TUGAS PRARANCANGAN PABRIK KIMIA TUGAS PRARANCANGAN PABRIK BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI PATI KAPASITAS KL/TAHUN.

Transkripsi

1 TUGAS PRARANCANGAN PABRIK KIMIA TUGAS PRARANCANGAN PABRIK BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI PATI KAPASITAS 8. KL/TAHUN Oleh : JOHAN ARIF YULIANTO NURUL AINI SOFIAH YURIS SETYAWAN L2C754 L2C777 L2C786 L2C799 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 211

2 EXECUTIVE SUMMARY JUDUL TUGAS PRARANCANGAN PABRIK BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI PATI KAPASITAS PRODUKSI 8. kl/tahun I. STRATEGI PERANCANGAN Latar Belakang - Energi dunia masih didominasi oleh bahan bakar fosil yang berasal dari minyak bumi, batu bara dan gas alam. Padahal, cepat atau lambat cadangan minyak bumi dunia pasti akan habis. Keadaan ini mendorong negara-negara industri mencari sumber energi alternatif seperti etanol, metana, dan hidrogen. - Etanol menjadi pilihan utama dunia karena senyawa ini dapat terus diproduksi baik secara fermentasi maupun sintesis kimia. - Konsumsi bioetanol di dunia sekarang sudah lebih dari 2.368,7 juta gallons/tahun. - Pemanfaatan bioetanol yang diperoleh dari bahan baku tanaman, ubi kayu, tepung pati, dan lain-lain merupakan bahan bakar yang mempunyai siklus emisi gas rumah kaca yang lebih rendah, yaitu lebih rendah persen dibandingkan dengan premium, sehingga dapat dikatakan ethanol merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan. Dasar Penetapan Kapasitas Produksi Dasar Penetapan Lokasi Pabrik - Bahan baku Bahan baku yang digunakan untuk rancangan pabrik bioetanol ini adalah tepung pati. Hasil tepung pati di Indonesia per tahun mencapai ton. - Kebutuhan produk Pencanangan target produksi bioetanol 1% dari kebutuhan premium bersubsidi di Indonesia pada tahun 21, yaitu sebesar kiloliter/tahun, sulit dicapai karena kapasitas produksi semua produsen hanya sekitar 1. kiloliter. - Kapasitas minimum pabrik yang ada di dunia Kapasitas terkecil pabrik bioetanol yang masih beroperasi adalah 7. kiloliter/tahun. Dengan ketiga pertimbangan di atas, maka dengan mendirikan pabrik bioetanol dengan proses fermentasi pati pada tahun 215 dengan kapasitas produksi 8. kiloliter/tahun diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri sehingga mengurangi ketergantungan impor. - Ketersediaan bahan baku Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan etanol ini adalah tepung pati. Lampung Timur merupakan salah satu daerah di Provinsi Lampung dengan produksi tepung pati tertinggi. Sebagai daerah penghasil singkong terbesar maka memungkinkan untuk pengembangan pabrik etanol di daerah ini. - Pemasaran produk Daerah Lampung Timur memiliki fasilitas pelabuhan yang dapat digunakan untuk memasok etanol ke daerah sekitarnya. Produk etanol dapat dengan mudah dipasarkan untuk memenuhi kebutuhan Pulau Jawa, Bali, dan sebagian daerah Sumatera. - Ketersediaan air dan listrik serta utilitas lainnya Kebutuhan air diperoleh dari sungai maupun air laut atau PDAM setempat sedangkan kebutuhan listrik dan PLN menggunakan generator listrik serta penyedia utilitas kawasan industri.

3 - Fasilitas transportasi Pengiriman bahan baku dan distribusi produk dilakukan melalui jalur darat dan laut. Daerah Lampung Timur memiliki fasilitas transportasi darat dan laut yang baik dan mudah dicapai sehingga proses transportasi dapat ditangani dengan baik. - Ketersediaan tenaga kerja Provinsi Lampung memiliki jumlah penduduk yang padat sehingga mudah untuk memperoleh tenaga kerja. Lokasi pabrik berdekatan dengan pemukiman penduduk setempat sehingga mempermudah perekrutan tenaga kerja. - Pembuangan limbah Kawasan industri di Lampung berada dekat dengan beberapa sungai yang bermuara ke Selat Sunda dan Laut Jawa sehingga pembuangan limbah dapat dilakukan di sungai tersebut. Namun, dalam pembuangan limbah ini adalah limbah yang telah diolah sehingga tidak merusak lingkungan. Pemilihan Proses Jenis Spesifikasi Proses yang dipilih dalam produksi bioetanol ini adalah proses fermentasi dry milling. Proses ini melibatkan aktivitas enzim dan yeast. Proses pembentukan etanol dari tepung pati berlangsung dalam tiga tahap yaitu proses hidrolisa tepung pati menjadi dekstrin, proses konversi dekstrin menjadi glukosa (sakarifikasi) keduanya merupakan reaksi enzimatis dan proses fermentasi glukosa menjadi etanol. Proses pemurnian bioetanol berlangsung dalam dua tahap yaitu distilasi satu dan distilasi dua Bahan Baku 1. Tepung pati 2. Air 3. Enzim α-amylase 4. Enzim glukoamilase 5. Saccharomyces cerevisiae 1. Tepung pati Wujud : padatan Komposisi Pati : 9% (b/b) Air : 8% (b/b) Abu :,5% (b/b) Serat :,1% (b/b) Densitas :1,5 g/cm3 2. Air Wujud : cairan Warna : bening tidak berwarna Bau : tidak berbau Titik didih : 1 o C (1 atm) Densitas :,994 gr/cc (pada 3 o C) 3. Enzim α-amylase Wujud : padatan Temperature : o C ph : 6,2 7,5 4. Enzim glukoamilase Wujud : padatan

4 Temperature : o C ph : 4, Saccharomyces cerevisiae Wujud : padatan Kadar air : 4-6% ph : 3,5 6, Produk Jenis Etanol Spesifikasi wujud : cairan warna : tidak berwarna Densitas :,789 g/cm3 Titik didih :78,4 o C Flash point : o C ph : 6,5-9, Angka oktan : 113 Kelarutan dalam air : sangat larut Laju Produksi ,73 kg/hari

5 II. DIAGRAM ALIR PROSES DAN PENERACAAN 2.1 Diagram Alir

6 2.2 Peneracaan Neraca Massa 1. Unit Hidrolisa Pati T-23 INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) Komponen M1 M2 M3 27, ,4.96 [ C 5 H 1 O 5 ] 1 H 2 O α-amylase 114, , [ C 6 H 1 O 5 ] , Jumlah 141, , , , Unit Sakarifikasi T-24 INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) Komponen M3 M4 M5 5, ,4.96 [ C 5 H 1 O 5 ] 1 H 2 O α-amylase [ C 5 H 1 O 5 ] , , , , C 6 H 12 O ,22.7 Glukoamylase Jumlah. 3, , , , , , ,556.

7 3. Unit Inokulasi T-25 Komponen C 6 H 12 O6 CH 1,6 N,52 O,16 O 2 N 2 CO 2 H 2 O INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) M6 M7 M8 M , , , , , ,79.59 NH 3 7, , , , , Jumlah 14, , Unit Fermentasi T-26 Komponen INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) M5 M9 M1 M11 C 6 H 12 O6 17, , H 2 O 114,77.5 5, ,8.71. CH 1,6 N,52 O,16. 3, CO , C 2 H 5 OH.. 8,35.8. NH C 2 H 4 O C 3 H 8 O C 4 H 1 O C 5 H 12 O Jumlah 132,7.48 6, , , , ,161.28

8 5. Kolom Distilasi 1 INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) Komponen M1 M12 M13 H 2 O 12, , , C 2 H 5 OH 8,35.8 8,35.8. C 2 H 4 O C 3 H 8 O C 4 H 1 O C 5 H 12 O C 6 H 12 O6 824, , CH 1,6 N,52 O, Jumlah 129, ,987.8 Komponen H 2 O C 2 H 5 OH C 3 H 8 O C 4 H 1 O C 2 H 4 O C 5 H 12 O Jumlah 6. Unit Distilasi 2 INPUT (kg/jam) M12 14, , , ,336.2 OUTPUT (kg/jam) Produk Atas (M14) Produk Bawah (M15) Komposisi Laju alir Komposisi Laju alir %-berat (kg/jam) %-berat (kg/jam) , , , ,336.2

9 2.2.2 Neraca Panas 1. HE 11 Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) H1 Qsteam H2 H 2 O 2,44, ,665,522.5 Steam. 26,261, Total 2,44, ,261, ,665, ,665, ,665, HE 12 Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) H3 Qsteam H4 alfa amilase -19, ,365.8 Steam. 496, Total -19, , , , , HE 13 Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) H5 Qsteam H6 Glukoamilase -1,19, ,819.5 Steam. 44, Total.. 285, , , Reaktor Hidrolisa R 21 komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H7 Qsteam H8 Qreaksi [ C 6 H 1 O 5 ] 1 181, , H 2 O 28,713, ,739, [ C 6 H 1 O 5 ] ,61, ,381,25, ,145,88, Total 28,894, ,381,25, ,831, ,145,88, ,49,92, ,49,92,378.55

10 5. C 21 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H1 Qcwc H11 Qcwh [ C 6 H 1 O 5 ] 1 48, ,998, H 2 O 28,739, ,677,761, [ C 6 H 1 O 5 ] 8 235,61, ,322,951,9.7. Pendin gin. 57,744, ,233, Total 264,831, ,744, ,342, ,233, ,575, ,575, Reaktor Sakarifikasi R 22 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H12 Qsteam H13 H reaksi [ C 6 H 1 O 5 ] 1 269, ,99.1. H 2 O 16,777, ,777, [ C 6 H 1 O 5 ] 8 132,295, ,33, C 6 H 12 O ,178, steam. 1,77,419, ,232,289.6 Total 149,342, ,77,419, ,529, ,232, ,226,762, ,226,762, C 22 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H13 Qcwc H14 Qcwh [ C 6 H 1 O 5 ] 1 269, , H 2 O 16,777, ,44,34.3. [ C 6 H 1 O 5 ] 8 46,33, ,35, C 6 H 12 O 6 773,178, ,296, Pendingin. 361,243, ,83,729, Total 836,529, ,243, ,43, ,83,729, ,197,772, ,197,772,959.54

11 8. Fermentor R-23 komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H14 H15 H15 H298 C 6 H 12 O 6 15,296, ,155, H 2 O 2,44, ,57, C 2 H 5 OH. 195, C 2 H 4 O C 3 H 8 O C 4 H 1 O C 5 H 12 O CO , NH 3 2, reaksi... 91,736, Total 17,73, ,49, , ,736, ,73, ,73, HE 31 Komponen Input (kj/jam) Output (kj/jam) H15 Qsupply H16 C 6 H 12 O 6 1,155, ,411,83.3 H 2 O 5,57, ,447,413.6 C 2 H 5 OH 195, ,861,93.6 C 2 H 4 O C 3 H 8 O C 4 H 1 O C 5 H 12 O , Steam. 135,313, Total 15,49, ,313, ,723, ,723, ,723, Kolom Distilasi 1 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) atas bawah etanol 45,447, ,89, air 1,861,93.6 4,36, ,422,47.79 Glucose CH1,6N,52O, Total 15,723, ,25, ,422, ,723, ,723,675.95

12 11. Kolom Distilasi 2 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) atas bawah etanol 1,89, ,795, ,26.7 air 4,36, , ,438, Glucose... CH1,6N,52O,16... Total 6,25, ,13, ,539, ,25, ,25, C 31 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H17 Qcwc H18 Qcwh etanol 1,795, ,48, air 218, , Pendingin. 44, ,212,31.9 Total 2,13, ,1.36 1,25, ,212,31.9 2,417, ,417, C 32 Komponen INPUT (kj/jam) Output (kj/jam) H18 Qcwc H19 Qcwh etanol 1,795, , air 218, , Pendingin. 542, ,627, Total 2,13, , , ,627, ,747, ,747,993.14

13 III. PERALATAN PROSES 3.1 Peralatan Proses Fungsi Kondisi operasi a. Suhu b. Tekanan c. Wujud Tipe Bahan konstruksi Course 1 Course 2 Course 3 Course 4 Course 5 Course 6 Tangki Penyimpanan Produk Etanol Untuk menyimpan produk etanol selama 15 hari 3 C 1 atm cair Silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan atap tipe Conical Roof. Carbon steel SA 283 grade C - Jumlah = 2 buah - Diameter = 8 ft - Tinggi = 36 ft - Jumlah Course = 6 buah - Panjang plate = 16,75579 ft - Tinggi tangki = 36 ft - Tebal shell = 1, in - Panjang plate = 16,75412 ft - Tinggi tangki = 3 ft - Tebal shell = 1, in - Panjang plate = 16,75246 ft - Tinggi tangki = 24 ft - Tebal shell = 1,7854 in - Panjang plate = 16,758 ft - Tinggi tangki = 18 ft - Tebal shell =, in - Panjang plate = 16,74913 ft - Tinggi tangki = 12 ft - Tebal shell =, in - Panjang plate = 16,74747 ft - Tinggi tangki = 6 ft - Tebal shell =, in 19,57 O 14,17 ft,8 ft ,761 ft 3 = 22872,733 bbl Sudut head tangki Tinggi head tangki Tebal head tangki Kapasitas tangki Diameter nozzle 2,469 in / 4 pemasukan/sch No. Diameter nozzle 2,875 in / 4 pengeluaran/sch No. Conveyor (C-11) Fungsi Untuk mengangkut tepung pati dari gudang menuju tangki hidrolisa Jenis Conveyor screw Jenis bahan Stainless Steel tipe 316 Diameter 12 in Panjang 45 ft

14 Kecepatan 16,17 rpm Power 3 Hp Pompa (P-11) Fungsi Memindahkan air dari tangki penyimpanan air menuju ke reaktor hidrolisa dengan laju tertentu. Tipe Centrifugal pump Bahan cast iron, carbon steel Pressure head 34,78 ft.lbf/lbm Potensial head 39,84 lbf/lbm Velocity head ft lbf/lbm Friction Loss 3,2 lbf.ft/lbm Total head 76,939 ft lbf/lbm BHP pompa 16,11 Hp Power motor 2 Hp 1. Diameter nominal = 8 in 2. Schedule number = 4 Ukuran pipa 3. ID =,6651 ft 4. OD =,7188 ft 5. Bahan = Komersial Steel Pipe Heater (HE-22) Fungsi Menaikkan temperature air dari tangki penyimpanan masuk ke tangki hidrolisa pati hingga mencapai temperature 85 C Jenis double-pipe exchanger Luas transfer panas 175,72 ft 2 Panjang hairpin 2 ft IPS 2 x 1 1/4 Jumlah hairpin 11 hairpin U C 314 Rd,2 P annulus 8,12 psi P pipa 9 psi Reaktor Hidrolisa(R-21) Fungsi Tempat terjadinya reaksi hidrolisa pati Tipe CSTR Jumlah 1 buah Bahan konstruksi Stainless steel dengan spesifikasi tipe 34 grade 3 (SA-167) Waktu tinggal 75 menit Diameter tangki 19,64 ft Tinggi shell 19,95 ft Tekanan dinding tangki 38,22 psi Volume reaktor 595,15 cuft Tebal head 1,25 in Tinggi head 3,51 ft Daya pengaduk 4 Hp Luas perpindahan panas 676,66 ft 2 Jumlah putaran 274,5 putaran Kolom Destilasi 2 (CD-32) Fungsi Memurnikan produk Etanol Tipe kolom sieve tray

15 Jenis bahan Carbon Steel SA 285 Grade C Jumlah plate 8 plate Diameter seksi puncak menara 52,48 in Diameter seksi dasar menara 59,625 in Tebal shell 3/16 Tebal tutup kolom ¼ in Tinggi total kolom 19,376 m IV. PERHITUNGAN EKONOMI Physical Plant Cost US$ Fixed Capital US$ Working Capital US$ Total Capital Investment US$ Analisis Kelayakan Return on Investment (ROI) - Sebelum pajak : 46,65 % Pay Out Time (POT) Break Even Point (BEP) 41,87 % Shut Down Point (SDP) 23,65 % Discounted Cash Flow (DCF) 28,3 % - Setelah pajak : 37,32 % - Sebelum pajak : 1,8 tahun - Setelah pajak : 2,7 tahun