PABRIK BIOETHANOL DARI LIMBAH DRY SLUDGE INDUSTRI KERTAS DENGAN PROSES HIDROLISA ENZIM DAN FERMENTASI

(1)

Oleh :

WAHYUL HAQ YUDISIAWAN NRP. 2310 030 035 MABRUR NRP. 2310 030 067

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. SOEPRIJANTO, M.Sc

PABRIK BIOETHANOL DARI LIMBAH DRY SLUDGE INDUSTRI KERTAS DENGAN PROSES HIDROLISA ENZIM

DAN FERMENTASI

PROGRAM STUDI D III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

Sidang TUGAS AKHIR

(2)

LATAR BELAKANG

Terbatasnya cadangan bahan bakar

fosil

Sumber bahan bakar

alternatif

Potensi limbah Sludge Industri Kertas Perancangan

Pabrik

Bioethanol dari Sludge Industri

Kertas

(3)

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.

DASAR TEORI

(4)

 Sebagai pelarut dan reagensia dalam laboratorium dan industri.

 Sebagai bahan bakar

 Sebagai bahan industri kimia.

 Sebagai bahan kecantikan dan kedokteran

(5)

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

PABRIK BIOETHANOL

DI INDONESIA

(6)

Alasan:

 Dekat dengan Bahan baku

 Transportasinya mudah

 Suplay air yang memadai

PENENTUAN LOKASI PABRIK

Peta Mojokerto

(7)

 Saccharomyces cerevisiae

 Enzim Selulase

 Asam Klorida (HCl)

 Asam Phospat (H

₃

PO

₄

)

 Ammonium Sulfat (NH

₄

)

₂

SO

₄

 Antifoam (Turkey Red Oil)

(8)

 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 %

PERHITUNGAN KAPASITAS

(9)

Sludge Industri Kertas

Komponen Komposisi Selulosa 63%

Hemiselulosa 7%

Clay 30%

(Prasetyo et.al,2011)

(10)

Produk Utama :

 Bioethanol 99,6%

Produk Samping :

 Karbon dioksida (CO

₂

)

 Gliserol

 Asam asetat

(11)

MACAM-MACAM PROSES

BIOETHANOL

Fermentasi gula,

pati atau selulosa

Sintesis dari etilen

(12)

Parameter

Sintesis Ethylen Fermentasi Selulosa Menggunakan Hidrolisa

Enzim Indirect

Hydration

Direct Hydration 1. Aspek Teknis

a. Proses b. Konversi

kontinyu 96-98 %

Kontinyu 97%

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

(13)

 Hidrolisa

 Fermentasi

 Distilasi

 Dehidrasi

(14)

FLOWSHEET PROSES

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

NERACA MASSA DAN NERACA PANAS

(20)

Neraca Massa

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

Screw Conveyor

Bahan masuk Bahan keluar

Air dari heater

(21)

Neraca Massa

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

Reaktor Hidrolisa

Bahan masuk Bahan keluar

HCl Enzim

selulase

(22)

Neraca Massa

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

Rotary vacuum filter

Bahan masuk filtrat

pencuciAir

cake

(23)

Neraca Massa

Bahan ke starter 57.584,5776

Bahan ke Fermentor 1.094.106,974

Total 1.151.691,552 1.151.691,552

Cooler

Bahan masuk Ke fermentor

Ke Starter

(24)

Neraca Massa

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

Tangki starter

Bahan masuk Ke fermentor

H3PO4 (NH4)2SO4 Yeast

CO2

(25)

Neraca Massa

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

Fermentor

Bahan masuk Keluar

fermentor Komponen dari

starter Defoaming

CO2

(26)

Neraca Massa

Bahan terikut M.sieve 16.486,1932

Bahan keluar M.sieve 167.028,8286

Total 183.515,0218 183.515,0218

Molecular sieve Bahan masuk

Keluar M.sieve Bahan

terikut M.sieve

(29)

Neraca Panas

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

Heater

T = 30 CAir Air

T = 70 C Steam

T = 148 C

Condensate T = 148 C Q supply = Q steam – Q condensate

Q loss

(30)

Neraca Panas

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 125.308.973,5

Total 2.541.877.638 2.541.877.638

Reaktor hidrolisa Bahan masuk

T = 70 C

Bahan keluar T = 70 C T = 30 CHCl

Condensate T = 148 C

Enzim selulase T = 30 C Steam

T =148 C

Q loss

(31)

Neraca Panas

Q diserap 27.635.662,11

Total 41.427.928,09 41.427.928,09

Cooler Bahan

masuk

T = 70 C Bahan keluar

T = 30 C Air pendingin

T = 30 C

Air pendingin T = 45 C Q diserap = Q air pendingin masuk – Q air

pendingin keluar

(32)

Neraca Panas

Air pencuci 445.020,72

Cake 1.713.725,327

Filtrat 12.523.561,38

Total 14.237.286,7 14.237.286,7

Rotary vacuum filter Bahan

masuk

T = 30 C Filtrat

T = 39,11 C Air pencuci

T = 30 C

Cake T = 39,11 C

(33)

Neraca Panas

Q supply 48.556.938,46

Q loss 2.427.846,923

Total 88.537.667,14 88.537.667,14

Tangki Sterilisasi Bahan

masuk

T = 70 C Bahan keluar

T = 121 C Steam

T = 148 C

Condensate T = 148 C Q supply = Q steam – Q condensate

Q loss

(34)

Neraca Panas

Komponen Entalpi masuk (kkal) Entalpi keluar (kg) Bahan masuk 5.899.201,515

Bahan masuk dari starter 268.083,2574

Defoaming 54,34106637

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

Fermentor

Bahan masuk Keluar

fermentor Komponen dari

starter

Defoaming

CO2 pendinginAir

Air pendingin keluar Q diserap = Q air pendingin masuk – Q air

pendingin keluar

(35)

Neraca Panas

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

Rectifying Column Bahan masuk

Bottom Distilat

(36)

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

(37)

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

(38)

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

(39)

SPESIFIKASI PERALATAN

c. Tray Jumlah



tray = 18



Tray spacing = 0,9144 m



Susunan pitch = Triangular



Bahan Konstruksi= Carbon Steel

(40)

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

(41)

FLOWSHEET UTILITAS

(42)

(43)

(44)

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

√ √ - - - -

(45)

INSTRUMENTASI

Alat Sistem Instrumentasi

Reaktor Hidrolisa

 Level Indikator

Temperatur Controller (TC)

 pH Controller Tangki Sterilisasi Level Indikator

Tangki Starter dan Fermentor

Level Indikator

 pH Controller

Kolom Distilasi

Flow Controller

Molecular Sieve

Flow Controller

 Pressure Controller

(46)

PENGOLAHAN LIMBAH

- Limbah padat dari fermentasi berupa Biomass dimanfaatkan sebagai pupuk

- Dimanfaatkan untuk Pemadam kebakaran Sebagai dry ice

- Tahap Netralisasi

-Tahap Activated Sludge

Limbah Padat

Limbah Gas

Limbah Cair

(47)

Lagoon Aerasi

Penambahan Nutrient Clarifier

Filtrat

Lumpur Aktif Sungai

Activated Sludge

Netralisasi

Ca(OH)2

(48)

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

(49)