PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN COFERMENTASI
Oleh :ALVINO HEBOH W. NRP. 2308 030 055dan
LUTFI AL BAAQY NRP. 2308 030 073
DOSEN PEMBIMBING :Ir. Agung Subyakto,MS NIP. 19510729 198603 2 001
LATAR BELAKANGEnergi Alternatif
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).
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
Komposisi Ampas TebuKandungan Ash Lignin Selulosa Komposisi 5,6 % 24,2 % 52,7 %
Hemiselulosa
17,5 %
Ethyl Alkohol (C2H5OH)Sifat Fisika : - Titik nyala 13.9 oC. - Densitas pada 20 oC adalah 0,789 gr/cm3. - Berat molekul 46,070 gr/mol. - Titik didih 78.4oC . - Cairan tidak berwarna, jernih - Melting point (titik leleh) 114 oC. - Konstanta kesetimbangan (Ka) : 10-18 - Merupakan senyawa aromatik yang volatile - Mudah terbakar - Termasuk B3 (Bahan Beracun dan Berbahaya) - Berbau tajam - Spesifik Gravity 0,7851 pada suhu 20 oC. - Larut dalam air dan senyawa organik lainnya(Fessenden & Fessenden, 1992)
Sifat Kimia : Dapat bereaksi dengan NaOH membentuk Sodium etoxida. C2H5 + NaOH C2H5ONa + H2O
-
Dapat mengalami reaksi Esterifikasi.C2H5 + (RCO)2 RCOOCH2CH3 + RCOOH Dapat mengalami reaksi Dehidrasi. CH3CH2OH CH2 = CH2 + H2O 2 CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O
-
Dapat mengalami reaksi Dehidrogenasi.
(Othmer, 1978)
LOKASI PABRIK & KAPASITAS PRODUKSILokasi Pabrik yang dipilih : Malang, Jawa Timur Dasar pertimbangan : Tersedianya bahan baku Suplai air yang cukup memadai (Kali Brantas) Transportasi yang memadai
Kapasitas Produksi Pabrik : 130.000 ton/tahun
Bahan Baku dan Produk Bahan Baku : Bahan baku utama pabrik ini adalah ampas tebu. Bahan Pembantu : - H2SO4 - Ca(OH)2 - Enzim selulase - Zimomonas Mobilis Produk Utama : Ethyl Alkohol (C2H5OH) Produk Samping : Gypsum, furfural, asam asetat, lignin, dan
CO2
TAHAP ProsesProduksi bioetanol memiliki beberapa tahap proses :
1. 2. 3. 4.
Pre Treatment Hidrolisis Fermentasi Purifikasi
PretreatmentProcessFISIKA Vapour explosion Thermohidrolisis KIMIA Dilute Acid Hydrolysis Alkaline Hydrolysis Organosolv Biologic KOMBINASI Catalyzed Vapour Explosion Afex (ammonia fibre explosion) Co2 Explosion
Waktu reaksi1-10 menit 30 menit 2-10 menit
yield45%-65% 88%-98% 75%-90%-
cost
+
2 menit40-60 menit
60%-75%70%-80%
++
1-4 menit
88% 50%-90%
-
75%
Proses HidrolisisProcess Dilute Acid Input < 1% H2SO4 Temperature Time Saccharification 215o C 40o C 3 min 2-6 h 50% - 70% 90%
Concentrated 30% - 70 %
AcidEnzymatic
H2SO4Cellulase 70o C 1,5 day 75% - 95%
Fermentasi SHF (Separated Hidrolysis and Fermentation) SSF (Simultaneous Saccharication and Fermentation ) SSCF (Simultaneous Saccharication and CoFermentation )
FLOWSHEET PROSES
NERACA MASSA
Cara perhitungan pada Distilasi1. Menentukan T feed. 2. Menentukan pendekatan distribusidari komponen distilat dan produk bawah dengan menggunakan pada T feed dan P = 1 atm. 3. Mencari Dew Point. 4. Mencari buble point 5. menghitung plate minimum : metode Fenske Nm = log (XLK Distilat/ XHK Distilat) x (XHK Bottom/ XLK Bottom) Log light key average 6. Menentukan refluk minimum : Metode Short Cut1- q =
(i x xf )(i )
Rm + 1 = (i*xd/i-) 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
Flow chart menentukan T feedPt = 1 atm Xfi = diketahui
Trial T total
Pi diperoleh berdasarkan T total
Ki diperoleh
diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key
tidak Kc = Ki heavy key Kc = 1/i x xf Ki x xi =1 Ya
Stop
Flow chart menentukan Dew PointPt = 1 atm XDfi = diketahui
Trial T total
Pi diperoleh berdasarkan T total
Ki diperoleh
diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key
tidak Kc = Ki heavy key Kc = XDfi /i y/iKi =1 Ya
Stop
Flow chart menentukan Buble PointPt = 1 atm XBfi = diketahui
Trial T total
Pi diperoleh berdasarkan T total
Ki diperoleh
diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key
tidak Kc = Ki heavy key Kc = 1/i x xf Ki x Xi =1
Ya
Stop
Neraca Massa pada Kolom Distilasi (D-410)Masuk Komposisi Massa (kg) Komposisi Keluar Massa (kg)
aliran feedH2O Glukosa Xylose furfural C2H5OH CH3COOH H2SO4 13232003,33 44647,84473 41806,76158 3701,773678 418075,5394 1427,303995 352,8412558 antifoam 141,5785167
Aliran : DistilatC2H5OH (LK) H2O (HK) CH3COOH glukose xylose Jumlah Aliran : Bottom C2H5OH (LK) H2O (HK) CH3COOH glukose xylose furfural H2SO4 731,6321939 13208847,33 1427,303798 44647,84473 41806,76158 3701,773678 352,8412558 141,5785167 13.742.156,977 417343,9072 23156,00583 0,00019684 2,0996E-101 1,95751E-71 440499,9132
antifoam Jumlah 13.742.156,977 Jumlah
NERACA PANAS
Neraca Panas pada Kolom Distilasi (D-410)Masuk Komposisi Entalpi Komposisi Distilat Keluar Entalpi
H2OXylose Glukosa C2H5OH CH3COOH H2SO4
573.952.781,55971.338.669,2449 880.336,4874 17.804.958,0863 40.726,3455 9.742,4630
C2H5OHH2O CH3COOH Glukose Xylose
18.168.399,91711.325.586,3784 0,006013058 4,9823E-100 6,47697E-70 19.493.986,3015
FurfuralAnti foam
114.695,51505.176,8528
BottomC2H5OH H2O 45.228,0497 997.571.954,6071 57.287,2593 1.392.051,7480 1.817.498,5981 92.863,1757 8.851,4216 8.815,8317 1.000.994.550,6912 Q yang diserap air pendingin Q loss 44.423.428,0066 24.777.098,8655
Q supply
495.541.977,3
CH3COOH Glukose Xylose Furfural H2SO4 Antifoam
1.089.689.063,8649
1.089.689.063,8649
UTILITAS-Densitas air pada 30 oC = 995,68 Kg/m3 -Air Sanitasi = 68 m3/hari -Air Pendingin = 128.954.396 m3/Hari -Air Proses = 13.074.759 m3/Hari -Air Umpan Boiler = 11.488.528 m3/Hari Kebutuhan air Total saat Operasi = Kebutuhan air total saat awal + Make Up Water + Air Cadangan = 170.018.378 m3/Hari
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.
INSTRUMENTASIInstrumentasi yang Digunakan Pada Pabrik Bioetanol : Flow Control (FC) Level Indikator (LI) Temperatur Control (TC) Pressure Indikator
PENGOLAHAN LIMBAHLIMBAH GASLimbah gas berupa gas CO2Pengolahan : Digunakan pada industri minuman berkarbonat Digunakan untuk pemadam kebakaran Sebagai bahan baku pembuatan dry ice
LIMBAH CAIR
Berasal dari kolom distilasiLimbah cair berupa bottom product (Furfural, asam asetat, H2O) Pengolahan : Ditreatment terlebih dahulu sebelum dibuang kesungai Dapat dijual dan digunakan sebagai bahan baku kimia
LIMBAH PADAT Dari rotary drum filter IILignin Dijual sebagai furafil Dari fermentor Biomass Dijual sebagai active sludge Dari Overliming & Reacidification Gypsum Dijual sebagai bahan-bahan bangunan
Spesifikasi Alat HEATER (E-116) Fungsi : untuk menaikkan suhu air proses dari 30C menjadi 100C 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 = in OD 16 BWG Panjang tube = 8 ft Jumlah tube = 210 buah Jenis Pitch = Triangular
POMPA (L-323) Fungsi Tekanan Jenis pompa Jumlah Rate volumetrik Bahan konstruksi Power pompa
: Memompa bioetanol dari cooler ke tangki penampung bioetanol : 1 atm : centrifugal : 1 buah : 98,11 gal/min : Commersial steel : 38,35 Hp
KOLOM DISTILASI (D-160) Fungsi : Untuk memurnikan etanol hingga 95% Silinder Diameter dalam = 39,625 in Diameter luar = 40 in Tinggi = 7,988587 m Tebal = 3/16 in Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 24 grade M Tutup atas dan tutup bawah Tinggi = 0,169294 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
KESIMPULAN Bahan Baku : Ampas tebu
Bahan Pembantu : H2SO4 sebagai katalis asam dan penurun pH pada reacidifikasi Ca(OH)2 pada tangki oveliming Enzim selulase sebagai biokatalis H3PO4 dan (NH4)2SO4 sebagai nutrient pertumbuhan yeast Z.Mobilis sebagai bakteri dalam proses fermentasi Antifoam, untuk mencegah terjadinya (foam) pada proses fermentasi
Kapasitas produksi 130.000 ton/tahun bioetanol 99,6 %Utilitas Total kebutuhan air 170.018.378 m3/hari
TERIMA KASIH
16
