Perancangan Proses Pirolisis Sekam Padi Menjadi Silika Pada Skala Medium Untuk Pengembangan Agroindustri.
Date
2020-01-06Author
Casnan, Casnan
Noor, Erliza
Hardjomidjodjo, Hartrisari
Irzaman, Irzaman
Rohaeti, Eti
Metadata
Show full item recordAbstract
Produksi padi Indonesia pada tahun 201 5 adalah sebesar 75.55 juta ton gabah
kering giling (GKG) atau naik 6.64% dari tahun 2014 (BPS 201 5). Kenaikan
produksi padi dapat meningkatkan ketersediaan sekam padi. Komposisi sekam padi
terhadap bobot awal gabah berkisar 20-30%. Hal ini menunjukan bahwa limbah
sekam padi yang dihasilkan oleh Indonesia pada tahun 2015 mencapai 1 5.91 juta
ton. Produktivitas padi yang tinggi di Indonesia memberikan peluang untuk
memanfaatkan sekam padi menjadi silika. Penelitian proses pembuatan silika dari
sekam padi sudah berhasil dilakukan, akan tetapi masih dalam skala labolatorium,
sehingga perlu dikembangkan proses pembuatan silika dari sekam padi dalam skala
medium sebagai upaya dalam pengembangan agroindustri.
Pada penelitian ini dilakukan proses penggandaan skala sebagai upaya
pengembangan skala yang lebih besar. Proses peningkatan ke skala medium
dilakukan dengan membuat model proses pirolisis pembuatan silika dari sekam
padi menggunakan Comsol Multhiphysics software 5.3 melalui beberapa tahapan.
Tahap satu pada penelitian ini adalah menganalisis proses pirolisis sekam padi dari
hasil Thermogravimetry Analysis (TGA) untuk mendapatkan parameter kinetika
reaksinya yaitu k : konstanta kecepatan reaksi, A : faktor frekuensi dan E : energi
aktivasi. Tahap dua yaitu membuat model proses pirolisis pembuatan silika dari
sekam padi menggunakan Comsol Multhiphysics software 5.3, dengan cara 1)
membuat model geometri Furnace dengan ukuran panjang 1.52 m, tinggi 1.71 m,
lebar 0.80 m, lebar rak 0.80 m, panjang rak 0.80 m, tinggi rak 0.01 m, tebal sekam
0.02 m, jarak antar rak 0.14 m, tebal dinding kermaik Furnace 0.06 m, tebal
kaowool 0.21 m, 2) memasukkan karakteristik material yaitu sekam padi,
keramik/alumina, kaowool, karbon dioksida, air dan memasukan nilai kinetika
reaksi proses pirolisis dari hasil Thermogravimetry Analysis (TGA), 3) memilih
modul-modul physics yang terlibat dalam proses pirolisis yaitu aliran turbulen,
aliran panas secara konduksi dan konveksi serta persamaan diferensial biasa (ODE),
4) Melakukan diskretisasi domain/meshing, 5) Melakukan pemilihan dan
pengaturan study, 6) Menampilkan hasil simulasi.
Model proses pirolisis pembuatan silika dari sekam padi menggunakan
Comsol Multhiphysics software dibuat dengan beberapa asumsi pemodelan yaitu
proses pirolisis berlangsung pada kondisi isotermal, aliran panas dalam Furnace
skala medium terjadi secara konveksi dan konduksi, persamaan empiris hasil
analisis TGA pada kondisi steady state dianggap representatif untuk proses
pirolisis, aliran dalam reaktor dimodelkan pada kondisi stabil (steady state),
persamaan model turbulensi k-ε dianggap berlaku, dimensi alat Furnace sesuai
similaritas geometri, bahan-bahan penyusun Furnace sama, komposisi bahan
sekam padi sama, tinggi sekam padi dalam Furnace sama. Penelitian tahap tiga
yaitu menganalisis hasil simulasi dan validasi. Hasil simulasi model proses pirolisis
yang optimum diperoleh dengan laju pemanasan 1.50 oC/menit selama 12 jam
untuk menghasilkan rendemen silika 15.40%. Hasil pemodelan kemudian
divalidasi dengan melakukan penelitian pada skala medium, rendemen silika yang
dihasilkan dari proses pirolisis skala medium adalah sebesar 15.43%, hasil ini
mendekati rendemen pada skala laboratorium. Rendemen hasil eksperimen pada
skala medium dibandingkan juga dengan nilai rendemen hasil simulasi.
Berdasarkan hasil simulasi dan hasil eksperimen menggambarkan bahwa scale-up
pada Furnace skala medium adalah valid dengan nilai biasnya 8.65 %. Hasil
simulasi rendemen silika setiap rak menunjukan nilai yang tidak jauh berbeda
sesuai dengan hasil percobaan pada skala medium.
Model proses pirolisis pembuatan silika dari sekam padi pada skala medium
dapat digunakan untuk memprediksi proses pirolisis pada skala yang lebih besar
dengan pengaturan kondisi operasi laju pemanasan sebagai fungsi dari kenaikan
skala melalui persamaan y = 0.0135x + 1.2037 dengan y : laju kenaikan suhu
(oC/menit) dan x : massa sekam padi (kg). Computasional Fluid Dynamic (CFD)
dalam scale-up dapat membantu mengidentifikasi faktor-faktor yang secara
signifikan mempengaruhi hasil estimasi koefisien perpindahan massa pada Furnace
skala medium. Silika yang dihasilkan dari proses pirolisis pada skala medium
mempunyai bentuk morfologi sangat berpori, dengan luas permukaan yang tinggi,
dengan pencucian larutan asam, abu sekam padi pecah menjadi potongan-potongan
dan permukaan epidermis luar terkelupas serta beberapa pori-pori besar.
Kemurnian silika yang dihasilkan dari proses pirolisis skala medium adalah 63.99
– 82.74 %. Silika lebih didominasi oleh gugus siloksan (Si-O-Si), dibandingkan
dengan gugus silanol (Si-OH). Hal tersebut ditunjukkan dengan rendahnya
intensitas serapan dari gugus –OH di 3 610 cm-1. Struktur dari silika yang dihasilkan
dari proses pirolisis yaitu tetragonal. Sifat listrik silika yang dihasilkan adalah
semikonduktor.
Proses pirolisis pembuatan silika dari sekam padi pada skala medium dapat
dijadikan sumber dalam pengembangan konsep agroindustri silika. Konsep
pengembangan agroindustri dilakukan dengan menggunakan pendekatan Bisnis
Model Kanvas. Berdasarkan hasil analisis pembuatan silika dari sekam padi
menghasilkan kemurnian silika yang tinggi dengan proses produksi melalui proses
pirolisis yang layak dikembangkan, produk silika yang dihasilkan secara ekonomi
akan menguntungkan. Proses pembuatan silika dari sekam padi layak
dikembangkan untuk pengembangan agroindustri silika dari sekam padi.