LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN

Transkripsi

1 LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN L1.1 DATA KALIBRASI SUHU TANGKI DISTILASI Tabel L1.1 Data Kalibrasi Suhu Tangki Distilasi Waktu (Menit) T Termometer ( o C) T Panel ( o C) , ,5 94 L1.2 DATA PERCOBAAN HASIL FERMENTASI DAN DISTILASI Tabel L1.2 Data Percobaan Hasil Fermentasi dan Distilasi Proses Volume (ml) Kadar Etanol (%) Fermentasi ,98% Distilasi ,96%

2 LAMPIRAN 2 PERHITUNGAN L2.1 DASAR PEMILIHAN UKURAN PLANT Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku dari pembuatan bioetanol ini adalah kulit durian. Kulit durian diambil dari penjual durian yang berada di daerah Medan, Sumatera Utara, salah satunya adalah Ucok Durian. Dalam satu hari, durian yang terjual di Ucok Durian mencapai 1000 buah. Dari literatur diperoleh bahwa kandungan daging buah durian terdiri dari 20-35% daging buah, 5-15% biji dan 60-75% kulit durian dalam satu buah durian [20]. Sedangkan berat durian per buahnya rata-rata 1,5-3 kg [50]. Perhitungan jumlah kulit durian yang dihasilkan per hari: Kulit durian = 1000 buah 0,60 /buah 2 kg/buah = 1200 kg / hari Jumlah kulit durian yang tersedia setiap harinya adalah 1200 kg / hari. Sehingga sangat potensial untuk dijadikan bahan baku bioetanol. Dalam penelitian ini akan dirancang peralatan unit pembuatan bioetanol dengan satu siklus pembuatan bioetanol diperlukan 100 kg kulit durian. Perhitungan Kapasitas Proses Dari percobaan laboratorium yang telah dilakukan diperoleh: - Densitas larutan kulit durian = 1013,6 kg/m 3 - Perhitungan volume kebutuhan tangki: = 100 kg 1013,6 kg/m 3 = 0,09865 m3 = 98,685 dm 3 = 98,685 liter 100 liter Dari hasil perhitungan untuk kapasitas proses 100 kg per siklus pembuatan bioetanol diperlukan volume tangki lebih kurang sekitar 100 liter. Jadi akan dirancang unit pembuatan bioetanol yang terdiri dari peralatan pre-treatment, fermentor, distilator dengan kapasitas proses 100 liter.

3 L2.2 PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN L2.2.1 Peralatan Pre-Treatment L Tangki Pemasak Awal Fungsi Bentuk Bahan Jumlah : Untuk pemasakan awal kulit durian sehingga menjadi lebih lunak dan mudah untuk dihaluskan : Tangki silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal : Carbon steel SA-285 Grade C : 1 unit Kondisi operasi : Temperatur (T) = 100 o C a. Volume Tangki Tekanan (P) = 1 atm Diinginkan membuat tangki pemasak awal dengan kapasitas proses 100 liter = 100 dm 3 Faktor kelonggaran = 20% [50] Volume tangki, V T = (1+0,2) 100 dm 3 = 1,2 100 dm 3 = 120 dm 3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H s : D t ) = 3 : 2 Volume silinder (V s ) = π/4.d 2 t.h s V s = 3 πd 8 t 3 Tinggi head (H h ) = ¼ D, dimana D = D t [45] Volume tutup (V h ) = 0,1309 D 3 V T = V s + V h = (3π/8. D t 3 ) + (0,1309.D 3 ) = (1,1775. D 3 t ) (0,1309. D 3 t ) 3 V T = 1,3084 D t Diameter tangki, D t in 3 = V t 1, = 120 = 4,510 dm = 45,10 cm = 17,756 1,3084 Diameter tutup, D = D t = 4,510 dm = 45,10 cm = 17,756 in Tinggi silinder, H s = 26,634 in = 3/2 D = 3/2 4,510 dm = 6,765 dm = 67,65 cm

4 Tinggi tutup, H h Tinggi tangki, H T = 1/4 D = 1/4 4,510 dm = 1,128 dm = 11,28 cm = 4,438 in = H s + 2.H h = 9,021 dm = 90,21 cm = 35,516 in b. Tekanan Desain Tinggi cairan dalam tangki = = volume bahan dalam tangki x tinggi tangki volume tangki 100 9, = 7,518 dm = 0,7518 m Tekanan hidrostatis = Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki = 995,68 9,8 x 0,7518 = 7335,812 Pa = 1,064 psia Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia Faktor keamanan tekanan = 20% Maka, P desain = (1+0,2) (1, ,696) = 18,912 psia c. Tebal Dinding Tangki (Bagian Silinder) S = allowable stress = psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51] C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki Tebal shell tangki: t = t = PD SE-0,6P + nc = 10 tahun 18,912 psia x 17,756 in + 10 tahun 0,01 in/tahun ,85-0,6.18,912 t = 0,128 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,128 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in [46]

5 d. Tebal Dinding Head (Tutup Tangki) S = allowable stress = psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51] C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki Tebal shell tangki: t = t = PD 2SE-0,2P + nc = 10 tahun 18,912 psia 17,756 in + 10 tahun 0,01 in/tahun ,85-0,2.18,912 psia) t = 0,114 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,114 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/8 in [46] L Perhitungan Daya Crusher Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Mengecilkan ukuran dan menghaluskan kulit durian : Rotary knife : Baja karbon : 1 unit Asumsi diameter awal bahan baku (kulit durian yang dipotong) = µm Diameter akhir = 2000 πm Dari tabel 12.2 Walas [43] diperoleh Wi untuk semua material = 13,81 Dari persamaan W =10.Wi.( 1 d 1 di ) Dimana: d = diameter akhir umpan d i = diameter awal umpan W i = tegangan material Maka, W=10.Wi.( 1 1 ) = 2,283 kw / (ton/hari) = 3,061 hp

6 L Tangki Bertekanan (Tangki Hidrolisis) Fungsi Jumlah Bahan Bentuk Kondisi operasi a. Volume Tangki : sebagai wadah untuk berlangsungnya proses liquid hot water atau proses hidrolisis berlangsung : 1 unit : Carbon steel SA 283 Grade C : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal : P = 304,05 kpa T = 107 o C Diinginkan membuat tangki bertekanan (tangki hidrolisis) dengan kapasitas proses 100 liter = 100 dm 3 Faktor kelonggaran = 20% [50] Volume tangki, V T = (1+0,2) 100 dm 3 = 1,2 100 dm 3 = 120 dm 3 Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H s : D t ) = 3 : 2 Volume silinder (V s ) = π/4.d t 2.H s V s = 3 8 πd t 3 Tinggi head (H h ) = 1/4 D, dimana D = D t [45] Volume tutup (V h ) = 0,1309 D 3 V T = V s + V h = (3π/8. D t 3 )+ (0,1309.D 3 ) = (1,1775. D 3 t ) (0,1309. D 3 t ) 3 V T = 1,3084 D t Diameter tangki, D t 17,756 in 3 = V t 1, = 120 = 4,510 dm = 45,10 cm = 1,3084 Diameter tutup, D = D t = 4,510 dm = 45,10 cm = 17,756 in Tinggi silinder, H s Tinggi tutup, H h = 3/2 D = 3/2 4,510 dm = 6,765 dm = 67,65 cm = 26,634 in = 1/4 D = 1/4 4,510 dm = 1,128 dm = 11,28 cm = 4,438 in

7 Tinggi tangki, H T = H s + 2.H h = 9,021 dm = 90,21 cm = 35,516 in b. Tekanan Desain Tinggi cairan dalam tangki = = volume bahan dalam tangki x tinggi tangki volume tangki 100 9, = 7,518 dm = 0,7518 m Tekanan hidrostatis = Densitas bahan x g x tinggi cairan dalam tangki = 995,68 9,8 0,7518 = 7335,812 Pa = 1,064 psia Tekanan operasi = 304,05 kpa = 44,099 psia Faktor keamanan tekanan = 20% Maka, P desain = (1+0,2) (1, ,099) = 54,196 psia c. Tebal Dinding Tangki (Bagian Silinder) S = allowable stress = psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51] C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki Tebal shell tangki: t = t = PD (SE-0,6P) + nc = 10 tahun 54,196 psia x 17,756 in + 10 tahun x 0,01 in/tahun (12650 psia x 0,85-0,6 x 54,196 psia) t = 0,186 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,186 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in [46] d. Tebal Dinding Head (Tutup Tangki) S = allowable stress = psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51]

8 C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki Tebal shell tangki: t = t = PD 2SE-0,2P) + nc = 10 tahun 54,196 psia 17,756 in + 10 tahun 0,01 in/tahun ,85-0,2.54,196 t = 0,144 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,144 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in [46] L2.2.2 Fermentor Fungsi : sebagai wadah berlangsungnya fermentasi proses perubahan glukosa menjadi etanol Jumlah : 1 unit Bentuk : Tangki silinder Kondisi proses : T = o C Tangki Fermentor Spesifikasi fermentor disesuaikan dengan standar spesifikasi dari fermentor [45]: H/ D t = 2 Volume kerja maksimum = 75-80%, minimum = 20% V = π/4.d 2 t.h Keterangan: V = Volume fermentor H = Tinggi fermentor D t = Diameter fermentor Diinginkan kapasitas proses 100 liter. Apabila dianggap volume kerja maksimum tangki fermentor 100 liter. Maka volume tangki yang akan dibangun: V T = 100 liter/0,8 = 125 liter Maka, dengan standar H/D t = 2 V = π/4.d 2 t.h

9 3 D t = V T = 43 cm π H = 2.D t = 86 cm Pengaduk Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut [39]: D a : D t = 0,6-0,8 W : D a = 1/6 1/10 C : D a = 1: 3 Pengaduk yang telah dirancang mempunyai spesifikasi: D a = Diameter impeller = 30 cm W = Lebar impeller = 3 cm C = Jarak pengaduk dari dasar tangki = 10 cm D t = Diameter tangki = 43 cm Maka, D a : D t = 30/43 = 0,71 (Telah sesuai standar) W : D a = 3 : 30 = 1/10 (Telah sesuai standar) C : D a = 1: 3 C = D a /3 = 30/3 = 10 cm Perhitungan Daya Motor pada Tangki Fermentor Jenis : Agitator paddle (2 bilah) Jumlah : 2 Kecepatan putaran : 155 rpm Efisiensi motor : 80% Dengan spesifikasi pengaduk yang sudah di rancang, sehingga dapat dihitung daya motor yang dibutuhkan: Viskositas = 3,468 cp = 3, kg/m.s Densitas = 1013,6 kg/m 3

10 Bilangan Reynold (N Re ) N Re = N D a 2 ρ = 2,58 (0,30m)2 1013,6 = 67865,61 µ 3, Jadi, N Re = 67865,61, maka aliran termasuk aliran transisi, karena berada di rentang N Re aliran transisi yaitu 10 dan Dari gambar Geankoplis Hal 145 [39] diperoleh bahwa pada N Re = 67865,61, nilai N p = 4. Maka, N p = P ρ.n3.d a 5 = P 1013,6.2,53.0,145 P = 3,407 J/s = 3,407 W = 0,0034 kw = 0,0046 hp Daya motor (P m ) = P/0,8 = 0,0046/0,8 = 0,0057 hp Maka dipakai motor dengan daya 1/8 hp L2.2.3 Tangki Distilasi Telah dirancang tangki distilasi dengan spesifikasi yang diperlihatkan pada tabel L2.1 Tabel L2.1 Spesifikasi Tangki Distilasi Dimensi Besaran Tinggi tangki 54 cm Diameter tangki 48 cm Tinggi kerucut 9 cm Perhitungan tangki distilasi dan tutup mengikuti standar [45]: H h = D d tanθ 2 V s = π/4.d 2 t.h s D t = D h H T = H s + H h Perhitungan volume tangki distilasi: Volume tangki = π/4.d 2 t.h s = π/4 (48) 2 54 = 97666,56 cm 3 = 97,66656 dm 3 = 97,66656 liter

11 Jadi, volume tangki distilasi adalah lebih kurang 100 liter. Hasil rancangan yang telah dibuat telah sesuai dengan kapasitas proses yang diinginkan. Sehingga rancangan ini dapat diterima. Tutup tangki distilasi di desain dengan bentuk conical, dengan θ = 45 o dengan persamaan [46]: H h = D d tanθ = 0,5 (48 0) tan 45o 2 = 24 cm Jadi, tinggi tutup (H h ) = 24 cm H T = H s + H h = = 78 cm Maka, tinggi tangki keseluruhan adalah 78 cm L2.2.4 Tangki Air Pendingin Telah dirancang tangki air pendingin dengan spesifikasi yang ditampilkan pada tabel L2.2 Tabel L2.2 Spesifikasi Tangki Air Pendingin Dimensi Besaran Tangki Tinggi tangki 66 cm Diameter tangki 37 cm Perhitungan volume tangki air pendingin: Volume tangki = πr 2 t = 3,14 (18,5) 2 66 = 70927,89 cm 3 = 70,92789 dm 3 = 70,92789 liter Jadi, volume tangki air pendingin adalah ± 70 liter.

12 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI L3.1 BAHAN DASAR PEMBUATAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL Gambar L3.1 Kerangka Unit Pembuatan Bioetanol Gambar L3.2 Dasar Tangki Fermentasi (Fermentor)

13 Gambar L3.3 Dasar Tangki Distilasi Gambar L3.4 Dasar Tangki Pendingin

14 L3.2 Rangkaian Unit Pembuatan Bioetanol Gambar L3.5 Rangkaian Unit Pembuatan Bioetanol

15 LAMPIRAN 4 HASIL LABORATORIUM L4.1 HASIL ANALISIS KADAR BIOETANOL HASIL FERMENTASI Gambar L4.1 Hasil Pembacaan Kadar Bioetanol Hasil Fermentasi menggunakan GC

16 L4.2 HASIL ANALISIS KADAR BIOETANOL HASIL DISTILASI Gambar L4.2 Hasil Pembacaan Kadar Bioetanol Hasil Distilasi menggunakan GC

17 LAMPIRAN 5 PROSEDUR ANALISIS KADAR ETANOL L5.1 PROSEDUR ANALISIS KADAR ETANOL MENGGUNAKAN KROMATOGRAFI GAS (GC) Kandungan etanol yang terdapat di dalam larutan bioetanol dapat dianalisis dengan menggunakan kromatografi gas. Berikut akan dijelaskan prosedur analisis kandungan etanol dengan menggunakan kromatografi gas berdasarkan metode ASTM D5501 yang terdapat di dalam SNI [15]. L5.1.1 Peralatan Sebuah kromatografi gas berdetektor nyala pengion (flame ionization detector, FID) yang dilengkapi dengan kolom gelas kapiler berlapis-dalam metil silikon (yang berikatan silang dan terikat secara kimia pada permukaan gelas kolom) dengan dimensi 150 m x 0,25 mm dan tebal film metil silikon 1,0 µm. Kolom lain dapat juga digunakan bila efisiensi dan selektifitas kromatografinya setara atau lebih baik dari kolom yang dipertelakan di bawah. Kromatograf harus mampu beroperasi pada kondisi tipikal berikut ini [15]: 1. Program temperatur kolom Panjang kolom : 150 m Temperatur awal : 60 C Waktu penahanan awal : 15 menit Laju program : 30 C/menit Temperatur akhir : 250 C Waktu penahanan akhir : 23 menit 2. Injektor Temperatur : 300 C Nisbah pembagian (split ratio) : 200 : 1 Ukuran contoh yang diinjeksikan : 0,1 sampai 0,5 µl (mikroliter)

18 3. Detektor Tipe : FID (nyala pengion) Temperatur : 300 C Gas bahan bakar : hidrogen (sekitar 30 ml/menit) Gas pembakar : udara (sekitar 300 ml/menit) Gas penambah (make-up) : nitrogen (sekitar 30 ml/menit) 4. Gas Pembawa Tipe Kecepatan linier rata-rata : helium : cm/s Gas pembawa helium harus berkemurnian minimum 99,95% dan sebelum memasuki kromatografi, dilewatkan sistem/alat penyingkir oksigen dan pemurni gas. Gas hidrogen dan nitrogen untuk detektor juga harus berkemurnian 99,95% sedang udara pembakar harus bebas hidrokarbon; sebelum memasuki detektor, masing-masing dari ketiga gas ini pun disarankan dilewatkan sistem pemurni gas [15]. L5.1.2 Penyiapan, Kalibrasi dan Standarisasi Adapun prosedur penyiapan, kalibrasi dan standarisasi adalah sebagai berikut [15]: 1. Periksa bahwa kromatograf gas (yang sebelumnya sudah dipasang selayaknya) bebas dari kebocoran. Jika terdapat kebocoran, eratkan sambungan-sambungan dan jika perlu, ganti sambungan-sambungan dengan yang baru. 2. Atur laju alir gas pembawa dan periksa bahwa kecepatan linier rataratanya, pada temperatur awal program, berada di antara 21 dan 24 cm/s. Pemeriksaan dilakukan dengan mengukur waktu retensi metana (CH 4 ) pada kolom dan menghitung kecepatan linier rata-rata dengan persamaan: v = L t m

19 Keterangan: v = kecepatan linier rata-rata gas pembawa, cm/s L = panjang kolom, cm t m = waktu retensi metana pada kolom, s Pengaturan laju alir dilakukan dengan membesar-kecilkan tekanan gas pembawa ke injektor. 3. Atur kondisi-kondisi operasi seperti kondisi peralatan pada L5.1.1 dan biarkan beberapa lama agar sistem mencapai kesetimbangan. 4. Zat-zat standar yang diperlukan untuk kalibrasi, yaitu heptana, metanol, etanol dan, jika dikehendaki, alkohol-alkohol monohidroksi C3 C5, harus murni atau diketahui tingkat kemurniannya serta bebas dari komponen-komponen lain yang akan dianalisis. Khusus untuk etanol, kemurniannya harus minimum 99,5%. 5. Untuk kalibrasi, siapkan/sediakan campuran-campuran yang diketahui komposisinya dan berkadar etanol 94 98%-berat, metanol 0,1 0,5%- berat, sisanya heptana (pengganti denaturan); jika dikehendaki, campuran bisa juga mengandung alkohol-alkohol C3 C5 dalam jumlah kecil tetapi diketahui secara teliti. 6. Tentukan waktu retensi etanol, metanol (dan alkohol-alkohol lain) dengan menginjeksikan contoh zat-zat ini, secara sendiri-sendiri atau dalam bentuk campuran kalibrasi di atas, ke kromatograf. Pastikan bahwa tiap alkohol dapat dideteksi dan diintegrasi dengan benar. Adanya puncak yang tidak simetrik di bagian depan (front-skewed) menunjukkan bahwa kolom terbanjiri (overload) oleh komponen ini dan bahwa nisbah pembagian (split ratio) injektor terlalu kecil. 7. Plot luas puncak pada kromatogram versus konsentrasi etanol untuk campuran-campuran kalibrasi yang disebutkan di atas harus linier. Jika tidak, perbesar nisbah pembagian injektor atau buat rentang detektornya menjadi agak kurang peka. 8. Persen massa tiap komponen yang diperoleh dari luas-luas puncak pada kromatogram harus di sekitar ± 3% (relatif) dari konsentrasinya pada campuran kalibrasi.

20 9. Tentukan pula faktor-faktor respons relatif berbasis massa untuk metanol, etanol, dan alkohol-alkohol lain berdasar kromatogram campuran kalibrasi. Faktor respons relatif berbasis massa dari komponen i (Ri) adalah: R i = {(luas puncak persen massa)} i {(luas puncak persen massa)} heptana Nilai-nilai tipikal faktor respons relatif berbasis massa ditampilkan pada tabel L5.1. Tabel L5.1 Nilai Tipikal Respon Relatif Berbasis Massa Zat i Ri Berat jenis 15,56/15,56 o C Metanol 3,20 0,796 Etanol 2,06 0,794 L5.1.3 Prosedur Analisis berikut [15]: Adapun prosedur analisis menggunakan kromatografi gas adalah sebagai 1. Pastikan bahwa sistem kromatograf telah berada pada kondisi operasi yang layak (misalnya seperti tertera pada sub-bagian B di atas). 2. Atur kepekaan sistem kromatograf agar tiap komponen yang kadarnya 0,002 %-massa dapat dideteksi dan diintegrasi dengan benar. 3. Injeksikan 0,1 sampai 0,5 µl contoh yang dianalisis ke dalam gerbang injeksi (injektor) dan mulai analisis. Peroleh kromatogram beserta laporan integrasi (luas) puncak-puncaknya. L5.1.4 Perhitungan dan Pelaporan Adapun perhitungan dan pelaporan hasil analisis adalah sebagai berikut [15]: 1. Kalikan tiap luas puncak yang terdeteksi (Ai) dengan faktor respons relatif berbasis massanya (Ri). Gunakan faktor-faktor yang diperoleh untuk tiap komponen sewaktu kalibrasi dan gunakan faktor 1,000 untuk puncak yang tidak diketahui.

21 2. Tentukan persen massa relatif tiap alkohol (RMi)dengan persamaan berikut: RM i = A i R i x 100 Σ n i Ai R i Dengan n = banyak puncak yang terdeteksi 3. Dapatkan angka persen massa air di dalam contoh yang dianalisis. 4. Tentukan %-massa alkohol-alkohol (Mi) dengan menggunakan persamaan berikut: M i = RM i x 100 n persen massa air di dalam contoh %-volume alkohol-alkohol (Vi) dapat dihitung dengan persamaan berikut: Keterangan: V i = M i x D c D i D c = berat jenis 15,56/15,56 C contoh yang dianalisis (dapat diukur dengan cara hidrometri atau piknometri) D i = berat jenis 15,56/15,56 C komponen i (untuk metanol dan etanol, diberikan pada tabel L5.1) 6. Laporkan nilai persen massa maupun persen volume alkohol-alkohol hanya sampai 2 (dua) angka di belakang koma. 7. Perbedaan relatif dari hasil-hasil berturutan yang diperoleh seorang analis pada contoh yang sama mestinya tidak lebih dari 0,22 %.