PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN CO- FERMENTASI

Transkripsi

1 PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN CO- FERMENTASI Oleh : ALVINO HEBOH W. NRP dan DOSEN PEMBIMBING : Ir. Agung Subyakto,MS NIP LUTFI AL BAAQY NRP

2 LATAR BELAKANG Energi Alternatif

3

4 Bioetanol dapat dibuat dari tiga jenis bahan baku, yaitu: Bahan-bahan berserat (selulosa), misalnya dari batang jagung, ampas tebu, jerami, eceng gondok, kayu, limbah pertanian yang mengandung sellulosa dll. Bahan bahan yang mengandung gula, misalnya nira, legen, tetes dan sebagainya. Bahan bahan berpati, misalnya dari biji-bijian (jagung, beras, sorghum, dan lain-lain) atau dari umbi-umbian (kentang, ubi jalar, ubi kayu dan lain-lain).

5 Ampas Tebu 55% dari ampas tebu dimanfaatkan oleh pabrik gula sebagai bahan bakar, bahan baku untuk kertas, bahan baku industri kanvas rem, industri jamur dan lain-lain. Oleh karena itu diperkirakan sebanyak 45 % dari ampas tebu tersebut belum dimanfaatkan

6 Komposisi Ampas Tebu Kandungan Komposisi Ash 5,6 % Lignin 24,2 % Selulosa 52,7 % Hemiselulosa 17,5 %

7 Ethyl Alkohol (C 2 H 5 OH) Sifat Fisika : - Titik nyala 13.9 o C. - Densitas pada 20 o C adalah 0,789 gr/cm 3. - Berat molekul 46,070 gr/mol. - Titik didih 78.4 o C. - Cairan tidak berwarna, jernih - Melting point (titik leleh) 114 o C. - Konstanta kesetimbangan (Ka) : Merupakan senyawa aromatik yang volatile - Mudah terbakar - Termasuk B3 (Bahan Beracun dan Berbahaya) - Berbau tajam - Spesifik Gravity 0,7851 pada suhu 20 o C. - Larut dalam air dan senyawa organik lainnya (Fessenden & Fessenden, 1992)

8 Sifat Kimia : - Dapat bereaksi dengan NaOH membentuk Sodium etoxida. C 2 H 5 + NaOH C 2 H 5 ONa + H 2 O - Dapat mengalami reaksi Esterifikasi. C 2 H 5 + (RCO) 2 RCOOCH 2 CH 3 + RCOOH - Dapat mengalami reaksi Dehidrasi. CH 3 CH 2 OH CH 2 = CH 2 + H 2 O 2 CH 3 CH 2 OH CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 + H 2 O - Dapat mengalami reaksi Dehidrogenasi. (Othmer, 1978)

9 LOKASI PABRIK & KAPASITAS PRODUKSI Lokasi Pabrik yang dipilih : Malang, Jawa Timur Dasar pertimbangan : Tersedianya bahan baku Suplai air yang cukup memadai (Kali Brantas) Transportasi yang memadai Kapasitas Produksi Pabrik : ton/tahun

10 Bahan Baku dan Produk Bahan Baku : Bahan baku utama pabrik ini adalah ampas tebu. Bahan Pembantu : - H 2 SO 4 - Ca(OH) 2 - Enzim selulase - Zimomonas Mobilis Produk Utama : Ethyl Alkohol (C 2 H 5 OH) Produk Samping : Gypsum, furfural, asam asetat, lignin, dan CO 2

11 TAHAP Proses Produksi bioetanol memiliki beberapa tahap proses : 1. Pre Treatment 2. Hidrolisis 3. Fermentasi 4. Purifikasi

12 Pretreatment Process Waktu reaksi yield cost FISIKA Vapour explosion 1-10 menit 45%-65% - Thermohidrolisis 30 menit 88%-98% - KIMIA Dilute Acid Hydrolysis 2-10 menit 75%-90% + Alkaline Hydrolysis Organosolv menit 70%-80% Biologic KOMBINASI Catalyzed Vapour Explosion 2 menit 60%-75% menit 88% - Afex (ammonia 50%-90% fibre explosion) Co 2 Explosion 75%

13 Proses Hidrolisis Process Input Temperature Time Saccharification Dilute Acid < 1% H 2 SO o C 3 min 50% - 70% Concentrated Acid 30% - 70 % 40o C 2-6 h 90% H 2 SO 4 Enzymatic Cellulase 70 o C 1,5 day 75% - 95%

14 Fermentasi SHF (Separated Hidrolysis and Fermentation) SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation ) SSCF (Simultaneous Saccharification and Co- Fermentation )

15 FLOWSHEET PROSES

16

17 NERACA MASSA

18 Cara perhitungan pada Distilasi 1. Menentukan T feed. 2. Menentukan pendekatan distribusidari komponen distilat dan produk bawah dengan menggunakan α pada T feed dan P = 1 atm. 3. Mencari Dew Point. 4. Mencari buble point 5. menghitung plate minimum : metode Fenske Nm = log (X LK Distilat/ X HK Distilat) x (X HK Bottom/ X LK Bottom) Log α light key average 6. Menentukan refluk minimum : Metode Short Cut 1- q = Σ ( ) αix xf ( αi θ)

19 Rm + 1 = Σ(αi*xd/αi-θ) R = 1,2 1,5 Rm Menghitung stage teoritis : Metode Ebar Maddox cara : mencari R/R+1 dan Rm/Rm + 1 Menentukan letak Feed plate : Metode KirkBride

20 Flow chart menentukan T feed Pt = 1 atm X fi = diketahui Trial T total P i diperoleh berdasarkan T total Ki diperoleh α diperoleh dari Ki komponen/ki Heavy key Kc = Ki heavy key Kc = 1/αi x xf Ki x xi =1 tidak Ya Stop

21 Flow chart menentukan Dew Point Pt = 1 atm X Dfi = diketahui Trial T total P i diperoleh berdasarkan T total Ki diperoleh α diperoleh dari Ki komponen/ki Heavy key Kc = Ki heavy key Kc = X Dfi /αi y/iki =1 tidak Ya Stop

22 Flow chart menentukan Buble Point Pt = 1 atm X Bfi = diketahui Trial T total P i diperoleh berdasarkan T total Ki diperoleh α diperoleh dari Ki komponen/ki Heavy key Kc = Ki heavy key Kc = 1/αi x xf Ki x Xi =1 tidak Ya Stop

23 Neraca Massa pada Kolom Distilasi (D-410) Masuk Keluar Komposisi Massa (kg) Komposisi Massa (kg) aliran <38> feed Aliran <39> : Distilat H 2 O ,33 C 2 H 5 OH (LK) ,9072 Glukosa 44647,84473 H 2 O (HK) 23156,00583 Xylose 41806,76158 CH 3 COOH 0, furfural 3701, glukose 2,0996E-101 C 2 H 5 OH ,5394 xylose 1,95751E-71 CH3COOH 1427, Jumlah ,9132 H 2 SO 4 352, Aliran <40> : Bottom antifoam 141, C 2 H 5 OH (LK) 731, H 2 O (HK) ,33 CH 3 COOH 1427, glukose 44647,84473 xylose 41806,76158 furfural 3701, H 2 SO 4 352, antifoam 141, Jumlah ,977 Jumlah ,977

24 NERACA PANAS

25 Neraca Panas pada Kolom Distilasi (D-410) Masuk Keluar Komposisi Entalpi Komposisi Entalpi Distilat H 2 O ,5597 C 2 H 5 OH ,9171 Xylose ,2449 H 2 O ,3784 Glukosa ,4874 CH 3 COOH 0, C 2 H 5 OH ,0863 Glukose 4,9823E-100 CH 3 COOH ,3455 Xylose 6,47697E-70 H 2 SO , ,3015 Furfural ,5150 Bottom Anti foam 5.176,8528 C 2 H 5 OH ,0497 H 2 O ,6071 Q supply ,3 CH 3 COOH ,2593 Glukose ,7480 Xylose ,5981 Furfural ,1757 H 2 SO ,4216 Antifoam 8.815, ,6912 Q yang diserap air pendingin ,0066 Q loss , , ,8649

26 UTILITAS -Densitas air pada 30 o C = 995,68 Kg/m 3 -Air Sanitasi = 68 m 3 /hari -Air Pendingin = m 3 /Hari -Air Proses = m 3 /Hari -Air Umpan Boiler = m 3 /Hari Kebutuhan air Total saat Operasi = Kebutuhan air total saat awal + Make Up Water + Air Cadangan = m 3 /Hari

27 KESELAMATAN DAN KESEHATAN KERJA Pemasangan level, pressure dan temperatur indicator untuk mengetahui dan mengontrol kondisi bahan dalam tangki. Pemasangan tanda bahan berbahaya disekitar tangki. Alat pelindung kepala safety helm, alat pelindung kaki sepatu karet, alat pelindung muka face shield.

28 INSTRUMENTASI Instrumentasi yang Digunakan Pada Pabrik Bioetanol : Flow Control (FC) Level Indikator (LI) Temperatur Control (TC) Pressure Indikator

29 PENGOLAHAN LIMBAH LIMBAH GAS Limbah gas berupa gas CO 2 Pengolahan : Digunakan pada industri minuman berkarbonat Digunakan untuk pemadam kebakaran Sebagai bahan baku pembuatan dry ice

30 LIMBAH CAIR Berasal dari kolom distilasi Limbah cair berupa bottom product (Furfural, asam asetat, H 2 O) Pengolahan : Ditreatment terlebih dahulu sebelum dibuang kesungai Dapat dijual dan digunakan sebagai bahan baku kimia

31 LIMBAH PADAT Dari rotary drum filter II Lignin Dijual sebagai furafil Dari fermentor Biomass Dijual sebagai active sludge Dari Overliming & Reacidification Gypsum Dijual sebagai bahan-bahan bangunan

32 Spesifikasi Alat HEATER (E-116) Fungsi : untuk menaikkan suhu air proses dari 30 C menjadi 100 C sebelum menuju ke Reaktor Pre Treatment Type : Shell and Tube Heat Exchanger Ukuran : Diameter shell, ID = 19,3 in Ukuran baffle = 14 in Jumlah pass = 8 Ukuran tube = ¾ in OD 16 BWG Panjang tube = 8 ft Jumlah tube Jenis Pitch = 210 buah = Triangular

33 POMPA (L-323) Fungsi : Memompa bioetanol dari cooler ke tangki penampung bioetanol Tekanan : 1 atm Jenis pompa : centrifugal Jumlah : 1 buah Rate volumetrik : 98,11 gal/min Bahan konstruksi : Commersial steel Power pompa : 38,35 Hp

34 KOLOM DISTILASI (D-160) Fungsi : Untuk memurnikan etanol hingga 95% Silinder Diameter dalam = 39,625 in Diameter luar = 40 in Tinggi = 7, m Tebal = 3/16 in Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 24 grade M Tutup atas dan tutup bawah Tinggi = 0, in Tebal = 3/16 in Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 240 grade M Tray Jumlah tray = 17 Tray Spacing = 0,45 m Susunan pitch = triangular Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 240 grade M

35 KESIMPULAN Bahan Baku : Ampas tebu Bahan Pembantu : H 2 SO 4 sebagai katalis asam dan penurun ph pada reacidifikasi Ca(OH) 2 pada tangki oveliming Enzim selulase sebagai biokatalis H 3 PO 4 dan (NH 4 ) 2 SO 4 sebagai nutrient pertumbuhan yeast Z.Mobilis sebagai bakteri dalam proses fermentasi Antifoam, untuk mencegah terjadinya (foam) pada proses fermentasi Kapasitas produksi ton/tahun bioetanol 99,6 % Utilitas Total kebutuhan air m 3 /hari

36 TERIMA KASIH 16