the reactor volume required).

## Ab s t rak
Kata Kunci: katalis CaO; fluidized bed; CSTR; kecepatan reaksi; minyak kedelai; transesterifikasi Penggunaan  biodiesel  sebagai  bahan  bakar  alternatif  diharapkan  dapat  mengurangi ketergantungan  pada  bahan  bakar  fosil.  Penelitian  ini  bertujuan  mengkaji  kinetika reaksi  transesterifikasi  minyak  kedelai  dengan  metanol  menggunakan  katalis  basa padat  heterogen  CaO  untuk  menentukan  persamaan  kecepatan  reaksi  yang bersesuaian.  Pengujian  kinetika  reaksi  untuk  menentukan  persamaan  kecepatan reaksi yang bersesuaian diuji pada reaksi transesterifikasi minyak kedelai dan metanol dengan katalis padat CaO meliputi analisis ketergantungan kecepatan reaksi terhadap perbandingan mol reaktan pada parameter proses suhu reaksi 60°C, berat katalis 3% (%b/v), dan  waktu  reaksi  (untuk  pengambilan  data  konsentrasi  produk)  180  menit. Hasil  analisis  ketergantungan  reaktan-reaktan  menunjukkan  bahwa  metanol teradsorpsi  di  permukaan  katalis  dan  trigliserida  tidak  teradsorpsi  di  permukaan katalis, sehingga mekanisme reaksi katalitik mungkin terjadi mengikuti mekanisme Eley-Rideal. Bentuk persamaan kecepatan akhir laju reaksi (-r A ) setelah sinkronisasi model  persamaan  dengan  data-data  eksperimen  kinetika  reaksi  adalah:  - r A =(4,7901(0,7240C A C B -(C C C D /248,2845)))/(0,7240C B +(C C /2,4342)+1).
Persamaan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 213 – 219
akhir  kecepatan  reaksi  tersebut  dapat  digunakan  dalam  perancangan  reaktor (hubungan antara berat katalis yang diperlukan untuk mencapai konversi trigliserida tertentu dan memprediksi volume reaktor).

## 1. Pendahuluan
Biodiesel  adalah  senyawa  ester  asam  lemak  yang dihasilkan dari proses transesterifikasi minyak (trigliserida)  maupun  esterifikasi  asam  lemak  yang berasal  dari  minyak  nabati  atau  hewani  dengan  alkohol rantai  pendek.  Kandungan  asam  lemak  bebas  atau free fatty acid (FFA) bahan baku merupakan salah satu faktor penentu jenis proses pembuatan biodiesel. Minyak murni ( refined vegetable oil ) pada umumnya, memiliki kadar FFA rendah (< 2%) sehingga dapat langsung diproses dengan metode transesterifikasi. Jika kadar FFA minyak tersebut masih tinggi (>2%), sebelumnya perlu dilakukan proses esterifikasi.  Berdasarkan  kondisi  tersebut,  proses produksi  biodiesel  perlu  dilakukan  analisis  kadar  FFA terlebih dahulu. Bahan baku dalam pembuatan biodiesel misalnya  minyak  goreng  bekas  [1],  minyak  jarak  [2], minyak  kacang  tanah  [3],  minyak  sawit  [4],  minyak kelapa,  minyak  kedelai  [5,  6,  7],  minyak  biji  kapuk, minyak biji karet, minyak kemiri sunan, minyak rapeseed [8], dan minyak bunga matahari [9]. Pada penelitian ini digunakan  minyak  kedelai  murni  ( refined  soybean  oil ) karena  kajian  ini  hanya  berfokus  pada  kinetika  reaksi transesterifikasi,  namun  bukan  pada  pengembangan prosesnya.
Penggunaan  katalis  homogen  memiliki  kekurangan sebab katalis terlarut sempurna dalam gliserol dan larut sebagian dalam biodiesel sehingga sulit dipisahkan pada proses pemurnian produk. Katalis heterogen lebih mudah dalam pemisahan dan pemurnian produk biodiesel yang dapat  mengurangi  biaya  produksi  biodiesel,  dapat digunakan  kembali, eco-friendly , dan  ramah  lingkungan [10].  Kalsium  oksida  (CaO)  banyak  digunakan  untuk reaksi  transesterifikasi,  karena  memiliki  kekuatan  basa yang  relatif  tinggi,  ramah  lingkungan,  kelarutan  yang rendah dalam metanol, dan dapat disintesis dari sumber yang murah seperti batu kapur, kalsium hidroksida, batu gamping,  dan  yang  lainnya  yang  mengandung  kalsium karbonat (CaCO 3 ; mineral kalsit) [11, 12]. Katalis CaO dapat digunakan pada reaksi transesterifikasi karena sifat basa yang  kuat  [13,  14].  Katalis  CaO  dapat  dihasilkan  dari dekomposisi CaCO 3 pada suhu yang tinggi [14]. Peneliti- peneliti  sebelumnya  tentang  penggunaan  CaO  sebagai katalis  pada  proses  produksi  biodiesel  belum memfokuskan kajiannya pada kinetika untuk memperoleh persamaan kecepatan reaksi heterogen yang memperhatikan fenomena-fenomena adsorpsi-desorpsi reaktan  dan/atau  produk,  namun  kebanyakan  masih bersifat  global  atau  terlalu  sederhana.  Pendekatan kinetika  penelitian  ini  berbeda  dengan  peneliti sebelumnya  yang  kebanyakan  merumuskan  kinetika kecepatan  reaksi  berdasarkan  hasil  pengamatan eksperimen secara empiris menggunakan asumsi model kinetika  reaksi  katalisis  yang  terlalu  sederhana (misalnya: simple dan Power  Law )  [15,  16,  17,  18,  19].
Penelitian-penelitian  tersebut  tidak  mengkaji  prediksi mekanisme reaksi yang terjadi.
Penelitian ini mengkaji kinetika reaksi transesterifikasi (penentuan persamaan hukum kecepatan  reaksi)  minyak  kedelai  dengan  metanol menggunakan katalis kalsium oksida dengan memperhatikan parameter-parameter suhu reaksi, rasio mol  reaktan,  waktu  reaksi,  dan  konsentrasi  katalis terhadap konversi trigliserida. Hasil analisis ketergantungan kecenderungan kecepatan reaksi terhadap  masing-masing  perbandingan  reaktan  akan menentukan  mekanisme  reaksi  katalisis  (adsorpsi, desorpsi, reaksi permukaan) yang sesuai sehingga dapat menentukan  model  bentuk  persamaan  kecepatan  reaksi transesterifikasi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk  mengkaji  kinetika  reaksi  transesterifikasi  minyak kedelai  menjadi  biodiesel  menggunakan  katalis  padat CaO  untuk  mendapatkan  model  persamaan  kecepatan reaksi heterogen. Kajian kinetika penelitian ini meliputi: prediksi mekanisme yang sesuai dengan data eksperimen melalui  analisis  ketergantungan  perubahan  laju  reaksi terhadap  perubahan  masing-masing  reaktan  dan perumusan persamaan akhir laju reaksi. Persamaan laju reaksi  yang  dihasilkan  dapat  dipakai  pada  desain perancangan reaktor.

## 2. Metodologi

## 2.1. Bahan
Bahan-bahan  penelitian  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah minyak kedelai 100%, CaCO 3 (Merck, 99%), dan Metanol (99,9%, Merck).

## 2.2. Pembuatan dan Karakterisasi Katalis CaO
Proses  pembuatan  katalis  CaO  mengikuti  metode yang dilakukan oleh Kouzu dkk. [5] dengan cara kalsinasi padatan CaCO 3 dalam furnace pada suhu 800°C selama 2 jam.  Setelah  dikalsinasi  selama  2  jam,  padatan  CaO dibiarkan mencapai suhu kamar 27°C dan dimasukkan ke dalam  desikator  untuk  mencegah  terjadinya  kontak antara  permukaan  katalis  dengan  uap  air  di  dalam ruangan,  yang  mengakibatkan  menurunnya  kekuatan basa  katalis.  Luas  permukaan  katalis, volume  pori  total, dan  ukuran  pori  dianalisis  dengan  metode  Barrett, Joyner, Halenda (BJH) menggunakan peralatan Quantachrome  NOVA  tipe  1200e,  struktur  kristal  dan kristalinitas  menggunakan  metode  X-ray  Difraction (XRD)  (Shimadzu),  dan  morfologi  permukaan  katalis dianalisis  menggunakan  Scanning  Electron  Microscopy (SEM) (JEOL).

## 2.3. Pengujian Katalis untuk Reaksi Transesterifikasi dengan Katalis CaO
Gambar  1  menunjukkan  rangkaian  alat  reaksi transesterifikasi  untuk  pengujian  katalis  dalam  reaktor
fluidized CSTR, yang terdiri dari labu leher tiga (1), yang dilengkapi  dengan  pengaduk  (8), kondenser refluks  (6), elbow  (7),  adapter  (10)  dan  termometer  (3).  Pengaduk digerakkan  oleh  motor  penggerak  (4)  dengan  pengatur motor controller (5). Rangkaian diletakkan pada pemanas mantel (M-Top Heating Mantle MS-E) (2) yang berada di atas  rangka  portable  (11)  yang  dilengkapi  dengan  statif dan  klem  (9).  Selang  air  pendingin  menghubungkan ujung bawah dan atas kondenser refluks.
Gambar 1 . Rangkaian alat reaksi transesterifikasi: (1) labu leher tiga, (2) heating mantle , (3) termometer, (4) motor penggerak, (5) motor controller , (6) condenser reflux , (7) elbow , (8) pengaduk, (9) statif dan klem, (10) adapter, dan (11) rangka portable.
Minyak  kedelai,  metanol,  dan  katalis  CaO dimasukkan ke dalam labu leher tiga. Perbandingan mol umpan  trigliserida  (A)  terhadap  metanol  (B)  bervariasi sesuai  variabel  penelitian  pada  analisis  ketergantungan terhadap reaktan. Larutan dipanaskan sampai suhu stabil pada  60°C  (di  bawah  titik  didih  metanol  64,7°C)  dan diaduk selama 3 jam. Produk didinginkan dan dipisahkan pada  corong  pemisah,  didiamkan  semalam  hingga terbentuk  3-4  lapisan,  yaitu:  lapisan  atas  metanol  sisa, lapisan tengah metil ester, dan lapisan bawah sisa minyak kedelai, gliserol, dan katalis. Produk metil ester dianalisis menggunakan  GC-MS.  Hasil  reaksi  transesterifikasi berupa  konsentrasi fatty  acid  methyl  ester (FAME)  diuji dengan  kromatografi  gas-spektrometri  massa  (GC-MS) merek Shimadzu.

## 2.4. Pengujian Kinetika Reaksi untuk Memperoleh
Model Persamaan Kecepatan Reaksi
Kajian  kinetika  reaksi  meliputi:  (1).  analisis ketergantungan  perubahan  laju  reaksi  terhadap perubahan  perbandingan  masing-masing  reaktan;  (2) prediksi  mekanisme  reaksi  yang  sesuai  dengan  data eksperimen;  dan  (3).  perumusan  persamaan  akhir kecepatan reaksi. Dari analisis ketergantungan kecepatan reaksi  (-r A )  terhadap  konsentrasi  reaktan  diperoleh prediksi  model  kecepatan  reaksi.  Model  persamaan kecepatan  reaksi  ini  kemudian  dilakukan curve  fitting terhadap data-data eksperimen (hubungan antara variasi konsentrasi  dengan  kecepatan  reaksi)  menggunakan aplikasi  Polymath  (dipilih  berdasarkan  koefisien determinasi  R 2 yang  paling besar), sehingga  didapatkan besarnya parameter1-parameter model. Model persamaan kecepatan reaksi akhir yang dihasilkan dapat dipakai pada desain perancangan reaktor. Dalam tahapan
ini, hubungan antara berat katalis yang dibutuhkan oleh reaksi  dan  konversi  trigliserida  menjadi  biodiesel  dapat diketahui  sehingga  jumlah  kebutuhan  katalis  untuk mencapai  tingkat  konversi  tertentu  dapat  diprediksi. Lebih  jauh  lagi,  perhitungan  volume  reaktor  yang dibutuhkan  untuk  mencapai  konversi  reaksi  tersebut dapat dilakukan.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1. Karakterisasi Katalis
Katalis  CaO  yang  digunakan  pada  transesterifikasi minyak kedelai menjadi biodiesel bersifat  basa kuat dan mempunyai  kristalinitas  yang  baik  jika  dikalsinasi  pada suhu  800°C  dengan  struktur  dominan  adalah  CaO disamping  masih  ada  struktur  lainnya  (CaCO 3 )  dan Ca(OH) 2 (berdasarkan  hasil  karakterisasi  XRD  pada Gambar  2)  [20,  21].  Katalis  CaO  ini  juga  mempunyai mempunyai  morfologi  permukaan  yang  seragam berdasarkan  pada  hasil  pengujian  SEM  (Gambar  3). Katalis CaO ini mempunyai luas permukaan 37,983 m 3 /g, volume  pori  0,141  cm 3 /g,  dan  radius  pori  19,084 Å berdasarkan  pengujian  menggunakan  metode  BJH. Logam oksida dengan luas permukaan 37,983 m 3 /g dapat menjamin  bahwa  reaksi  transesterifkasi  dapat  berjalan dengan  baik  di  permukaan  katalis  dan  di  dalam  pori katalis.
Gambar 2. Struktur kristal katalis CaO dengan X-ray
Diffraction
Gambar 3. Morfologi permukaan katalis CaO dengan SEM
3.2. Analisis Ketergantungan Kecepatan Reaksi terhadap Reaktan pada Pengujian Transesterifikasi
Pengujian katalis dalam rangka kajian kinetika reaksi transesterifikasi dilakukan pada reaktor batch , sedangkan konsentrasi  produk  dipantau  pada  saat  reaksi  dianggap
2 θ ( o ) In te n si ty (a .u .)
sudah mencapai keadaan tunak ( steady state ) pada kondisi perbandingan  umpan  yang  berbeda-beda . Reaktan minyak  kedelai  (trigliserida)  dan  metanol  bereaksi melewati katalis padat CaO menghasilkan biodiesel (metil ester) dan gliserol menurut persamaan reaksi berikut:
Trigliserida  +  3 Metanol 3 Metil ester  +  Gliserol  (1) A B C D
Kondisi pada pengujian reaktor batch dengan katalis 3% CaO yang digunakan pada penelitian ini adalah  suhu reaksi  60°C  dan  waktu  reaksi  180  menit.  Tabel  1 menunjukkan  bahwa  pada  run  nomor  4,  5,  6  dan  7, konsentrasi metanol ( C B ) menurun dan kecepatan reaksi (- r A ) juga menurun. Begitu juga pada run nomor 1, 2 dan 3,  konsentrasi  metanol  ( C B )  menurun,  sedangkan kecepatan  reaksi  (- r A )  juga  menurun.  Penurunan kecepatan  reaksi  (- r A )  diakibatkan  oleh  menurunnya konsentrasi  metanol  ( C B )  ini  menunjukkan  bahwa metanol  teradsorpsi  pada  permukaan  katalis  pada  saat reaksi  berlangsung  (berdasarkan  pernyataan  Fogler [22]).
Tabel 1 . Data ketergantungan kecepatan reaksi (- r A ) terhadap konsentrasi reaktan metanol ( C B ) pada konsentrasi trigliserida ( C A ) relatif konstan
Run Rasio molar C A C B 𝐶 𝐶 𝐶 𝐷 - r A exp , ( 𝑚𝑜𝑙 𝑔𝑐𝑎𝑡.𝑠 ) A B Trigliserida (mol/L) Metanol (mol/L) Biodiesel (mol/L) Gliserol (mol/L) 1 1 20 1,70 34,06 1,59 6,19 9,85 x 10 -6 2 1 15 1,91 28,68 1,72 5,59 9,48 x 10 -6 3 1 10 2,20 21,95 1,97 4,51 9,46 x 10 -6 4 1 8 2,32 18,59 2,08 4,13 9,44 x 10 -6 5 1 6 2,48 14,87 2,20 3,64 9,39 x
10 -6
6 1 3 2,74 8,23 2,42 2,33 9,31 x 10 -6 7 1 2 2,85 5,69 2,48 2,28 9,22 x 10 -6
Evaluasi  yang  sama  dilakukan  untuk  mengetahui kecenderungan hasil yang diperoleh pada berbagai variasi konsentrasi  trigliserida  pada  konsentrasi  metanol  yang relatif  konstan.  Dengan  asumsi  bahwa  ukuran  partikel katalis dalam menentukan kecepatan reaksi dikendalikan oleh  reaksi  permukaan,  bukan  adsorpsi  dan  desorpsi. Sehingga  ukuran  partikel  sekecil  mungkin  tidak mempengaruhi hasil tersebut dalam hal ini adsorpsi dan desorpsi  diabaikan.  Pada  Tabel  2  run  nomor  1  sampai  7, konsentrasi  trigliserida ( C A )  meningkat tidak signifikan, sedangkan  konsentrasi  metanol  ( C B ) relatif  konstan namun kecepatan reaksi semakin menurun.
Kecenderungan ini menunjukkan bahwa trigliserida tidak teradsorpsi  pada  permukaan  katalis  pernyataan  oleh Fogler[22].
Tabel 2 . Data ketergantungan kecepatan reaksi ( −r A ) terhadap konsentrasi reaktan trigliserida ( C A ) pada konsentrasi metanol ( C B ) relatif konstan
Run Rasio molar C A C B 𝐶 𝐶 𝐶 𝐷 -r A exp,
( 𝑚𝑜𝑙 𝑔𝑐𝑎𝑡.𝑠 ) A  B  Trigliserida (mol/L) Metanol (mol/L) Biodiesel (mol/L) Gliserol (mol/L) 1 0,3  6 0,20 4,09 0,53 3,31 3,26 x 10 -6 2 0,4  6 0,29 4,31 0,52 3,26 2,90 x 10 -6 3 0,6  6 0,44 4,40 0,59 2,93 2,83 x 10 -6 4  0,75  6 0,57 4,53 0,60 2,88 2,71 x 10 -6 5 1  6 0,80 4,83 0,60 2,82 2,56 x 10 -6 6 2  6 1,61 4,84 0,58 2,77 2,25 x 10 -6 7 3  6 2,44 4,90 0,60 2,71 2,22 x 10 -6
Hasil  analisis  dari  kedua  tabel  menyatakan  bahwa metanol teradsorpsi di permukaan katalis dan trigliserida tidak  teradsorpsi  di  permukaan  katalis,  menunjukkan bahwa  mekanisme  reaksi  katalitik  yang  terjadi  adalah mekanisme  Eley-Rideal  di  mana  salah  satu  reaktan teradsorpsi  pada  permukaan  katalis.  Oleh  karena  itu, reaksi  yang  mungkin  terjadi  adalah  metanol  (B) teradsorpsi  pada  permukaan  katalis  bereaksi  dengan trigliserida  (A)  pada  fase  cairnya  menghasilkan  metil ester (C) dan gliserol (D).
Mekanisme reaksi permukaan yang mungkin terjadi adalah:
✓ A fase cair + B teradsorpsi C teradsorpsi +
D fase cair (tipe 1)
✓ A  fase  cair  + B  teradsorpsi
C  fase  cair  +  D teradsorpsi (tipe 2)
Model  kinetika  reaksi  katalitiknya  dapat  disusun sebagai berikut:
1. Reaksi tipe 1: A + B•S
C•S + D

## a. Adsorpsi B pada permukaan katalis S
Kecepatan adsorpsi B:
−𝑟 𝐴 = 𝑘 𝐵 (𝐶 𝐵 − 𝐶𝐶𝐶𝐷 𝐾𝐵𝐾𝐶𝐾𝑆𝐶𝐴 ) 𝐶𝐶𝐶𝐷 𝐾𝐶𝐾𝑆𝐶𝐴 + 𝐶𝐶 𝐾𝐶 + 1 (1)
b. Reaksi permukaan katalis S
Kecepatan reaksi permukaan:
−𝑟 𝐴 = 𝑘 𝑆 (𝐾 𝐵 𝐶 𝐴 𝐶 𝐵 − 𝐶𝐶𝐶𝐷 𝐾𝐶𝐾𝑆 ) 𝐾 𝐵 𝐶 𝐵 + 𝐶𝐶 𝐾𝐶 + 1 (2)
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 213 – 219 217
c. Desorpsi C pada permukaan katalis S Kecepatan desorpsi C:
−𝑟 𝐴 = 𝑘 𝐶 ( 𝐾𝐵𝐾𝑆𝐶𝐴𝐶𝐵 𝐶𝐷 − 𝐶𝐶 𝐾𝐶 ) 𝐾 𝐵 𝐶 𝐵 + 𝐾𝐵𝐾𝑆𝐶𝐴𝐶𝐵 𝐶𝐷 + 1
(3) 2. Reaksi tipe 2: A + B•S C + D•S

## a. Adsorpsi B pada permukaan katalis S
Kecepatan adsorpsi B:
−𝑟 𝐴 = 𝑘 𝐵 (𝐶 𝐵 − 𝐶𝐶𝐶𝐷
𝐾𝐵𝐾𝐷𝐾𝑆𝐶𝐴 ) 𝐶𝐶𝐶𝐷 𝐾𝐷𝐾𝑆𝐶𝐴 + 𝐶𝐷 𝐾𝐷 + 1 (4)

## b. Reaksi permukaan katalis S
Kecepatan reaksi permukaan:
−𝑟 𝐴 = 𝑘 𝑆 (𝐾 𝐵 𝐶 𝐴 𝐶 𝐵 − 𝐶𝐶𝐶𝐷 𝐾𝐷𝐾𝑆 ) 𝐾 𝐵 𝐶 𝐵 + 𝐶𝐷 𝐾𝐷 + 1 (5)
c. Desorpsi C pada permukaan katalis S
Kecepatan desorpsi C:
−𝑟 𝐴 = 𝑘 𝐷 ( 𝐾𝐵𝐾𝑆𝐶𝐴𝐶𝐵 𝐶𝐶 − 𝐶𝐷 𝐾𝐷 ) 𝐾 𝐵 𝐶 𝐵 + 𝐾𝐵𝐾𝑆𝐶𝐴𝐶𝐵 𝐶𝐶 + 1 (6)
Analisis  kesesuaian  antara fitting  model kecepatan reaksi ke data eksperimen untuk menentukan parameter- parameter model kecepatan reaksi adalah: (1) dependent variable : – r A , (2) independent variable : C A , C B , C C , C D , dan (3) parameter-parameter  model :  k B ,  k S , k C , k D , K B , K S , K C , K D ,  di  mana −r A adalah  kecepatan  reaksi  (mol/gcat.s), secara berurutan C A , C B , C C , C D adalah konsentrasi reaktan trigliserida  (mol/L),  konsentrasi  reaktan  metanol (mol/gcat),  konsentrasi  produk  biodiesel  (mol/L), konsentrasi produk gliserol (mol/L), sedangkan k B , k S , k C , k D secara berurutan adalah konstanta kecepatan adsorpsi B  (s -1 ),  konstanta  kecepatan  adsorpsi  S  (s -1 ),  konstanta kecepatan adsorpsi C (s -1 ), konstanta kecepatan adsorpsi D (s -1 ). Sementara itu, K B , K S , K C , dan K D secara berurutan adalah  konstanta  kesetimbangan  desorpsi  B,  konstanta kesetimbangan  desorpsi  S,  konstanta  kesetimbangan desorpsi  C,  dan  konstanta  kesetimbangan  desorpsi  D. Dari  hasil Curve fitting menggunakan  aplikasi Polymath , diperoleh nilai k S = 4,7901; K B = 0,7240; K S = 101,9984; dan K C = 2,4342, dengan  nilai terdekat  R 2 = 0,8835. Hasil dari curve  fitting  model  persamaan  kecepatan  reaksi  (- r A ) pada data-data  eksperimen  diperoleh  model  persamaan kecepatan  reaksi  yang  sesuai  dengan  Persamaan  (2) adalah:
−r A = 4,7901 (0,7240 C A C B − CCCD (248,2845) ) 0,7240 C B + CC 2,4342 + 1 (7)
dengan  nilai  koefisien  determinasi  R 2 sebesar  0,8835 untuk  katalis  CaO  3%  pada  reaksi  transesterifikasi trigliserida  dan  metanol  menghasilkan  biodiesel  pada reaktor  batch.  Persamaan  kecepatan  reaksi  yang
dihasilkan  tersebut  Persamaan  (7)  dapat  digunakan untuk  perhitungan  berat  katalis  yang  dibutuhkan  pada desain  reaktor  skala  industri  yang  beroperasi sebagaimana reaktor fluidized CSTR saat keadaan steady . Implementasi  dari  hasil  model  persamaan  kecepatan reaksi  (- r A )  dapat  digunakan  pada  perhitungan  desain reaktor  terutama  hubungan  antara  berat  katalis  yang dibutuhkan  dengan  laju  alir  umpan  dan  target  konversi yang  ingin  dicapai, sesuai dengan  neraca  massa  sebagai berikut:
In – Out + Generation = Accumulation (8)
F A0 − F A + (−r A ). W  = 0 (Steady) (9)
W = F A0 − F A −r A (10) W = F A0 .X −r A (11)
Dari  persamaan  (11)  diperoleh  hubungan  berat katalis  (W)  sebagai  fungsi  dari  konversi  trigliserida  (X) dengan  menggunakan  data  Tabel  1,  yang  ditunjukkan pada Tabel 3 dan Gambar 2.
Tabel 3. Hubungan antara konversi trigliserida menjadi biodiesel (X) sebagai fungsi berat katalis (W)
Rasio molar 𝐹 𝐴0 -r A exp X W (gcat) Trigliserida A Metanol B (mol trigliserida/s) ( 𝑚𝑜𝑙 𝑔𝑐𝑎𝑡. 𝑠 ) 1 20 7,88 x 10 -5 9,85 x 10 -6 0,93 7,46 1 15 8,85 x 10 -5 9,48 x 10 -6 0,90 8,38 1 10 1,02 x 10 -4 9,46 x 10 -6 0,90 9,62 1 8 1,08 x 10 -4 9,44 x 10 -6 0,89  10,19 1 6 1,15 x 10 -4 9,39 x 10 -6 0,89  10,86 1 3 1,27 x 10 -4 9,31 x 10 -6 0,88  12,02 1 2 1,32 x 10 -4 9,22 x 10 -6 0,87  12,48
Gambar 2 . Hubungan antara konversi trigliserida (X) dan berat katalis (W) yang dibutuhkan pada reaktor yang beroperasi sebagaimana fluidized CSTR.
Sebagai  contoh  pada  desain  reaktor,  jika  diambil asumsi bulk  density dalam  reaktor fluidized CSTR  adalah 0,5  g/mL,  maka  perhitungan  volume  reaktor  yang dibutuhkan  jika  berat  katalis  (W)  7,46  g  untuk memperoleh  konversi  93%  adalah  14,92  mL.  Lebih lengkap  perhitungan  berat  katalis  dan  volume  reaktor yang  diperlukan  ditunjukkan  pada  Tabel  4.  Cara perhitungan  desain  reaktor  ini  dapat  juga  diterapkan pada skala yang lebih besar untuk menghitung kebutuhan katalis  pada  volume  reaktor  tertentu  untuk  mencapat konversi tertentu.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 213 – 219 218
Tabel 4 . Prediksi berat katalis dan volume reaktor operasi fluidized CSTR untuk berbagai variasi kebutuhan katalis. Rasio molar -r A exp X W (gcat) V reaktor (mL) Trigliserida A Metanol B ( 𝑚𝑜𝑙 𝑔𝑐𝑎𝑡. 𝑠 ) 1 20 9,85 x 10 -6 0,93 7,46 14,92 1 15 9,48 x 10 -6 0,90 8,38 16,76 1 10 9,46 x 10 -6 0,90 9,62 19,24 1 8 9,44 x 10 -6 0,89 10,19 20,38 1 6 9,39 x 10 -6 0,89 10,86 21,72 1 3 9,31 x 10 -6 0,88 12,02 24,04 1 2 9,22 x 10 -6 0,87 12,48 24,96

## 4. Kesimpulan
Pada  penelitian  ini,  mekanisme  reaksi  yang  paling mungkin terjadi pada reaksi transesterifikasi trigliserida dan metanol menjadi biodiesel menggunakan katalis CaO adalah  mekanisme Eley  Rideal ,  di  mana  metanol teradsorpsi  di  permukaan  katalis  CaO  yang  bereaksi dengan  trigliserida  (minyak  kedelai)  pada  fase  cairnya untuk  menghasilkan  produk  biodiesel  dan  gliserol. Bentuk model persamaan kecepatan reaksi transesterifikasi minyak kedelai dan metanol menggunakan
katalis
CaO yaitu: −r A = 4,7901 (0,7240 C A C B − CCCD (248,2845) ) 0,7240 C B + CC 2,4342 + 1 .  Persamaan  ini  dapat  digunakan dalam  perancangan  reaktor,  sehingga  hubungan  antara konversi trigliserida menjadi biodiesel dengan kebutuhan berat  katalis  dan  volume  reaktor  yang  diperlukan  dapat diprediksi.

## Notasi dan keterangan
A = trigliserida B = metanol −r A
= kecepatan reaksi (mol/gcat.s)
−r A exp = kecepatan reaksi eksperimen (mol/gcat.s)
C A = konsentrasi reaktan trigliserida (mol/gcat)
C B = konsentrasi reaktan metanol (mol/gcat) C C = konsentrasi produk biodiesel (mol/gcat) C D = konsentrasi produk gliserol (mol/gcat) k B = konstanta kecepatan adsorpsi B k S = konstanta kecepatan adsorpsi S k C = konstanta kecepatan adsorpsi C k D = konstanta kecepatan adsorpsi D K B = konstanta kesetimbangan desorpsi B K S = konstanta kesetimbangan desorpsi S K C = konstanta kesetimbangan desorpsi C K D = konstanta kesetimbangan desorpsi D
−𝑟 𝐵 ′ = kecepatan alir metanol
𝑟 𝐶 ′ = kecepatan reaksi biodiesel ∆𝑊 = berat katalis 𝑣 0 = laju alir awal

## Daftar Pustaka
[1]  Thi Tuong Vi Tran, Sunanta Kaiprommarat, Suwadee Kongparakul,  Prasert  Reubroycharoen,  Guoqing Guan,  Manh  Huan  Nguyen, Chanatip  Samart, Green biodiesel production from waste cooking oil using an environmentally  benign  acid  catalyst, Waste
Management , 52, (2016) 367-374 https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.03.053
[2]  Nuria  Sánchez,  Ramiro  Sánchez,  José  M.  Encinar, Juan F. González, Gloria Martínez, Complete analysis of  castor  oil  methanolysis  to  obtain  biodiesel, Fuel , 147, (2015) 95-99 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.01.062
[3]  Ali  A.  Jazie,  H.  Pramanik,  A.  S.  K.  Sinha, Transesterification of peanut and rapeseed oils using waste  of  animal  bone  as  cost  effective  catalyst, Materials for  Renewable and  Sustainable Energy , 2, 2,
(2013) 11
https://doi.org/10.1007/s40243-013-0011-4
[4]  Y. C. Wong, Y. P. Tan, Y. H. Taufiq-Yap, I. Ramli, H. S. Tee,  Biodiesel  production  via  transesterification  of palm  oil by  using  CaO – CeO2  mixed  oxide  catalysts,
Fuel , 162, (2015) 288-293 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.09.012
[5]  Masato  Kouzu,  Takekazu  Kasuno,  Masahiko  Tajika, Yoshikazu  Sugimoto,  Shinya  Yamanaka,  Jusuke Hidaka,  Calcium  oxide  as  a  solid  base  catalyst  for transesterification of soybean oil and its application to  biodiesel  production, Fuel ,  87,  12,  (2008)  2798- 2806 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.10.019
[6]  Yongsheng Lu, Zaiwu Zhang, Yunfeng Xu, Qiang Liu, Guangren  Qian,  CaFeAl  mixed  oxide  derived heterogeneous  catalysts  for  transesterification  of soybean oil to biodiesel, Bioresource Technology , 190,
(2015) 438-441 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.02.046
[7]  Francisco  Javier  Palacios-Nereo,  Pilar  Olivares- Carrillo, Antonia Pérez de los Ríos, Joaquín Quesada- Medina,  High-yield  non-catalytic  supercritical transesterification of soybean oil to biodiesel induced by gradual heating in a batch  reactor, The Journal of Supercritical Fluids , 111, (2016) 135-142 https://doi.org/10.1016/j.supflu.2016.01.022
[8]  Boyang  Wang,  Shufen  Li,  Songjiang  Tian,  Rihua Feng, Yonglu Meng, A new solid base catalyst for the transesterification  of  rapeseed  oil  to  biodiesel  with methanol, Fuel , 104, (2013) 698-703 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.08.034
[9] Milan  D.  Kostić,  Alireza  Bazargan,  Olivera  S. Stamenković,  Vlada  B.  Veljković,  Gordon  McKay, Optimization  and  kinetics  of  sunflower  oil methanolysis  catalyzed  by  calcium  oxide-based catalyst derived from palm kernel shell biochar, Fuel , 163, (2016) 304-313 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.09.042
[10] Marcos  Sánchez,  Jorge  M.  Marchetti,  Noureddin  El Boulifi,  José  Aracil,  Mercedes  Martínez,  Kinetics  of Jojoba  oil  methanolysis  using  a  waste  from  fish industry  as  catalyst, Chemical  Engineering  Journal , 262, (2015) 640-647 https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.09.088
[11]  Chawalit Ngamcharussrivichai, Pramwit Nunthasanti, Sithikorn Tanachai, Kunchana Bunyakiat, Biodiesel production through
transesterification  over  natural  calciums, Fuel Processing Technology , 91, 11, (2010) 1409-1415 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.05.014
[12] Masoud  Zabeti,  Wan  Mohd  Ashri  Wan  Daud, Mohamed  Kheireddine  Aroua,  Activity  of  solid catalysts  for  biodiesel  production:  A  review, Fuel
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 213 – 219 219
Processing  Technology ,  90,  6,  (2009)  770-777 https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2009.03.010
[13] Peng-Lim Boey, Gaanty Pragas Maniam, Shafida Abd
Hamid,  Performance  of  calcium  oxide  as  a heterogeneous  catalyst  in  biodiesel  production:  A review, Chemical  Engineering  Journal ,  168,  1,  (2011) 15-22 https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.01.009
[14] Masato Kouzu, Jyu-suke Hidaka, Transesterification of  vegetable  oil  into  biodiesel  catalyzed  by  CaO:  A review, Fuel , 93, (2012) 1-12 https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.09.015
[15] Masduki,  Sutijan,  Arief  Budiman,  Kinetika  Reaksi Esterifikasi Palm Fatty Acid Distilate (PFAD) menjadi
Biodiesel dengan
Katalis
Zeolit-Zirkonia
Tersulfatasi, Jurnal Rekayasa  Proses , 7, 2, (2014) 58-
63 https://doi.org/10.22146/jrekpros.4953
[16] Buchori  Luqman,  Budi  Sasongko  Setia,  Kinetika Transesterifikasi Biodiesel Jarak Pagar, Teknik , 33, 2,
(2012) 52-57 https://doi.org/10.14710/teknik.v33i2.4383
[17] Elizabeth  DC  Sidabutar,  M  Nur  Faniudin,  M  Said, Pengaruh  Rasio  Reaktan  Dan  Jumlah  Katalis Terhadap  Konversi  Minyak  Jagung  Menjadi  Metil Ester, Jurnal Teknik Kimia , 19, 1, (2013) 40-49
[18] Tuti Indah Sari, M Said, Ani Karlena Sari, Katalis Basa Heterogen  Campuran  CaO  &  SrO  Pada  Reaksi Transesterifikasi  Minyak  Kelapa  Sawit, Seminar Nasional AvoER , Palembang, (2011) 482-493
[19] Isalmi Aziz, Kinetika Reaksi Transesterifikasi Minyak
Goreng Bekas, Jurnal Kimia Valensi , 1, 1, (2007) 19-23
https://doi.org/10.15408/jkv.v1i1.209 .
[20] Nurhayati,  Muhdarina,  Amilia  Linggawati,  Sofia Anita,  Tengku  Ariful  Amri,  Preparation  and Characterization  of  Calcium  Oxide  Heterogeneous Catalyst  Derived  from  AnadaraGranosaShell  for Biodiesel Synthesis, in:  1st International Conference on Science and Engineering, Pekanbaru, 2015.
[21] T.  N.  Blanton,  C.  L.  Barnes,  D-75  Quantitative Analysis  of  Calcium  Oxide  Desiccant  Conversion  to Calcium  Hydroxide  Using  X-ray  Diffraction, Powder Diffraction , 19, 2, (2004) 201-201 http://doi.org/10.1154/1.1779815
[22] H.  Scott  Fogler,  Elements  of  Chemical  Reaction Engineering, Prentice Hall, 2016.