Santoso, Budi (2011) Perilaku Reaksi Nitrasi Gliserol pada Kondisi Hidrodinamika Stabil dan Tak Stabil. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Di Indonesia pengolahan minyak nabati menjadi biodiesel telah banyak dilakukan. Dari proses pengolahan minyak nabati menjadi biodiesel menghasilkan limbah gliserol yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan untuk pembuatan nitrogliserin. Nitrogliserin dibuat melalui reaksi nitrasi gliserol yang bersifat eksotermis. Proses reaksi ini akan sangat berbahaya apabila tidak dikontrol dengan baik. Perubahan densitas reaktan dan produk selama proses reaksi berlangsung memicu gerak hidrodinamika. Temperatur reaksi nitrasi dipicu oleh gerak hidrodinamika fluida reaktan dan produk selama proses reaksi. Perilaku proses reaksi nitrasi sangat penting untuk diketahui, mengingat informasi tentang pengaruh interaksi ini di dalam reaksi nitrasi gliserol tidak ditemui secara terbuka didalam literatur. Perilaku reaksi nitrasi gliserol pada kondisi densitas reaktan yang berbeda diteliti di dalam hele-shaw cell (HSC). Penelitian dilakukan dengan tiga tahap penelitian, meliputi: tahap 1, pengaruh Atwood Number pada reaksi nitrasi gliserol. Penelitian dilakukan pada perbandingan densitas C 3 H 5 (OH) 3 : HNO 3 : H 2 SO 4 = 1.41: 1.26: 1.84. Untuk prosedur penelitian 1, campuran C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 pada posisi atas dan H 2 SO 4 pada posisi bawah HSC. Prosedur penelitian 2, H 2 SO 4 pada posisi atas dan campuran C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 pada posisi bawah HSC. Tahap 2, Perilaku reaksi nitrasi gliserol pada kondisi hidrodinamika stabil. Perbandingan molar yang digunakan adalah C 3 H 5 (OH) 3 : HNO 3 : H 2 SO 4 = 3.33 :10 :18.01. Pada penelitian ini dilakukan dengan tiga prosedur meliputi, 1. HNO 3 ditempatkan diatas HSC dan campuran C 3 H 5 (OH) 3 +H 2 SO 4 dibagian bawah, 2. Campuran C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 diatas HSC dan H 2 SO 4 dibagian bawah, 3. C 3 H 5 (OH) 3 diatas HSC dan campuran H 2 SO 4 -HNO 3 dibagian bawah. Tahap 3, Perilaku reaksi nitrasi gliserol pada kondisi hidrodinamika tak stabil. Penelitian dikalukan pada molar rasio sama dengan tahap 2. Untuk prosedur 1, campuran C 3 H 5 (OH) 3 -H 2 SO 4 di posisi atas dan HNO 3 di posisi bawah, pada prosedur 2, H 2 SO 4 di posisi atas dan campuran C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 di posisi bawah, dan prosedur 3, H 2 SO 4 -HNO 3 di posisi atas dan C 3 H 5 (OH) 3 diposisi bawah. Hasil penetilian menunjukkan bahwa, Atwood Number mempengaruhi perilaku reaksi nitrasi. Bentuk propagation reaction front akan membentuk reaksi garis dan position reaction front akan lambat diawal reaksi dan cepat di akhir reaksi pada saat At= -0,15906. Reaksi menyebar dan position reaction front normal sepanjang reaksi saat At = 0,15906. Perilaku reaksi nitrasi gliserol pada kondisi hidrodinamika yang stabil sangat dipengaruhi oleh densitas relatif produk reaktan dan pembentukan ion-ion seperti juga pembentukan reactive intermediate . Ketika densitas produk lebih kecil dibanding reaktan pada bagian bawah HSC tetapi lebih besar dari bagian atas HSC maka akan terbentuk produk pada pada batas kedua reaktan. Selanjutnya ketika densitas produk lebih berat dari reaktan yang ada di bagian bawah HSC, maka produk akan bergerak ke bawah dan akan memacu konveksi natural, yang keduanya ini akan memacu mempercepat reaksi. Pembentukan intermediate C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 pada bagian bawah HSC akan memacu reaksi lebih cepat, yang ini ditandai dengan propagation reaction front produk yang bergerak ke bawah. Pembentukan ion NO 2 + ( nitronium ion ) dan air pada bagian bawah HSC menghambat NO 2 + untuk bereaksi karena akan mengencerkan reaktan pada bagian atas HSC dan mengakibatkan reaksi menjadi tidak jelas. Dari hasil ini menunjukkan bahwa pembentukan intermediate C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 lebih efektif dibandingkan dengan NO 2 + untuk reaksi nitrasi gliserol. Perilaku reaksi nitrasi gliserol pada kondisi tak stabil sangat ditentukan oleh posisi dan cara mencampur fluida reaktan. Ketika reaktan dengan densitas besar berada pada posisi atas HSC, reaksi terdistribusi secara sporadis karena reaktan membentuk density fingering yang mengaduk reaktan. Namun produk yang terdistribusi cenderung menghambat proses reaksi. Pada posisi tak stabil fingering oleh H 2 SO 4 memacu reaksi lebih cepat diawal reaksi jika dibandingkan dengan pembentukan intermediate C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 . Namun setelah pengadukan fingering berakhir intermediate C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 lebih dominan dalam reaksi nitrasi.
English Abstract
Vegetative processing into biodiesel often leaves glycerin as waste. The glycerin can be converted into nitroglycerin through exothermic nitration reaction. However, this reaction is very dangerous, thus requiring further research. In this study, the behavior of glycerin nitration reaction due to differences in fluid density of reactants was investigated at hydrodynamic stable and unstable condition. The experiment was carried out by mixing reactants and altering their positions in the laboratory made hele-shaw cell (HSC). The experiment was carried out in three steps, For the step 1, Effect Of Atwood Number Due To Propagation Reaction Front Of Glyserol Nitration. The dencity ratio of reactants was fixed as C 3 H 5 (OH) 3 : HNO 3 : H 2 SO 4 = 1,41 :1,26 :1,84. For the procedure 1, the mixture of C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 was placed in the upper and H 2 SO 4 was in the lower part, whereas in the procedure 2, H 2 SO 4 was conceived in the upper part and the mixture of C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 was in the lower part HSC. For the step 2, Behavior Of Glycerol Nitration Reaction At Hydro-Dynamically Stable Condition. The molar ratio of reactants was fixed as C 3 H 5 (OH) 3 : HNO 3 : H 2 SO 4 = 3.33 :10 :18.01. The experiment was carried out in three procedures of hydrodynamically stable reactants position. For the procedure 1, HNO 3 was placed in the upper and the mixture of C 3 H 5 (OH) 3 -H 2 SO 4 was in the lower part, whereas in the procedure 2, the mixture of C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 was conceived in the upper part and H 2 SO 4 was in the lower part, and in the procedure 3, C 3 H 5 (OH) 3 was in the upper and the mixture of H 2 SO 4 -HNO 3 was in the lower part. For the step 3, Behavior Of Glycerol Nitration Reaction At Hydro-Dynamically Unstable Condition. The molar ratio of reactants is the same ratio with step 2. For the procedure 1, the mixture of C 3 H 5 (OH) 3 -H 2 SO 4 was placed in the upper and HNO 3 was in the lower part, whereas in the procedure 2, H 2 SO 4 was conceived in the upper part and the mixture of C 3 H 5 (OH) 3 -HNO 3 was in the lower part, and in the procedure 3, the mixture of H 2 SO 4 -HNO 3 was in the upper and C 3 H 5 (OH) 3 was in the lower part. The result showed that Atwood Number influence the behavior of nitration reaction. The propagation reaction front generally form reaction line. The position of the reaction front was slow at the initial reaction, then it was be faster at the end reaction at At = -0,15906. The reaction to be distributed randomly and position reaction front was normal at At = 0,15906. Behavior of glycerol nitration reaction at hydro-dynamically stable condition influenced by the relative density of the product to reactant, and the formation of a radical ion as well as a reactive intermediate. When the product density is smaller than the reactant in lower part of HSC, but larger than the reactant in upper part of HSC, the product formed at the boundary of two reactant. However, when the density of product is heavier than the reactant in lower part of HSC the product moves downward and induces natural convection which accelerate reaction rate through two mechanisms.The formation of reactive intermediate, C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 in lower part of HSC would be generates fast reaction which is indicated by hastily propagation of the reaction front following the product downward motion. The formation of NO 2 + (nitronium ion) and water in the lower part of HSC reduces effectiveness of NO 2 + along with the dilution of an upper reactant resulting in slow reaction rate with unclear reaction front. Such result reveals that the formation of C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 intermediate is more effective than NO 2 + for glycerin nitration reaction. Behavior of glycerol nitration reaction at hydro-dynamically unstable condition determined by the position and fluid mixing of the reactants. When the reactants with large density in upper part of HSC, the reaction distributed sporadically because the density fingering of the reactants forming the stirring of the reactants. However, the distributed product tends to inhibit reaction process. In the unstable position fingerings by H 2 SO 4 generates faster reaction at the beginning of the reaction when compared with the intermediate of C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 . But after stirring fingering ended intermediate C 3 H 5 (OSO 3 H) 3 is more dominant in the nitration reaction.
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DES/668.2/SAN/p/061200119 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 668 Technology of other organic products > 668.2 Glycerin |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 25 Sep 2012 12:53 |
| Last Modified: | 25 Sep 2012 12:53 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/161344 |
Actions (login required)
 |
View Item |