PABRIK BIOETHANOL DARI LIMBAH DRY SLUDGE INDUSTRI KERTAS DENGAN PROSES HIDROLISA ENZIM DAN FERMENTASI Oleh : WAHYUL HAQ YUDISIAWAN NRP. 2310 030 035 MABRUR NRP. 2310 030 067 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. SOEPRIJANTO, M.Sc Sidang TUGAS AKHIR PROGRAM STUDI D III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
LATAR BELAKANG Terbatasnya cadangan bahan bakar fosil Sumber bahan bakar alternatif Perancangan Pabrik Bioethanol dari Sludge Industri Kertas Potensi limbah Sludge Industri Kertas
DASAR TEORI BIOETHANOL Bioetanol adalah etanol yang diproduksi dari bahan baku berupa biomassa. Bioethanol merupakan salah satu jenis biofuel(bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan). Bioetanol dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses destilasi.
Sebagai pelarut dan reagensia dalam laboratorium dan industri. Sebagai bahan bakar Sebagai bahan industri kimia. Sebagai bahan kecantikan dan kedokteran
PABRIK BIOETHANOL DI INDONESIA Nama Perusahaan Kapasitas Produksi Lokasi Melindo Raya Industrial (MRI) 50 juta lt/th Lawang, Jatim PTPN XI 7 juta lt/tahun Jatiroto, Jatim Indo Acidatama 46 juta lt/tahun Solo, Jateng Madu Baru 7 juta lt/tahun Yogyakarta,DIY PSA Palimanan 7 juta lt/tahun Cirebon, Jabar Japura Sarana Jaya 3,6 juta lt/tahun Cirebon, Jabar Indo Lampung Distilery (ILD) 50 juta lt/tahun Lampung Permata Sakti 5 juta lt/tahun Medan, Sumut Molasindo 3,6 juta lt/tahun Medan, Sumut Basis Indah 5 juta lt/tahun Makassar, Sulsel
PENENTUAN LOKASI PABRIK Alasan: Dekat dengan Bahan baku Transportasinya mudah Suplay air yang memadai Peta Mojokerto
Saccharomyces cerevisiae Enzim Selulase Asam Klorida (HCl) Asam Phospat (H 3 PO 4 ) Ammonium Sulfat (NH 4 ) 2 SO 4 Antifoam (Turkey Red Oil)
PERHITUNGAN KAPASITAS Kapasitas Produksi = (Produksi + Impor) - (Ekspor) = (166.227.600+624.522.873,8)-(518.461.876,9). = 270.000.000 liter/tahun bioethanol 99,6 % Kapasitas Produksi Pabrik Bioethanol 20% dari kapasitas produksi total = 20% x 270.000.000 liter/tahun. = 54.000.000 liter/tahun bioethanol 99,6 %
Sludge Industri Kertas Komponen Komposisi Selulosa 63% Hemiselulosa 7% Clay 30% (Prasetyo et.al,2011)
Produk Utama : Bioethanol 99,6% Produk Samping : Karbon dioksida (CO 2 ) Gliserol Asam asetat
MACAM-MACAM PROSES BIOETHANOL Sintesis dari etilen Fermentasi gula, pati atau selulosa
Parameter 1. Aspek Teknis a. Proses b. Konversi Sintesis Ethylen Indirect Direct Hydration Hydration kontinyu Kontinyu 96-98 % 97% Fermentasi Selulosa Menggunakan Hidrolisa Enzim Batch 95 % 2. Kondisi Operasi a. Suhu (ᵒC) b. Tekanan (atm) c. Waktu Operasi (jam) 300 1,3 1,5-300 6,8-32 1 72
Hidrolisa Fermentasi Distilasi Dehidrasi
FLOWSHEET PROSES FLOWSHEET PROSES
NERACA MASSA DAN NERACA PANAS NERACA MASSA DAN NERACA PANAS
Neraca Massa Air dari heater Bahan masuk Screw Conveyor Bahan keluar Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 1.000.000 Air dari heater 500.000 Bahan keluar 1.500.000 Total 1.500.000 1.500.000
Neraca Massa Bahan masuk HCl Reaktor Hidrolisa Enzim selulase Bahan keluar Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 1.500.000 HCl 27,55200231 Enzim selulase 12600 Bahan keluar 1.512.627,552 Total 1.512.627,552 1.512.627,552
Neraca Massa Bahan masuk Air pencuci Rotary vacuum filter filtrat cake Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 1.512.627,552 Air pencuci 89.120 Filtrat 1.151.691,552 Cake 450.056 Total 1.601.747,552 1.601.747,552
Neraca Massa Bahan masuk Cooler Ke fermentor Ke Starter Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 1.151.691,552 Bahan ke starter 57.584,5776 Bahan ke Fermentor 1.094.106,974 Total 1.151.691,552 1.151.691,552
Neraca Massa H3PO4 (NH4)2SO4 Yeast CO2 Bahan masuk Tangki starter Ke fermentor Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 57.584,5776 H3PO4 32,73284072 (NH4)2SO4 32,73284072 Yeast 32,73284072 CO2 13.151,72433 Bahan ke Fermentor 44.531,05179 Total 57.682,77612 57.682,77612
Neraca Massa Bahan masuk Komponen dari starter Fermentor Defoaming CO2 Keluar fermentor Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 1.094.107,004 Dari tangki starter 44.531,05179 Defoaming 9,353023471 CO2 277.472,2049 Bahan keluar fermentor 861.175,2043 Total 1.138.647,409 1.138.647,409
Neraca Massa Top Product Bahan masuk Beer Still Bottom product Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 857.442,9166 Top Product 392.078,9003 Bottom product 465.364,0164 Total 857.442,9166 857.442,9166
Neraca Massa Top Product Bahan masuk Rectifying column Bottom product Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 392.078,9003 Top Product 183.515,0218 Bottom product 208.563,8785 Total 392.078,9003 392.078,9003
Bahan masuk Neraca Massa Molecular sieve Bahan terikut M.sieve Keluar M.sieve Komponen Massa masuk (kg) Massa keluar (kg) Bahan masuk 183.515,0218 Bahan terikut M.sieve 16.486,1932 Bahan keluar M.sieve 167.028,8286 Total 183.515,0218 183.515,0218
Air T = 30 C Neraca Panas Heater Steam T = 148 C Air T = 70 C Q supply = Q steam Q condensate Condensate T = 148 C Q loss Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kkal) Air 2.496.750 22.529.250 Q supply 21.086.842,11 Q loss 1.054.342,105 Total 23.583.592,1 23.583.592,1
Neraca Panas Bahan masuk T = 70 C Steam T =148 C HCl T = 30 C Reaktor hidrolisa Enzim selulase T = 30 C Bahan keluar T = 70 C Condensate T = 148 C Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kkal) Bahan masuk 35.660.014,64 HCl 136,2248658 Enzim selulase 38.017,68842 Bahan keluar 2.416.568.664 Q supply 2.506.179.469 Q loss Q loss 125.308.973,5 Total 2.541.877.638 2.541.877.638
Neraca Panas Bahan masuk T = 70 C Cooler Air pendingin T = 30 C Bahan keluar T = 30 C Q diserap = Q air pendingin masuk Q air pendingin keluar Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kkal) Bahan masuk 41.427.928,09 Air pendingin T = 45 C Bahan keluar 13.792.265,98 Q diserap 27.635.662,11 Total 41.427.928,09 41.427.928,09
Bahan masuk T = 30 C Neraca Panas Rotary vacuum filter Air pencuci T = 30 C Cake T = 39,11 C Filtrat T = 39,11 C Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kkal) Bahan masuk 13.792.265,98 Air pencuci 445.020,72 Cake 1.713.725,327 Filtrat 12.523.561,38 Total 14.237.286,7 14.237.286,7
Bahan masuk T = 70 C Neraca Panas Tangki Sterilisasi Steam T = 148 C Bahan keluar T = 121 C Q supply = Q steam Q condensate Condensate T = 148 C Q loss Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kkal) Bahan masuk 39.980.728,68 Bahan keluar 86.109.820,21 Q supply 48.556.938,46 Q loss 2.427.846,923 Total 88.537.667,14 88.537.667,14
Komponen dari starter Bahan masuk Neraca Panas Air pendingin Fermentor Defoaming CO2 Keluar fermentor Q diserap = Q air pendingin masuk Q air pendingin keluar Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kg) Bahan masuk 5.899.201,515 Bahan masuk dari starter 268.083,2574 Defoaming 54,34106637 Air pendingin keluar CO2 399.164,8672 Bahan keluar fermentor -54.982.418,81 Q diserap 60.750.593,06 Total 6.167.339,114 6.167.339,114
Neraca Panas Distilat Bahan masuk Rectifying Column Bottom Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kkal) Bahan masuk 21.441.155,41 Distilat 6.298.036,342 Bottom 15.415.025,67 Q supply 18.976.662,67 Q diserap pendingin 17.755.922,93 Q loss 948.833,1334 Total 40.417.818,08 40.417.818,08
SPESIFIKASI PERALATAN 1. Heater Fungsi : Untuk menaikkan suhu air proses dari 30ᵒC menjadi 70ᵒC sebelum menuju sreew conveyor. Tipe : Shell and Tube Jumlah : 1 buah Bahan : Carbon steel Diameter shell : 21,25 in Ukuran tube : 3/4 in OD 16 BWG Panjang tube : 16 ft Jumlah tube : 277 buah Jenis tube :Square Jumlah passes : 1 buah Ukuran buffle : 2,4 in
SPESIFIKASI PERALATAN 2. Pompa Fungsi : Untuk memompa produk alcohol dari cooler ke tangki alkohol storage. Nama Alat : Pompa produk alkohol Tipe : Centrifugal Pump Jumlah : 1 buah Kapasitas : 16.857,6 lb/jam Ukuran Pipa : 2,5 in sch 40 Bahan Konstruksi : Commersial Steel Power Motor : 1 HP
SPESIFIKASI PERALATAN 3. Spesifikasi Kolom Distilasi a. Silinder Diameter dalam = 5,42 m Diameter luar = 5,43 m Tinggi = 16,46 m Tebal = 0,005 m Bahan konstruksi = Carbon Steel b. Tutup atas dan tutup bawah Tinggi = 0,916032 m Tebal = 0,1875 m Bahan konstruksi = Carbon Steel
SPESIFIKASI PERALATAN c. Tray Jumlah tray = 18 Tray spacing = 0,9144 m Susunan pitch = Triangular Bahan Konstruksi= Carbon Steel
UTILITAS Keseluruhan air yang dibutuhkan (yang diambil dari sungai) : Air sanitasi = 84 m 3 / hari Air pendingin = 1.574,686 m 3 /hari Air boiler = 1.042,415 m 3 /hari Air proses = 1.368,07 m 3 /hari Jadi, keseluruhan air yang dibutuhkan : = (84 + 1.574,686 + 1.042,415 + 1.042,415) m 3 /hari = 3.293,519 m 3 /hari
FLOWSHEET UTILITAS
KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA APD Nama Alat Safety Helm Sepatu Karet Ear Plug Masker Sarung Tangan Karet Safety Shoes Belt Conveyor Bucket Elevator - - - Screw Conveyor - - - - Heater Cooler - - Tangki Sterilisasi Kolom distilasi - - Tangki Starter dan Fermentor Reaktor Hidrolisa Rotary Vacuun Filter - - - - - - - -
INSTRUMENTASI Alat Reaktor Hidrolisa TangkiSterilisasi Tangki Starter dan Fermentor Kolom Distilasi Molecular Sieve Sistem Instrumentasi Level Indikator Temperatur Controller (TC) ph Controller Level Indikator Temperatur Controller (TC) Level Indikator Temperatur Controller (TC) ph Controller Flow Controller Temperatur Controller (TC) Flow Controller Temperatur Controller (TC) Pressure Controller
PENGOLAHAN LIMBAH Limbah Padat - Limbah padat dari fermentasi berupa Biomass dimanfaatkan sebagai pupuk Limbah Gas - Dimanfaatkan untuk Pemadam kebakaran Sebagai dry ice Limbah Cair - Tahap Netralisasi -Tahap Activated Sludge
Ca(OH)2 Activated Sludge Netralisasi Lagoon Aerasi Clarifier Penambahan Nutrient Filtrat Lumpur Aktif Sungai
KESIMPULAN Rencana Operasi Pabrik Bioethanol ini direncanakan beroperasi secara semi batch selama 330 hari operasi/ tahun dan 24 jam/ hari. Kapasitas Produksi. Kapasitas produksi pabrik ini sebesar 160.000 lt/hari bioethanol 99,6%. Bahan Baku : Limbah Dry Sludge Industri Kertas Bahan Pembantu : HCl Enzim Selulase H3PO4 (NH4)2SO4 Saccharomyces c. Defoaming