Mathematical modelling and simulation of hydrotropic delignification

Abstrak

Delignifikasi merupakan tahap penting dalam proses biorefineri biomassa berlignoselulosa. Delignifikasi hidrotropi adalah salah satu alternative proses yang memiliki beberapa kelebihan dibandingkan proses-proses delignifikasi konvensional karena tidak menggunakan bahan kimia berbahaya. Dalam artikel ini disajikan deskripsi kuantitatif proses delignifikasi hidrotropi untuk partikel berbentuk silinder dengan menggunakan konsep fundamental kinetika reaksi dan proses-proses perpindahan. Penyusunan model proses delignifikasi hidrotropi dilakukan berdasarkan asumsi-asumsi bahwa i) lignin pada biomassa bersifat immobile, ii) proses delignifikasi dipandang sebagai suatu rangkaian proses simultan yang terdiri atas proses difusi intrapartikel senyawa hidrotrop, reaksi order dua terhadap lignin dan senyawa hidrotrop, serta difusi intrapartikel produk delignifikasi. Finite difference approximation (FDA) digunakan untuk menyelesaikan persamaan simultan berbentuk persamaan diferensial ordiner dan persamaan diferensial parsial dalam tahap pemodelan. Hasil simulasi memberikan gambaran profil distribusi konsentrasi lignin, konsentrasi senyawa hidrotrop dan produk delignifikasi di dalam partikel padatan yang berbentuk silinder sebagai fungsi posisi dan waktu. Model yang dikembangkan juga dapat memprediksi konsentrasi senyawa hidrotropik dan produk di fasa cairan, serta yield dan konversi sebagai fungsi waktu.  Metode analisis sensitivitas lokal, yakni metode one factor at a time (OFAT), digunakan untuk mengkaji pengaruh ukuran partikel dan konsentrasi senyawa hidrotropik terhadap yield dan konversi proses delignifikasi. Validasi model yang diajukan dilakukan dengan membandingkan hasil analisa numerik dengan hasil penyelesaian analitis untuk kasus difusi pada silinder dengan konsentrasi permukaan yang konstan serta tidak melibatkan reaksi kimia. Hasil validasi model menunjukkan bahwa model delignifikasi hidrotropi yang diajukan memiliki kesesuaian yang tinggi dengan hasil penyelesaian analitis.