Judul: Simulation of Reactant Mixing in Biodiesel Production using Static Mixing Reactor
Abstrak: Penggunaan pengaduk statik untuk produksi biodiesel mampu memberikan hasil yang baik, serta dapat mengurangi penggunaan katalis. Pengaduk statik dapat meningkatkan ketercampuran minyak dan metanol sehingga FAME yang dihasilkan pada modul terakhir meningkat dan diharapkan dapat mencapai tingkat konversi yang diharapkan dengan penggunaan katalis yang lebih sedikit. Kajian lebih mendalam mengenai tingkat ketercampuran serta kaitannya dengan efektivitas reaksi transesterifikasi yang terjadi perlu dilakukan untuk mendapatkan parameter penting dalam perbaikan proses maupun rancangan reaktor. Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh laju aliran massa terhadap ketercampuran minyak dan metanol di dalam reaktor berpengaduk statik tipe kontinu dengan menggunakan metode computational fluid dynamics (CFD). Simulasi dilakukan dengan empat skenario laju aliran massa pada kisaran 0.17-0.25 kg s-1 untuk minyak dan 0.021-0.030 kg s-1 untuk metanol. Hasil simulasi menunjukkan bahwa keberadaan elemen pengaduk di dalam pipa reaktor berpengaduk statik memberikan pengaruh terhadap pergerakan molekul tidak hanya ke arah arus utama (arah aksial) tetapi juga terjadi gerakan acak ke arah sumbu y dan z, serta gerakan rotasi. Terjadinya gerakan tersebut mempengaruhi ketercampuran fluida yang dapat diukur dengan nilai vortisitas. Berdasarkan empat skenario laju aliran massa tersebut, ketercampuran molekul dan vortisitas aliran yang seragam dapat dicapai serta dipertahankan dengan menambah jumlah elemen pengaduk sambil memberi waktu tinggal yang lebih lama untuk mencapai reaksi dengan tingkat konversi yang diharapkan. Konsentrasi FAME tertinggi diperoleh pada laju aliran minyak 0.17 kg s-1 dan metanol 0.02 kg s-1, yaitu 78.86%., Application of static mixer is expected to enhance yield of biodiesel production and reduce catalyst requirement. Static mixer could increase the mixing effectiveness of oil and methanol, so that FAME yielded at the reactor would increase and could reach the desired level of conversion with lower catalyst requirement. A more in-depth study of the mixing and its relation to the effectiveness of transesterification reactions is indispensable to obtain important parameters which is necessary in process improvement and reactor design. The objective of this study was to examine the effect of mass flow rate on mixing of oil and methanol in a continuous type reactor using computational fluid dynamics (CFD). Simulation was conducted using four scenarios of mass flow rate in the range of 0.17-0.25 kg s-1 for oil and 0.02-0.03 kg s-1 for methanol. It was observed that the static mixer elements has an effect on the movement of the molecule, which indicates that the flow is not only moved in the mainstream (axial direction) but also moves toward the y-axis and the z-axis randomly as well as rotational motion. The occurance of motion affects the mixing of the fluid which can be quantified by vorticity value. Based on the four scenarios of mass flow rate, molecular mixing and vorticity’s uniformity can be achieved and maintained by increasing the amount of mixer element, while giving longer residence times to reach the desired level of conversion. The highest FAME concentration was obtained at the oil flow rate of 0.17 kg s-1 and methanol 0.02 kg s-1, which is 78.86%.
Keyword: Catalyst, FAME, Biodiesel, Transesterifikasi, Pengaduk statik, CFD, Vortisitas