PRA-RANCANGAN PABRIK BIOETANOL DARI TETES TEBU (MOLASE) MELALUI FERMENTASI
KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN : PEMURNIAN PRODUK MELALUI PROSES DEHIDRASI DENGAN
METODE ADSORPSI MOLECULAR SIEVE (MS)
TUGAS KHUSUS PERANCANGAN ALAT PROSES DEHIDRASI ADSORPSI UNTUK MEMURNIKAN
BIOETANOL
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH :
BINSAR MUSA DAVID SIAHAAN 170405057
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2022
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PRA-RANCANGAN PABRIK BIOETANOL DARI TETES TEBU (MOLASE) MELALUI FERMENTASI KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN : PEMURNIAN PRODUK MELALUI PROSES
DEHIDRASI DENGAN METODE ADSORPSI MOLECULAR SIEVE (MS)
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya cantumkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sesungguhnya. Apabila di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku
Medan, 06 Juni 2022
Binsar Musa David Siahaan NIM.170405057
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan hasil Penelitian dengan judul “Pra Rancangan Pabrik Bioetanol dari Tetes Tebu (Molase) Melalui Fermentasi Kapasitas 30.000 Ton/Tahun : Pemurnian Produk Melalui ProsesDehidrasi Dan Dengan Metode Adsorpsi Molecular Sieve(MS)”.
Adapun tujuan dari penulisan proposal rancangan pabrik ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan strata-1 di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Dengan ini, penulis juga menyampaikan terima kasih kepada:
1. Ibu Ir. Maya Sarah, S.T., M.T., PhD., IPM. sebagai Dosen Pembimbing dan Ketua Departemen Teknik Kimia USU atas bimbingannya dalam proses penyusunan dan penulisan proposal rancangan pabrik ini.
2. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun ST., MT. sebagai Dosen Penguji yang mengevaluasi dan memberi saran kepada penulis untuk kesempurnaan dari skripsi ini.
3. Bapak Dr. Amir Husin ST., MT. sebagai Dosen Penguji yang mengevaluasi dan memberi saran kepada penulis untuk kesempurnaan dari skripsi ini.
4. Bapak Dr. Ir. Bambang Trisakti, M.Si selaku Koordinator Skripsi Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Nisaul Fadhilah, ST., M.Eng, selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
6. Orang tua yang telah membantu pengerjaan dan memberikan semangat dalam mengerjakan proposal ini baik dalam psikis dan materil.
7. Seluruh staf pengajar dan pengurus administrasi Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Partner Penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : Ihut, Terima kasih banyak atas kerja samanya
9. Teman-teman stambuk 2017 Teknik Kimia yang telah membantu dalam diskusi pengerjaan proposal rancangan pabrik ini.
v
Penulis menyadari bahwa diharapkan memberikan wawasan bagi pembaca.
Dalam Skripsi ini mungkin masih memiliki beberapa kesalahan baik dari segi isi maupun penulisan, untuk itu diperlukan kritik dan saran yang membangun untuk perbaikan kedepannya.
Medan, 06 Juli 2022
Binsar Musa David Siahaan NIM.170405057
vi
DEDIKASI
Puji dan Syukur aku panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas karunia-Nya aku dapat menyelesaikan skripsi ini.
Untuk yang pertama skripsi ini aku persembahkan untuk Mama, yang telah melalui banyak perjuangan dan rasa sakit. Tapi aku
berjanji tidak akan membiarkan semua itu sia-sia. Aku ingin melakukan yang terbaik untuk setiap kepercayaan yang mama berikan. Aku akan tumbuh untuk menjadi yang terbaik yang aku
bisa dan yang mama harapkan. Pencapaian ini adalah persembahan istimewaku untukmu.
Teruntuk Adik Perempuanku satu-satunya Yohana Gabriel Siahaan yang telah mengisi duniaku dengan begitu banyak kebahagiaan sehingga seumur hidup tidak cukup untuk menikmati semuanya.
Terima kasih atas semua cinta yang kau berikan.
Skripsi ini juga aku persembahkan untuk teman dan sahabatku.
Aku bahkan tidak bisa menjelaskan betapa bersyukurnya aku, telah memiliki kalian dalam hidupku.
vii
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Binsar Musa David Siahaan
NIM : 170405057
Tempat/Tgl. Lahir : Jakarta/ 26 September 1999 Nama Orang Tua : Juwita Irwan Pardede
Alamat Orang Tua : Jl. Manunggal Karya No.23, Pematang Siantar, Sumatera Utara E-mail : bindav.siahaan@gmail.com Riwayat Pendidikan :
SD RK Cinta Rakyat Pematang Siantar (2005-2011)
SMP Negeri 3 Pematang Siantar (2011-2014)
SMA Methodist Pematang Siantar (2014-2017)
S-1 Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara (2017-2022) Pengalaman Organisasi/Kerja
Anggota Bidang Peralatan Tempat dan Transportasi PANAL (2019-2020)
Koordinator Bidang Peralatan Tempat dan Transportasi PANAL (2020-2021)
Kerja Praktek di Pabrik CMPJ (Oktober 2020-Desember 2020)
viii
INTISARI
Bioetanol merupakan etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen gula, pati atau selulosa seperti singkong dan tetes tebu. Bioetanol dapat dijadikan sebagai energi alternatif menggantikan bahan bakar minyak bumi.
Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga grade yaitu grade industri dengan kadar alkohol 90-94 %, netral dengan kadar alkohol 96-99,5 %, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi, dan untuk grade bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5 – 100 %.
Pra rancangan pabrik pembuatan bioetanol ini direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 30.000 ton/tahun dan beroperasi selama 330 hari.
Dalam perancangan pra-rancangan pabrik pembuatan bioetanol dengan bahan baku tetes tebu (molase) melalui proses fermentasi dengan kapasotas 30.000 ton/tahun menggunakan dua proses dan satu proses pemurnian, yakni :
1. Proses Propagasi 2. Proses Fermentasi
3. Proses Pemurnian Bioetanol
Perancangan alat proses utama yang ditetapkan pada pra-rancangan pabrik pembuatan bioetanol dengan bahan baku molase melalui proses fermentasi yakni : 1. Tangki Propagasi
a. Suhu Tangki : 30 °C
b. Tekanan Tangki : 1 atm
c. Umpan molase : 10 %
2. Tangki Fermentor
a. Suhu Tangki : 34,8 °C b. Tekanan Tangki : 1 atm
c. Konversi Etanol : 10%
3. Evaporator
a. Suhu Evaporator : 90,2 °C b. Tekanan Evaporator : 1 atm
c. Aliran : co-current
ix d. Tingkat kemurnian etanol : 12%
4. Distilasi
a. Suhu Kolom : 98,3 °C
b. Tekanan Tangki : 1,18 atm c. Tingkat kemurnian etanol : 95%
5. Tangki Dehidrasi Adsorpsi
a. Suhu Tangki : 51 °C
b. Tekanan Tangki : 1,68 atm c. Tingkat kemurnian etanol : 99,5 %
Lokasi Pabrik yang direncanakan adalah di kecamatan Pesantren Baru, Kabupaten Kediri, Jawa Timur, Indonesia dengan luas areal 14.634 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 145 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dibawah pimpinan seorang Direktur.
Hasil evaluasi ekonomi Pabrik Pembuatan Bioetanol dari molase ini sebagai berikut :
Total modal investasi : Rp. 143.836.502.546,-
Biaya produksi : Rp. 357.073.569.094,-
Hasil penjualan : Rp. 443.370.000.000,00
Profit Margin (PM) : 18,49%
Break Even Point (BEP) : 50,43%
Pay Out Time (POT) : 4,41 Tahun
Return On Network (RON) : 37,78%
Internal Rate Of Return (IRR) : 22,26%
Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Bioetanol dari bahan baku molase ini layak didirikan
x
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI...i
PENGESAHAN SKRIPSI ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DEDIKASI………… ... vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS... vii
INTISARI……….. ... viii
DAFTAR ISI…... ...x
DAFTAR GAMBAR ... xvii
DAFTAR TABEL ...xx
DAFTAR LAMPIRAN ... xxv BAB I. PENDAHULUAN... I-1 1.2 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah... I-5 1.3 Tujuan Rancangan ... I-5 1.4 Manfaat Rancangan ... I-5 1.5 Ruang Lingkup Perancangan ... I-6 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... II-1 2.1 Bioetanol ... II-1 2.2 Sampah Organik ataupun Limbah Pertanian ... II-2 2.3 Molase ... II-5 2.3.1 Sifat Kimia dan Fisika Molasses... II-6 2.4 Ragi (Saccharomyces Cerevisiae) ... II-7 2.4.1 Sifat Kimia dan Fisika Saccharomyces Cerevisiae) ... II-8 2.5 Macam-macam Proses ... II-8 2.5.1 Proses Fermentasi ... II-9 2.5.1.1 Fermentasi dengan Bahan Baku Gula (Molasses)... II-9 2.5.1.2 Fermentasi dengan Bahan Baku Pati... II-11 2.5.2 Proses Sintesis ... II-12 2.5.2.1 Esterifikasi dan Hidrolisis dari Ethylene... II-12 2.6 Kolom Dehidrasi ... II-13 BAB III. DESKRIPSI DAN FLOWSHEET PROSES ... III-1 3.1 Deskripsi Proses ... III-1 3.1.1 Tahap Propagasi ... III-1
xi
3.1.2 Tahap Fermentasi ... III-2 3.1.3 Tahap Pemurnian ... III-2 3.1.3.1 Proses Evaporasi... III-2 3.1.3.2 Proses Distilasi ... III-3 3.1.3.3 Proses Dehidrasi ... III-3 3.2 Blok Diagram Proses... III-4 BAB IV. NERACA MASSA... IV-1 4.1 Neraca Massa pada Tangki Mixer (M-112) ... IV-2 4.2 Neraca Massa pada Tangki Propagasi (R-110) ... IV-2 4.3 Neraca Massa pada Tangki Fermentor (R-210) ... IV-3 4.4 Neraca Massa pada Tangki Evaporator (V-310D, V-310C, V-
310B, dan V-310A ) ... IV-5 4.5 Neraca Massa pada Tangki Penampung Etanol-air (F-314) ... IV-7 4.6 Neraca Massa pada Distilasi (D-320) ... IV-8 4.7 Neraca Massa pada Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ... IV-9 BAB V. NERACA PANAS ... V-1 5.1 Neraca Panas pada Tangki Propagasi (R-110) ... V-1 5.2 Neraca Panas pada Tangki Fermentor (R-210) ... V-2 5.3 Neraca Panas pada Tangki Heat Exchanger (E-316) ... V-2 5.4 Neraca Panas pada Tangki Evaporator ... V-3 5.4.1 Neraca Panas pada Evaporator IV (V-310D) ... V-3 5.4.2 Neraca Panas pada Evaporator III (V-310C) ... V-4 5.4.3 Neraca Panas pada Evaporator II (V-310B)... V-6 5.4.4 Neraca Panas pada Evaporator I (V-310A) ... V-7 5.5 Neraca Panas pada Condensor ... V-8 5.6 Neraca Panas pada Tangki Heat Exchanger (E-321) ... V-9 5.7 Neraca Panas pada Distilasi (D-320) ... V-9 5.8 Neraca Panas pada Tangki Heat Exchanger (E-331) ... V-9 5.9 Neraca Panas pada Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ... V-10 5.10 Neraca Panas pada Tangki Cooler ... V-10 BAB VI. SPESIFIKASI PERALATAN ... VI-1 6.1 TANGKI PENYIMPANAN AIR PROSES (F-110) ... VI-1 6.2 TANGKI PENYIMPANAN MOLASE (F-111) ... VI-2 6.3 MIXER (M-112) ... VI-2
xii
6.4 TANGKI PROPAGASI (R-110) ... VI-3 6.5 TANGKI FERMENTOR (R-210) ... VI-4 6.6 BAK PENAMPUNG YEAST MUD ... VI-5 6.7 EVAPORATOR (V-310) ... VI-5 6.8 TANGKI PENYIMPANAN MOLASE BROTH (F-113)... VI-7 6.9 TANGKI PENYIMPANAN ETANOL-AIR (F-314) ... VI-8 6.10 KOLOM DISTILASI (D-320) ... VI-8 6.11 AKUMULATOR (A-322) ... VI-10 6.12 TANGKI PENYIMPANAN AIR BOTTOM PRODUK (F-335) .... VI-10 6.13 TANGKI PENYIMPANAN BIOETANOL (F-334) ... VI-11 6.14 HEATER (E-316)... VI-12 6.15 HEATER (E-312A)... VI-12 6.16 HEATER (E-312B) ... VI-13 6.17 HEATER (E-312C) ... VI-14 6.18 HEATER (E-312D)... VI-15 6.19 HEATER (E-321)... VI-16 6.20 HEATER (E-324)... VI-16 6.21 POMPA (L-113) ... VI-17 6.22 POMPA (L-114) ... VI-17 6.23 POMPA (L-211) ... VI-18 6.24 POMPA (L-212) ... VI-18 6.25 POMPA (L-213) ... VI-19 6.26 POMPA (L-313H) ... VI-19 6.27 POMPA (L-313G) ... VI-20 6.28 POMPA (L-313F) ... VI-20 6.29 POMPA (L-313E) ... VI-20 6.30 POMPA (L-313D) ... VI-21 6.31 POMPA (L-313C) ... VI-21 6.32 POMPA (L-313B) ... VI-22 6.33 POMPA (L-313A) ... VI-22 6.34 COOLER (E-315) ... VI-22 6.35 COOLER (E-322) ... VI-23 6.36 COOLER (E-323) ... VI-24
xiii
BAB VII. TUGAS KHUSUS PERANCANGAN DETAIL TANGKI
DEHIDRASI ... VII-1 7.1 Neraca Massa dan Energi Tangki Dehidrasi Adsorpsi ... VII-2 7.2 Menentukan Karakteristik Adsorber Zeolite ... VII-3 7.3 Dimensi Tangki Dehidrasi Adsorpsi ... VII-7 7.4 Penentuan Gasket, Bolt, Dam Flange ... VII-13 7.4.1 Gasket ... VII-13 7.4.2 Perhitungan luas baut minimum (Minimum bolting area) ... VII-16 7.4.3 Perhitungan tebal Flange ... VII-21 7.5 Menghitung Penyangga... VII-22 BAB VIII. INSTRUMEN DAN KESELAMATAN KERJA ... VIII-1 8.1 Instrumentasi... VIII-1 8.2 Keselamatan Kerja pada Pabrik Bioetanol ... VIII-7 8.2.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan ... VIII-8 8.2.2 Peralatan Perlindungan Diri ... VIII-10 8.2.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik ... VIII-15 8.2.4 Pencegahan Terhadap Gangguan Kesehatan ... VIII-15 8.2.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis ... VIII-16 8.3 Manajemen Resiko ... VIII-17 BAB IX. UTILITAS ... IX-1 9.1 Kebutuhan Air ... IX-1 9.1.1 Air Proses ... IX-2 9.1.2 Air Sanitasi ... IX-2 9.1.3 Air Umpan Boiler ... IX-5 9.1.4 Air Pendingin ... IX-7 9.1.5 Penghisapan ... IX-10 9.1.6 Screening ... IX-10 9.1.7 Pengendapan ... IX-10 9.1.8 Flogulasi dan Koagulasi ... IX-11 9.1.9 Clarifier... IX-11 9.1.10 Filtrasi ... IX-11 9.1.11 Demineralizing Plant... IX-12 9.2 Unit Penyediaan Steam ... IX-14 9.3 Unit Penyediaan Listrik ... IX-15
xiv
9.4 Unit Pengolahan Limbah ... IX-15 9.5 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... IX-22 9.5.1 Screening ... IX-22 9.5.2 Bak Penampung Air Sungai (F-112) ... IX-23 9.5.3 Tangki Koagulasi (M-110) ... IX-23 9.5.4 Tangki Pelarutan Alum (F-114) ... IX-24 9.5.5 Tangki Flokulasi (M-120)... IX-25 9.5.6 Tangki Pelarutan Ca(OH)2 (F-121) ... IX-25 9.5.7 Clarifier (H-130) ... IX-26 9.5.8 Tangki Penampung (F-135) ... IX-27 9.5.9 Sand Filter (D-140) ... IX-27 9.5.10 Bak Penampung Air Jerning (F-142) ... IX-28 9.5.11 Tangki Penampung Air Pendingin ... IX-28 9.5.12 Tangki Penampung Air Sanitasi (F-150) ... IX-29 9.5.13 Tangki Pelarutan Kaporit (F-152) ... IX-29 9.5.14 Cation Exchanger (D-171) ... IX-30 9.5.15 Anion Exchanger (D-173)... IX-31 9.5.16 Tangki Penampung Air Boiler (F-170) ... IX-32 9.5.17 Tangki Penampung Lumpur (F-132) ... IX-32 9.5.18 Drying Bed (F-133) ... IX-33 9.5.19 Ketel Uap ... IX-33 9.5.20 Pompa (L-111)... IX-34 9.5.21 Pompa (L-113)... IX-34 9.5.22 Pompa (L-134)... IX-35 9.5.23 Pompa (L-141)... IX-35 9.5.24 Pompa (L-151)... IX-36 9.5.25 Pompa (L-174)... IX-36 9.5.26 Pompa (L-172)... IX-37 9.5.27 Pompa (L-131)... IX-37 BAB X. LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... X-1 10.1 Lokasi Pabrik ... X-1 10.1.1 Faktor Primer/Utama... X-2 10.1.2 Faktor Sekunder ... X-3 10.2 Tata Letak Pabrik ... X-5
xv
BAB XI. ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN... XI-1 11.1 Organisasi Perusahaan ... XI-1 11.1.1 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ... XI-1 11.1.2 Bentuk Organisasi Organisasi Pabrik Pembuatan
Bioetanol dengan Proses Fermentasi... XI-2 11.2 Manajemen Perusahaan ... XI-2 11.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ... XI-3 11.4 Uraian Tugas, Wewenang, dan Tanggung Jawab ... XI-5 11.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ... XI-5 11.4.2 Dewan Komisari ... XI-5 11.4.3 Direktur ... XI-5 11.4.4 Staf Ahli ... XI-6 11.4.5 Sekretaris ... XI-6 11.4.6 Manajer Produksi ... XI-6 11.4.7 Manajer Teknik ... XI-6 11.4.8 Manajer Umum dan Keungan ... XI-7 11.4.9 Manajer Pembelian dan Pemasaran ... XI-7 11.5 Sistem Kerja ... XI-7 11.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan ... XI-8 11.7 Sistem Penggajian ... XI-10 11.8 Tata Tertib ... XI-11 11.9 Fasilitas Tenaga Kerja ... XI-12 BAB XII. ANALISA EKONOMI ... XII-1 12.1 Modal Investasi ... XII-1 12.1.1 Modal Investasi Tetap/ Fixed Capital Investment (FCI) .... XII-1 12.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ... XII-3 12.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC) ... XII-4 12.2.1 Biaya Tetap/ Fixed Cost (FC)... XII-4 12.2.2 Biaya Variabel /Variable Cost (VC) ... XII-4 12.3 Total Penjualan (Total Sales) ... XII-5 12.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ... XII-5 12.5 Analisa Aspek Ekonomi ... XII-5 12.5.1 Profit Margin (PM) ... XII-5 12.5.2 Break Even Point (BEP) ... XII-5
xvi
12.5.3 Return On Investment (ROI)... XII-6 12.5.4 Pay Out Time (POT) ... XII-6 12.5.5 Return On Network (RON) ... XII-6 12.5.6 Internel Rate Of Return (IRR) ... XII-7 BAB XIII. KESIMPULAN ... XIII-1 DAFTAR PUSTAKA ... DP-1
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Kebutuhan Import Etanol di Indonesia ... I-3 Gambar 1.2 Grafik Ketersediaan Molase ... I-4 Gambar 2.1 Blok diagram Fermentasi dengan Bahan Baku Gula(molase) ... II-10 Gambar 2.2 Blok Diagram Fermentasi dengan Bahan Baku Pati ... II-11 Gambar 2.3 Blok Diagram Esterifikasi dan Hidrolisis dari Ethylene ... II-13 Gambar 2.4 Tangki Dehidrasi ... II-13 Gambar 3.1 Blok Diagram Proses ... III-4 Gambar 3.5 Flowsheet Proses Pembuatan Bioetanol ... III-5 Gambar 7.1 Contoh Sketsa Desain Mekanik Tangki Dehidrasi... VII-1 Gambar 7.2 Contoh bentuk desain head : Elipstical Dished Head ... VII-10 Gambar 7.3 Contoh bentuk desain shell nozzle (a) Reinforcing Plate ... VII-12 Gambar 7.4 Contoh bentuk desain tipe Flange dan dimensinya... VII-14 Gambar 7.5 Contoh detail untuk flange dan bolt pada head Reaktor ... VII-21 Gambar 7.6 Contoh sketsa sistem penyangga ... VII-24 Gambar 7.7 Contoh kaki penyangga tipe I beam ... VII-24 Gambar 7.8 Contoh sketsa beban tiap lug ... VII-26 Gambar 7.9 Contoh detail lug ... VII-29 Gambar 7.10 Contoh sketsa area base plate ... VII-30 Gambar 7.11 Struktur Keseluruhan Tangki Dehidrasi Adsorpsi ... VII-34 Gambar 8.1 Instrumentasi pada Mixer ... VIII-2 Gambar 8.2 Instrumentasi pada Tangki Propagasi ... VIII-3 Gambar 8.3 Instrumentasi pada Tangki Fermentor ... VIII-4 Gambar 8.4 Instrumentasi pada Tangki Penampung MBr ... VIII-4 Gambar 8.5 Instrumentasi pada Tangki Evaporator ... VIII-5 Gambar 8.6 Instrumentasi pada Kolom Destilasi ... VIII-5 Gambar 8.7 Instrumentasi pada Tangki Dehidrasi ... VIII-6 Gambar 8.8 Instrumentasi pada Heat Exchanger... VIII-6 Gambar 8.9 Instrumentasi pada Kondensor ... VIII-7 Gambar 8.10 (a) Scheme for Identification of Piping Syestem, (b) Marker of
piping ... VIII-9 Gambar 8.11 Alat pelindung kepala... VIII-10
xviii
Gambar 8.12 Alat pelindung (a) mata, (b) muka ... VIII-11 Gambar 8.13 Alat pelindung telinga ... VIII-11 Gambar 8.14 Sarung tangan ... VIII-12 Gambar 8.15 Sepatu pengaman ... VIII-12 Gambar 8.16 Pakaian pelindung ... VIII-13 Gambar 8.17 Alat pelindung jatuh perorangan ... VIII-14 Gambar 8.18 Alat pelindung pernapasan ... VIII-14 Gambar 8.19 Placement of pipeling (ASME,2015) ... VIII-7 Gambar 9.1 Lokasi Sungai Baruklinting ... IX-1 Gambar 9.2 Tahapan Pembentukan Biogas ... IX-18 Gambar 9.3 Biodigester Fixed Dome ... IX-19 Gambar 9.4 Flowsheet Utilitas ... IX-38 Gambar 10.1 Lokasi Pabrik Bioetanol ... X-1 Gambar 10.2 Tata letak Pabrik Bioetanol ... X-8 Gambar 11.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan ... XI-15 Gambar LA.1 Diagram Alir Tangki Mixer (M-112) ... LA-3 Gambar LA.2 Diagram Alir Tangki Propagasi (R-110) ... LA-4 Gambar LA.3 Diagram Alir Tangki Fermentor (R-210) ... LA-9 Gambar LA.4 Diagram Alir Evaporator (V-310) ...LA-14 Gambar LA.5 Diagram Alir Tangki Penampung Etanol-air ...LA-21 Gambar LA.6 Diagram Alir Distilasi (D-320) ...LA-22 Gambar LA.7 Diagram Alir Akumulator (A-323) ...LA-31 Gambar LA.8 Diagram Alir Reboiler ...LA-35 Gambar LA.9 Diagram Alir Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ...LA-37 Gambar LB.1 Diagram Alur Panas Tangki Propagasi (R-110) ... LB-3 Gambar LB.2 Diagram Alur Panas Tangki Fermentor (R-210) ... LB-12 Gambar LB.3 Diagram Alur Panas Heat Exchanger (E-316) ... LB-19 Gambar LB.4 Diagram Alur Panas Evaporator (V-310) ... LB-22 Gambar LB.5 Diagram Alur Panas Condenser ... LB-36 Gambar LB.6 Diagram Alur Panas Heat Exchanger (E-321 ... LB-39 Gambar LB.7 Diagram Alur Panas Distilasi (D-320) ... LB-42 Gambar LB.8 Diagram Alur Panas Condensor ... LB-45 Gambar LB.9 Diagram Alur Panas Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ... LB-48
xix
Gambar LB.10 Diagram Alur Cooler ... LB-52 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) ... LE-7 Gambar LE.2 Kurva Break Even Point (BEP) ... LE-31
xx
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Produksi Bioetanol Bahan Bakar Dunia... I-2 Tabel 2.1 Spesifikasi Bioetanol ... II-2 Tabel 2.2 Potensi limbah pertanian dan produksi bioetanol di Indonesia ... II-4 Tabel 2.3 Spesifikasi Molase ... II-6 Tabel 2.4 Sifat Fisika Molase ... II-7 Tabel 2.5 Sifat Fisika Saccharomyces Cerevisiae... II-8 Tabel 4.1 Komposisi Molase ... IV-1 Tabel 4.2 Neraca Massa pada Tangki Mixer (M-112) ... IV-2 Tabel 4.3 Neraca Massa pada Tangki Propagasi (R-110) ... IV-3 Tabel 4.4 Neraca Massa pada Tangki Fermentor (R-210) ... IV-4 Tabel 4.5 Neraca Massa pada Evaporator IV (V-310D) ... IV-5 Tabel 4.6 Neraca Massa pada Evaporator III (V-310C) ... IV-5 Tabel 4.7 Neraca Massa pada Evaporator II (V-310B) ... IV-6 Tabel 4.8 Neraca Massa pada Evaporator I (V-310A) ... IV-6 Tabel 4.9 Neraca Massa pada Tangki Penampung Etanol-air... IV-7 Tabel 4.10 Neraca Massa pada Distilasi (D-320) ... IV-7 Tabel 4.11 Neraca Massa pada Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ... IV-8 Tabel 5.1 Neraca Panas pada Tangki Propagasi (R-110) ... V-2 Tabel 5.2 Neraca Panas pada Tangki Fermentor (R-210) ... V-2 Tabel 5.3 Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-316)... V-3 Tabel 5.4 Neraca Panas Masuk pada Evaporator IV (V-310D) ... V-3 Tabel 5.5 Neraca Panas Keluar pada Evaporator IV (V-310D) ... V-4 Tabel 5.6 Neraca Panas Masuk pada Evaporator III (V-310C) ... V-4 Tabel 5.7 Neraca Panas Keluar pada Evaporator III (V-310C) ... V-5 Tabel 5.8 Neraca Panas Masuk pada Evaporator II (V-310B) ... V-6 Tabel 5.9 Neraca Panas Keluar pada Evaporator II (V-310B) ... V-6 Tabel 5.10 Neraca Panas Masuk pada Evaporator I (V-310A) ... V-7 Tabel 5.11 Neraca Panas Masuk pada Evaporator I (V-310A) ... V-8 Tabel 5.12 Neraca Panas pada Condensor ... V-8 Tabel 5.13 Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-321)... V-9 Tabel 5.14 Neraca Panas pada Distilasi (D-320) ... V-9
xxi
Tabel 5.15 Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-331)... V-10 Tabel 5.16 Neraca Panas pada Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ... V-10 Tabel 5.17 Neraca Panas pada Cooler ... V-11 Tabel 6.1 Kondisi Operasi Kolom Distilasi... VI-9 Tabel 6.2 Spesifikasi Alat Distilasi ... VI-9 Tabel 7.1 Neraca Massa Tangki Dehidrasi ... VII-2 Tabel 7.2 Neraca Energi Tangki Dehidrasi ... VII-3 Tabel 7.3 Data Komponen Masuk Tangki Dehidrasi Adsorpsi ... VII-3 Tabel 7.4 Karakteristik Adsorber Zeolite ... VII-3 Tabel 8.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi Pabrik Pembuatan Bioetanol dengan
Bahan Baku Molase Melalui Fermentasi ... VIII-1 Tabel 8.2 Simbol-simbol keselamatan kerja pada pabrik bioetanol ... VIII-12 Tabel 9.1 Kualitas Air Sungai ... IX-2 Tabel 9.2 Kebutuhan Air Proses ... IX-2 Tabel 9.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan... IX-4 Tabel 9.4 Kebutuhan Steam pada Proses Pembuatan Bioetanol ... IX-6 Tabel 9.5 Kebutuhan Air Pendingin pada Proses Pembuatan Bioetanol ... IX-8 Tabel 9.6 Spesifikasi Air Demin ... IX-13 Tabel 9.7 Rekomendasi Batas Air Boiler ... IX-14 Tabel 9.8 Limbah Padat pada Pabrik Bioetanol ... IX-16 Tabel 9.9 Limbah Gas pada Pabrik Bioetanol ... IX-17 Tabel 9.10 Limbah Cair pada Pabrik Bioetanol ... IX-17 Tabel 9.11 Standar Baku Mutu Limbah Cair Industri ... IX-21 Tabel 11.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan ... XI-8 Tabel 11.2 Jumlah Karyawan dan Klasifikasinya ... XI-9 Tabel 11.3 Perincian Gaji Karyawan ... XI-10 Tabel LA.1 Spesifikasi Molase ... LA-1 Tabel LA.2 Neraca Massa pada Tangki Mixer (M-112) ... LA-4 Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Propagasi (R-110) ... LA-9 Tabel LA.4 Neraca Massa pada Tangki Fermentor (R-210) ...LA-14 Tabel LA.5 Neraca Massa pada Evaporator IV (V-310D) ...LA-18 Tabel LA.6 Neraca Massa pada Evaporator III (V-310C) ...LA-19 Tabel LA.7 Neraca Massa pada Evaporator II (V-310B) ...LA-20 Tabel LA.8 Neraca Massa pada Evaporator I (V-310A) ...LA-21
xxii
Tabel LA.9 Neraca Massa pada Tangki Penampung Etanol-air ...LA-22 Tabel LA.10 Titik Didih Kompoen Etanol-Air ...LA-23 Tabel LA.11 Komposisi Feed Etanol-Air ...LA-23 Tabel LA.12 Komposisi (kmol) setiap Komponen pada Distilasi ...LA-24 Tabel LA.13 Fraksi Komponen pada Distilat dan Bottom ...LA-25 Tabel LA.14 Koefisien Antoine Komponen Etanol-Air ...LA-25 Tabel LA.15 Perhitungan dengan Koefisien Antoine ...LA-27 Tabel LA.16 Perhitungan dengan Koefisien Antoine ...LA-28 Tabel LA.17 Perhitungan dengan Koefisien Antoine ...LA-29 Tabel LA.18 Neraca Massa Komponen pada Distilasi ...LA-31 Tabel LA.19 Perhitungan P, K dan αi ...LA-32 Tabel LA.20 Neraca Akumulator (kmol) ...LA-34 Tabel LA.21 Neraca Massa Akumulator (kg) ...LA-35 Tabel LA.22 Neraca Reboiler (kmol) ...LA-36 Tabel LA.23 Neraca Massa Reboiler (kg) ...LA-36 Tabel LA.24 Neraca Massa pada Distilasi (D-320) ...LA-36 Tabel LA.25 Komposisi Feed Etanol-Air ...LA-37 Tabel LA.26 Neraca Massa pada Dehidrasi Adsorpsi (D-330)...LA-38 Tabel LB.1 Heat Capacities Equation of Liquid (J/kmol K) ... LB-1 Tabel LB.2 Heat Capacities Equation of Inorganic Compund (J/kmol K) ... LB-1 Tabel LB.3 Heat Capacities Equation of Gas (J/kmol K) ... LB-1 Tabel LB.4 Heat Capacities Equation of Organic Compunds use Chues and
Swanson Method (kJ/kmol K) ... LB-2 Tabel LB.5 Heat Capacities Equation of Solid (J/kmol K)... LB-2 Tabel LB.6 Heat of Vaporization (J/kmol) ... LB-2 Tabel LB.7 Heat of Formation (kkal/kmol) ... LB-2 Tabel LB.8 Entalpi Aliran <4> ... LB-6 Tabel LB.9 Entalpi Aliran <6> ... LB-6 Tabel LB.10 Entalpi Aliran <7> ... LB-6 Tabel LB.11 Panas Reaksi-1 pada 25°C ... LB-7 Tabel LB.12 Panas Reaksi-2 pada 25°C ... LB-7 Tabel LB.13 Entalpi Aliran <8> ... LB-10 Tabel LB.14 Entalpi Aliran <9> ... LB-11 Tabel LB.15 Propreties of Saturated Steam and Water ... LB-12
xxiii
Tabel LB.16 Entalpi Aliran <8> ... LB-13 Tabel LB.17 Panas Reaksi-1 pada 25°C ... LB-13 Tabel LB.18 Panas Reaksi-2 pada 25°C ... LB-14 Tabel LB.19 Entalpi Aliran <12> ... LB-17 Tabel LB.20 Entalpi Aliran <11> ... LB-17 Tabel LB.21 Entalpi Aliran <10> ... LB-17 Tabel LB.22 Table Panas Total R-120 ... LB-19 Tabel LB.23 Entalpi Aliran <12’> ... LB-21 Tabel LB.24 Neraca Panas Total E-316 ... LB-22 Tabel LB.25 Steam Table ... LB-23 Tabel LB.26 Neraca Masuk Evaporator I (V-310A) ... LB-32 Tabel LB.27 Neraca Keluar Evaporator I (V-310A) ... LB-32 Tabel LB.28 Neraca Masuk Evaporator II (V-310B) ... LB-33 Tabel LB.29 Neraca Keluar Evaporator II (V-310B) ... LB-33 Tabel LB.30 Neraca Masuk Evaporator III (V-310C) ... LB-34 Tabel LB.31 Neraca Keluar Evaporator III (V-310C) ... LB-34 Tabel LB.32 Neraca Masuk Evaporator IV (V-310D) ... LB-35 Tabel LB.33 Neraca Keluar Evaporator IV (V-310D) ... LB-35 Tabel LB.34 Entalpi Aliran <13> ... LB-37 Tabel LB.35 Entalpi Aliran <13’> ... LB-38 Tabel LB.36 Neraca Panas Total E-315 ... LB-39 Tabel LB.37 Entalpi Aliran <21> ... LB-40 Tabel LB.38 Entalpi Aliran <21’> ... LB-41 Tabel LB.39 Neraca Panas Total E-321 ... LB-42 Tabel LB.40 Entalpi Produk Atas ... LB-43 Tabel LB.41 Entalpi Produk Bawah ... LB-44 Tabel LB.42 Entalpi Produk Aliran 22 ... LB-45 Tabel LB.43 Entalpi Keluaran Kondensor E-332 ... LB-46 Tabel LB.44 Neraca Panas Total D-320 ... LB-48 Tabel LB.45 Entalpi Aliran <24> ... LB-49 Tabel LB.46 Entalpi Aliran <25> ... LB-50 Tabel LB.47 Entalpi Aliran <26> ... LB-50 Tabel LB.48 Neraca Panas Total D-330 ... LB-51
xxiv
Tabel LB.49 Entalpi Aliran <25’> ... LB-53 Tabel LB.50 Neraca Panas Total E-323 ... LB-1 Tabel LC.1 Spesifikasi Plat ... LC-59 Tabel LC.2 Spesifikasi Alat Distilasi (D-320) ... LC-63 Tabel LC.3 Spesifikasi Alat Heater dan Cooler ... LC-88 Tabel LC.4 Spesifikasi Alat Pompa ... LC-94 Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ... LE-1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ... LE-5 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ... LE-8 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas ... LE-10 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi ... LE-13 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-17 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas Selama 1 Tahun ... LE-19 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-20 Tabel LE.9 Aturan depersiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 ... LE-21 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Deprisiasi sesuai UURI No 17 Tahun 2000... LE-22 Tabel LE.11 Data Perhitungan Break Even Point (BEP) ... LE-28 Tabel LE.12 Data Perhitungan Internal Rate ov Return (IRR) ... LE-30
xxv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ... LA-1 A.1 Derajat Kebebasan Pra-Rancangan Pabrik Bioetanol... LA-2 A.2 Neraca Massa pada Mixer (M-112) ... LA-3 A.3 Neraca Massa pada Propagasi (R-110) ... LA-4 A.4 Neraca Massa pada Fermentor (R-210) ... LA-9 A.5 Neraca Massa pada Evaporator (V-310D - V-310A) ...LA-14 A.6 Neraca Massa pada Tangki Penampung Etanol-air (F-314) .LA-21 A.7 Neraca Massa pada Distilasi (D-320) ...LA-22 A.8 Neraca Massa pada Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ...LA-37 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS ... LB-1 B.1 Tabel Referensi ... LB-1 B.2 Neraca Panas pada Propagasi (R-110) ... LB-3 B.3 Neraca Panas pada Fermentor (R-210) ... LB-12 B.4 Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-316) ... LB-19 B.5 Neraca Panas pada Evaporator (V-310D - V-310A) ... LB-22 B.6 Neraca Panas pada Condensor ... LB-36 B.7 Neraca Panas pada Heat Exchanger (E-321) ... LB-39 B.8 Neraca Panas pada Distilasi (D-320) ... LB-42 B.9 Neraca Panas pada Condensor (E-322) ... LB-45 B.10 Neraca Panaspada Dehidrasi Adsorpsi (D-330) ... LB-48 B.11 Neraca Panas pada Cooler ... LB-53 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT ... LB-1 C.1 Tangki Penyimpanan (F-110) ... LC-1 C.2 Tangki Penyimpanan Molase (F-111) ... LC-4 C.3 Mixer (M-112) ... LC-8 C.4 Tangki Propagasi (R-110)... LC-15 C.5 Tangki Fermentor (R-210) ... LC-22 C.6 Bak Penampung Yeast Mud (F-112) ... LC-30 C.7 Evaporator (V-310) ... LC-31 C.8 Tangki Penyimpanan Molase Broth(F-113) ... LC-48 C.9 Tangki Penyimpanan Etanol-Air (F-314) ... LC-52
xxvi
C.10 Kolom Distilasi (D-320) ... LC-56 C.11 Akumulator (A-322) ... LC-63 C.12 Tangki Pnampung Air Bottom Produk (F-335) ... LC-68 C.13 Tangki Penyimpanan Bioetanol (F-334)... LC-71 C.14 Heater (E-316) ... LC-75 C.15 Condenser (E-315) ... LC-81 C.26 Pompa (L-113) ... LC-89 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS... LD-1 D.1 Screening ... LD-1 D.2 Bak Penampung Air Sungai (F-112) ... LD-2 D.3 Tangki Koagulasi (M-110) ... LD-3 D.4 Tangki Pelarutan Alum (F-114) ... LD-9 D.5 Tangki Flokulasi (M-120) ...LD-12 D.6 Tangki Pelarutan Ca(OH)2 (F-121)...LD-18 D.7 Clarifier (H-130) ...LD-21 D.8 Tangki Penampung (F-135)...LD-23 D.9 Sand Filter (D-140) ...LD-24 D.10 Bak Penampung Air Jernih (F-142) ...LD-26 D.11 Tangki Penampung Air Pendingin ...LD-27 D.12 Tangki Penampung Air Sanitasi (F-150) ...LD-28 D.13 Tangki Pelarutan Kaporit (F-152) ...LD-30 D.14 Cation Exchanger (D-171) ...LD-32 D.15 Anion Exchanger (D-173) ...LD-35 D.16 Tangki Penampung Air Boiler (F-170) ...LD-37 D.17 Tangki Penampung Lumpur (F-132) ...LD-39 D.18 Drying Bed (F-133) ...LD-40 D.19 Ketel Uap ...LD-40 D.20 Pompa (L-111) ...LD-41 D.21 Pompa (L-113) ...LD-45 D.22 Pompa (L-134) ...LD-48 D.23 Pompa (L-141) ...LD-52 D.24 Pompa (L-151) ...LD-56 D.25 Pompa (L-174) ...LD-61
xxvii
D.26 Pompa (L-172) ...LD-67 D.27 Pompa (L-131) ...LD-72 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ANALISIS EKONOMI ... LB-1 E.1 Modal Investasi Tetap (Fixe Capital Investment) ... LE-1 E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)... LE-1 E.1.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) .. LE-1 E.1.1.2 Harga Bangunan dan Sarana ... LE-2 E.1.1.3 Perincian Harga Peralatan ... LE-4 E.1.1.4 Instrumentasi dan Alat Kontrol ... LE-12 E.1.1.5 Biaya Perpipaan ... LE-12 E.1.1.6 Biaya Instalasi Listrik... LE-12 E.1.1.7 Biaya Insulasi ... LE-12 E.1.1.8 Biaya Inventaris Kantor ... LE-13 E.1.1.9 Biaya Perlengkapan dan Keamanan ... LE-13 E.1.1.10 Sarana Transportasi ... LE-13 E.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) ... LE-14 E.2.1 Biaya Pra Investasi ... LE-14 E.2.2 Biaya Engineering dan Supervisi ... LE-14 E.2.3 Biaya Legalitas ... LE-14 E.2.4 Biaya Kontraktor ... LE-14 E.2.5 Biaya Tak Terduga ... LE-15 E.3 Modal Kerja ... LE-15 E.3.1 Persediaan Bahan Baku ... LE-15 E.3.1.1 Bahan Baku Proses ... LE-15 E.3.1.2 Bahan Baku Utilitas... LE-16 E.3.2 Kas ... LE-17 E.3.2.1 Gaji Pegawai ... LE-17 E.3.2.2 Biaya Administrasi Umum ... LE-18 E.3.2.3 Biaya Lainnya ... LE-18 E.3.2.4 Pajak Bumi dan Bangunan ... LE-18 E.3.2.5 Biaya Start Up ... LE-19 E.3.2.6 Piutang Dagang ... LE-19 E.4 Biaya Produksi Total ... LE-20
xxviii
E.4.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) ... LE-20 E.4.1.1 Gaji Tetap Karyawan ... LE-20 E.4.1.2 Bunga Pinjaman Bank ... LE-20 E.4.1.3 Depresiasi dan Amortasi ... LE-21 E.4.1.4 Biaya Tetap Perawatan ... LE-23 E.4.1.5 Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead
Cost ) ... LE-24 E.4.1.6 Biaya Administrasi Umum ... LE-24 E.4.1.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi ... LE-24 E.4.1.8 Biaya Laboratorium, Penelitian dan
Pengembangan ... LE-25 E.4.1.9 Hak Paten dan Royalti ... LE-25 E.4.1.10 Biaya Asuransi ... LE-25 E.4.2 Biaya Variabel (Variable Cost = VC) ... LE-20
E.4.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan
Utilitas per tahun ... LE-26 E.5 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan ... LE-26 E.5.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) ... LE-26 E.5.2 Pajak Penghasilan ... LE-27 E.5.3 Laba Setelah Pajak ... LE-27 E.6 Analisis Aspek Ekonomi... LE-27 E.6.1 Profit Margin (PM) ... LE-27 E.6.2 Break Even Point (BEP) ... LE-28 E.6.3 Return on Investment (ROI)... LE-28 E.6.4 Pay Out Time(POT) ... LE-29 E.6.5 Return on Network (RON) ... LE-29 E.6.6 Internal Rate of Return (IRR) ... LE-29
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya perkembangan teknologi di dunia, maka kebutuhan energi juga mengalami peningkatan. Hal tersebut tidak diimbangi dengan ketersediaan sumber energi yang ada. Di Indonesia masih sangat bergantung dengan bahan bakar minyak sebagai sumber energi. Kebutuhan minyak bumi di Indonesia semakin besar, hal ini disebabkan oleh penggunaan kendaraan yang semakin meningkat setiap tahunnya. Persediaan minyak bumi sebagai BBM akhirnya menurun akibat dari penurunan produksi Nasional. Untuk mengurangi penggunaan minyak bumi yang semakin meningkat, banyak dilakukan pengembangan energi alternatif khususnya dibidang energi terbarukan. Salah satunya adalah bioetanol, sebagai salah satu solusi untuk bahan bakar alternatif mengingat cadangan minyak bumi yang semakin terbatas.
Berdasarkan Jurnal Sa’adah (2017), Pada tahun 2013, total konsumsi energi Indonesia sebesar 0,8 TOE/kapital, yaitu 46% untuk minyak bumi, 31% untuk batu bara, 18% untuk gas bumi, dan 5% untuk energi baru terbarukan. Konsumsi BBM Indonesia dari tahun 2000 sampai 2014 mengalami peningkatan. Tiap tahunnya dari cadangan minyak bumi dapat diproduksi sebesar 276,92 juta barel per tahun, sementara konsumsi BBM tahun 2014 sebesar 396,21 juta barel. Sehingga terdapat selisih sebesar 119,29 juta barel, yang selisih tersebut ditutupi dengan melakukan impor. Rata-rata kenaikan konsumsi BBM dari tahun 2000 sampai 2014 sebesar 5,78 ribu barel/tahun, sementara produksi minyak bumi mengalami penurunan dengan rata-rata 16,39 ribu barel/tahun dari tahun 2000 sampai 2014. Menurut Murniati (2018), Bioetanol merupakan etanol yang berasal dari sumber hayati misalnya tebu, nira sorgum, ubi kayu, garut, ubi jalar, jagung, jerami, dan kayu. Bahan baku pembuatan bioetanol terdiri dari bahan-bahan yang mengandung pati, karbohidrat, glukosa, dan selulosa.
Menurut Riyanti(2009), bioetanol dan biodiesel adalah energi alternatif yang banyak diproduksi di dunia sampai saat ini. Namun produksi bioetanol dunia mengungguli produksi biodiesel karena bioetanol lebih ramah lingkungan.
I-2
Beradasarkan Data LIPI tahun 2019, produksi biotanol sebagai bahan bakar dunia pada tahun 2012-2016 berkembang signifikan. Amerika Serikat (AS), Brasil dan China merupakan tiga negara produsen sekaligus pengguna utama bioetanol dunia dapat diliat pada tabel 1.1.
Tabel 1.1 Data Perkembangan Produksi Bioetanol
Negara
Tahun (Juta Liter)
2012 2013 2014 2015 2016
AS 50274 50274 54054 55966 57943
Brasil 21081 23689 23398 26811 27575
China 2858 2934 2951 3078 3155
Kanada 1697 1977 1928 1648 1648
India 305 382 350 685 1100
Argentina 250 472 671 815 890
Eropa 4456 5182 5462 5242 5205
Pada tabel diatas, dapat dilihat bahwa Produksi bioetanol pada tahun 2012- 2016 berkembang signifikan. Amerika Serikat (AS), Brasil dan China merupakan tiga negara produsen sekaligus pengguna utama bietanol dunia. Pada tahun 2015 AS dan Brasil menjadi produsen terbesar yang masing-masing menghasilkan sekitar 57,5% dan 27,5% produksi bioetanol dunia. Produksi bioetanol pada tahun 2015 sebesar 25,68 miliar galon atau 98,6 juta kiloliter.
Berdasarkan Pusat Data dan Sistem Informasi Pertanian Sektretariat Jendral – Kementrian Pertanian 2020, Indonesia telah melakukan ekspor molase ke beberapa negara tujuan. Rata-rata volume ekspor molase Indonesia selama 10 tahun terakhir (2010-2019) menunjukan pola berfluktuasi namun cenderung naik dengan rata-rata sebesar 7,46% per tahun. Selama periode tersebut, realisasi ekspor molases tertinggi pada tahun 2014 yang mencapai 938,66 ribu ton atau naik 74,61% dibandingkan tahun sebelumnya. Ekspor molasses pada tahun 2019 mencapai 643,42 ribu ton.
I-3
Molase atau tetes tebu merupakan hasil samping (by product) pada proses pembuatan gula. Molase berwujud cairan kental yang diperoleh dari tahap pemisahan kristal gula. Molase mengandung sebagian besar gula, asam amino dan mineral.
Sukrosa yang terdapat dalam tetes bervariasi antara 25 – 40 %, dan kadar gula reduksinya 12 – 35 %. Tebu yang belum masak biasanya memiliki kadar gula reduksi tetes lebih besar daripada tebu yang sudah masak. Komposisi yang penting dalam molase adalah TSAI (Total Sugar as Inverti ) yaitu gabungan dari sukrosa dan gula reduksi. Molase memiliki kadar TSAI antara 50 – 65 %. Angka TSAI ini sangat penting bagi industri fermentasi karena semakin besar TSAI akan semakin menguntungkan (Rochani,2016).
Pada pemanfaatan bioetanol dapat melalui 2 cara yaitu sebagai bahan bakar sendiri ataupun sebagai campuran dengan bensin (petrol). “Gasohol” adalah campuran antara bensin (gasoline) dan etanol (alcohol) dengan kadar 10% - 20%.
Etanol memiliki nilai kalor sebesar 75.700 btu/gal, sedangkan apabila dicampurkan dengan gasoline dengan perbandingan 10% etanol, maka akan menghasilkan nilai kalor sebesar 112.000 btu/gal (Retnaningtyas dkk, 2017).
Dari hasil regresi linear kebutuhan kebutuhan import etanol di Indonesia dapat ditunjuukan pada gambar 1.1. Persamaan regresi yang diperoleh sebagai berikut : y = 7,608x – 15.315.032
Gambar 1.1 Grafik Kebutuhan Impor Etanol di Indonesia y = 7.608x - 15.315.032
R² = 0,6502
-20000 -10000 0 10000 20000 30000 40000 50000
2010 2012 2014 2016 2018 2020
Import (Ton)
Tahun
Data Impor Etanol Di Indonesia
I-4
Dari data impor etanol tahun 2012-2017, untuk memudahkan dalam penentuan kapasitas produksi pabrik maka digunakan perhitungan dengan menggunakan persamaan linear. Variabel akibat (y) adalah kebutuhan impor Etanol, variabel penyebab (x) adalah Tahun yang diinginkan. Sehingga diperkirakan pada tahun 2025, kebutuhan Etanol di Indonesia akan mencapai 90.358 ton/tahun.
Untuk ketersediaan bahan baku yaitu molase ditunjukkan pada gambar 1.2.
Persamaan regresi yang di peroleh sebagai berikut : y = -17797 + 36122012
Gambar 1.2 Grafik Ketersediaan Molase
Dari data ketersediaan molase tahun 2018-2020, untuk memudahkan dalam penentuan kapasitas produksi pabrik maka digunakan perhitungan dengan menggunakan persamaan linear. Variabel akibat (y) adalah ketersediaan molase, variable penyebab (x) adalah tahun yang diinginkan. Sehingga diperkirakan pada tahun 2025, ketersediaan Molase di Indonesia akan mencapai 83.087 ton/tahun.
Dari grafik impor etanol di Indonesia disimpulkan bahwa pabrik bioetanol tidak dapat memenuhi semua kebutuhan pasar. Maka pabrik bioetanol direncanakan beroperasi 33% dari kebutuhan impor etanol yaitu sebesar 29.999.760 kg/tahun. Pada data perkiaraan ketersediaan molase dapat disimpulkan bahwa ketersediaan molase dapat memenuhi kebutuhan bahan baku pabrik yang direncanakan. Bahan baku molase yang digunakan pada pabrik sebesar 210677,039 kg/hari.
y = -17.797x + 36.122.012 R² = 0,9737
0 50000 100000 150000 200000 250000
2017 2017.5 2018 2018.5 2019 2019.5 2020 2020.5
Molase (Ton)
Tahun
Grafik Ketersediaan Molase
I-5 1.2 Perumusan Masalah
Kebutuhan industri bioetanol di Indonesia sangat besar dan beragam, salah satunya sebagai bahan baku pada industri etanol, dan menjadi alternatif dalam pengembangan sumber energi terbarukan dan ramah lingkungan, selain itu ditengah kondisi pandemic kebutuhan etanol juga semakin besar dan diprediksi akan semakin meningkat setiap tahunnya. Sebagai negara berkembang, tentunya Indonesia perlu memaksimalkan sektor industri dan memperhatikan potensi yang dimiliki. Terdapat potensi yang cukup besar dari produk samping pabrik gula berupa molase memberikan peluang yang besar untuk melakukan pengembangan pada penambahan pabrik bioethanol di Indonesia dan memperbesar pengaruh ekspor bioetanol ke berbagai negara. Hal ini lah yang menjadi dasar pemikiran penambahan pabrik bioetanol di Indonesia dengan memperhatikan tren penggunaan bahan bakar terbarukan dan ramah lingkungan serta ketersediaan bahan baku yang cukup melimpah.
1.3 Tujuan Rancangan
Tujuan rancangan pabrik adalah untuk mengaplikasikan disiplin ilmu teknik kimia meliputi neraca masa, neraca energi, operasi teknik kimia, utilitas, proses produksi, perancangan alat, perancangan aspek ekonomi dan bagian ilmu teknik kimia lainnya, pada kesempatan ini aplikasi rancangan pabrik yang ditetapkan adalah pembuatan bioetanol dari molase.
1.4 Manfaat Rancangan
Manfaat pra rancangan pembuatan bioetanol dari molase adalah memberikan gambaran kelayakan (feasibility) dari segi rancangan dan ekonomi pabrik untuk dikembangan di Indonesia. Gambaran ini akan digunakan sebagai patokan untuk pengambilan keputusan terhadap pendirian pabrik tersebut. Proses pembuatan bioetanol dimanfaatkan untuk menekan kebutuhan akan bahan bakar minyak bumi serta memaksimalkan potensi ekspor etanol. Selain itu, hal ini juga dapat memanfaatkan limbah yang dihasilkan dari pabrik gula dengan menjadikan produk yang lebih berharga.
I-6 1.5 Ruang Lingkup Perancangan
Ruang lingkup dalam perancangan pabrik kimia meliputi beberapa hal, yaitu:
1. Deskripsi proses dan flowsheet proses 2. Neraca massa
3. Neraca energi 4. Spesifikasi peralatan
5. Instrument K3 (Kesehatan Keselamatan Kerja) 6. Utilitas
7. Lokasi dan tata letak pabrik 8. Manajemen perusahaan 9. Analisa ekonomi
II-1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bioetanol
Industri alkohol berkembang pesat pada masa Perang Dunia I dan II dengan tujuan utama sebagai bahan bakar. Pemanfaatan etanol tidak hanya terbatas sebagai bahan bakar namun digunakan pula untuk berbagai keperluan industri seperti industri minuman, industri kosmetika, industri farmasi, industri acetaldehyde dan derivat acetyl dan lainnya. Beberapa negara yang telah memanfaatkan etanol sebagai bahan bakar adalah Brazil, Amerika Serikat, Argentina, Cina, Australia, Kuba, Jepang, Selandia Baru, Afrika Selatan, Swiss, negara Eropa dan lainnya. Etanol dimanfaatkan sebagai bahan bakar setelah dicampurkan dalam bensin (gasoline).
Masing-masing negara menerapkan komposisi pencampuran yang berbeda tergantung pada kebijakan yang berlaku di negara masing-masing (Hendrawati,2019).
Setelah Perang Dunia II, terjadi eksplorasi minyak bumi secara besar-besaran yang memungkinkan dilakukannya pembuatan etanol sintetis dengan biaya produksi yang lebih murah dibanding biaya produksi bioetanol, sehingga etanol sintetis menggantikan produksi bioetanol. Produksi bioetanol kembali dilakukan oleh beberapa negara sejak terjadinya kenaikan harga minyak bumi yang disertai ketidakpastian penyediaannya. Pengembangan bioetanol di beberapa negara terutama berdasarkan pada sumber daya alam terbarukan yang dimiliki oleh masing-masing negara (Hendrawati,2019).
Bioetanol merupakan etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen gula, pati atau selulosa seperti singkong dan tetes tebu. Etanol umumnya digunakan dalam industri sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk minuman keras seperti sake atau gin, dan bahan baku farmasi dan kosmetika.
Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga grade yaitu grade industri dengan kadar alkohol 90-94 %, netral dengan kadar alkohol 96-99,5 %, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi, dan grade bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5 – 100 % (Hendrawati,2019).
Bioetanol yang digunakan sebagai campuran bahan bakar merupakan etanol (etil alcohol) dengan jenis yang sama dengan yang ditemukanpada minuman beralkohol.
II-2
Etanol seringkali dijadikan bahan tambahan bensin sehingga menjadi biofuel (Wusnah,2016).
Keunggulan bioetanol, antara lain ramah lingkungan dan dapat menyempurnakan pembakaran dengan efek positif meminimalkan pencemaran udara dan menghemat bahan bakar fosil. Campuran bioetanol 3% mampu menurunkan emisi karbon monoksida menjadi hanya 1,35%. Bioetanol dapat menjadi campuran bensin untuk bahan bakar kendaraan bermotor dengan keunggulan nilai angka oktan dan panas penguapan (Arif,2016)
Spesifikasi etanol yang diinginkan berdasarkan Keputuasan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi nomor: 23204.K/10/DJM.S/2008 tentang standar dan mutu (spesifikasi bahan bakar nabati (biofuel) jenis bioethanol sebagai bahan bakar lain yang dipasarkan di dalam negeri adalah sebagai berikut.
Tabel 2.1 Spesifikasi Bioetanol
Sifat Unit,
Max/min
Spesifikasi
Kadar etanol %-v, min 99,5 (Sebelum denaturasi)
94,0 (Sesudah denaturasi)
Kadar metanol %-v, max 30
Kadar air %-v, max 1
Kadar denaturan %-v, min- max
2 – 5 Kadar tembaga
(Cu)
%-v, max 0,01
Keasaman sebagai CH3COOH
mg/L, max 30
Tampakan Jernih dan terang, tidak ada
endapan dan kotoran
Kadar ion (Cl- ) mg/L, max 40
Kandungan (S) mg/L, max 50
Kadar getah (gum), dicuci
mg/L, max 5
pH 6,5 – 9,0
Sumber : (Hendrawati dkk, 2019)
2.2 Sampah Organik ataupun Limbah Pertanian
Pengembangan bioenergi dapat menjadi salah satu solusi dalam permasalahan
II-3
energi dan efek rumah kaca. Penggunaan bioenergi menawarkan beberapa keuntungan diantaranya adalah dapat mengurangi emisi gas rumah kaca di seluruh siklus hidup bioenergi. Selain itu, penggunaan biomassa dalam memproduksi biofuel, seperti etanol terbukti dapat mengurangi emisi CO2 jika dibandingkan dengan produksi bensin. International Energy Agency (IEA) melaporkan bahwa penggunaan biofuel diproyeksikan dapat mengurangi emisi CO2 sekitar 2,1 gigaton per tahun 2050 jika diproduksi secara stabil (Jin & Sutherland, 2016).
Dari segi penyediaan bahan baku pembuatan bioetanol yang bersumber dari tanaman yang mengandung gula seperti tebu dan singkong juga rentan menjadi penghalang bagi perkembangan bioetanol itu sendiri. Hal ini disebabkan tebu dan singkong merupakan salah satu produk utama pangan, sehingga dengan meningkatnya penggunaan bioetanol sebagai salah satu sumber energi alternatif otomatis akan meningkatkan permintaan bahan baku sehingga dikhawatirkan akan terjadi persaingan antara ketersediaan bahan baku untuk pangan, pakan, dan untuk sumber energi sehingga berdampak terhadap kealngsungan hidup manusia (Wiratmaja,2020). Alternatif sumber bahan baku yang dapat dimanfaatkaan adalah limbah pertanian dan sampah organik. Limbah pertanian merupakan sumber karbon alami yang melimpah, harganya murah dan tidak mengganggu rantai pangan serta jejak lingkungan (Banerjee, Chintagunta, & Ray, 2017).
Sektor pertanian merupakan salah satu usaha yang telah berkembang dalam rangka memenuhi kebutuhan pokok misalnya pangan, dan kebutuhan-kebutuhan lain yang merupakan kebutuhan tambahan. Pengolahan hasil pertanian mulai dari lahan pertanian sampai menjadi bahan atau barang yang siap dikonsumsi akan menyisakan bagian-bagian yang tidak dimanfaatkan berupa limbah. Limbah pertanian memerlukan penanganan dan pemanfaatan secara serius agar tidak memberikan dampak buruk terhadap lingkungan (kesehatan/sanitasi serta estetika/keindahan).
Sampah sayuran dan buah-buahan di pasar, sampah kulit buah- buahan seperti kulit nanas, kulit pisang, tempurung dan ampas kelapa sisa pengolahan buah kelapa, jerami, tongkol jagung, merupakan limbah pertanian yang kurang bermanfaat (Khaidir, 2016).
Selain itu, dalam usaha untuk menggantikan semua kebutuhan bahan bakar minyak dunia saat ini dengan etanol maka diperlukan luas lahan pertanian yang
II-4
sangat luas untuk menghindari sifat intermitten bahan bakar alternatif sehingga membuka peluang terjadinya pembabatan hutan dalam skala besar. Melihat fakta bahwa saat ini di berbagai negara didunia telah menunjukkan indikasi adanya krisis pada sektor pangan dan energi, maka sangat perlu untuk segera mencari sumber bahan baku pembuatan bioetanol yang lebih aman(Wiratmaja,2020).
Tabel 2.2 berikut ini dapat diperkirakan bahwa hasil produksi tersebut menyisakan limbah atau sampah yang cukup banyak. Data dari diambil Badan Pusat Statistik (2015) serta telah di ulas dalam Jurnal Teknologi dan Manajemen Agroindustri Susmiati (2018). Pemilihan komoditi didasarkan pada tingkat produksi pertanian yang cukup besar dan sudah adanya riset tentang pemanfaatan limbah dari komoditi tersebut menjadi bioethanol.
Tabel 2.2 Potensi limbah pertanian dan produksi bioetanol di Indonesia (Bagian 1)
Komoditi
Produksi (ton)
Potensi Limbah Potensi Bioetanol
Data BPS Tahun 2015
Nilai (%)
Jumlah (ton)
Jenis Pustaka Nilai (v/b)
Pustaka Jumlah (Kiloliter Padi 75.397.841 150 113.09
6.761
Jerami (Jannah ,2010)
8,96 (Hayuningt yas dkk,
2014)
10.133.4 69
Jagung 19.612.435 30 5.883.7 30
Tongko l
(Fachry dkk, 2013)
1,3 (Fachry dkk, 2013)
76.388
Ubi Kayu 21.801.415 12 2.616..
169
Kulit (Erna dkk, 2017)
6 (Erna dkk, 2017)
156.970.
188)
Tebu 2.498.000 4.5 112.42 0
Tetes (Irvan dkk, 2015)
8,79 (Wardani dan Pertiwi,
2013)
9.880.83 9
II-5
Tabel 2.2 Potensi limbah pertanian dan produksi bioetanol di Indonesia (Bagian 2)
Kakao 593.300 74 439.04
2
Kulit (Listyat i, 2015)
10,9 (Pratiwi dkk, 2010)
47.885
Kopi 639.400 35 223.79
0
Kulit (Siswat i dkk, 2010)
8 (Saisa dan syabriana,
2018)
17.903
Nanas 1.729.603 77,5 1340 Sampah padatan
(Segui dan Fito, 2018)
5,4 (Segui dan Fito, 2018)
72.383
Durian 995,735 79,48 791410 Kulit dan Biji
(Anggo rowati dan Yunita,
2015)
3,38 (Anggorow ati dan Yunita,
2015)
26.749
Sumber : (Susmiati, 2018)
Tetes tebu merupakan limbah pengolahan gula yang mengandung gula cukup tinggi sehingga sangat potensial dimanfaatkan sebagai media fermentasi. Fermentasi tetes tebu untuk menghasilkan bioetanol menjadi salah satu upaya megurangi jumlah limbah dan memenuhi kebutuhan Bahan Bakar Minyak (BBM) yang semakin meningkat.
2.3 Molase
Tetes tebu (molase) adalah hasil samping proses pembuatan gula tebu . Tetes tebu berwujud cairan kental yang diperoleh dari tahap pemisahan Kristal gula . Tetes tebu masih mengandung gula dengan kadar tinggi (50 – 60%). Molase atau tetes tebu mengandung kurang lebih 60% selulosa dan 35,5% hemiselulosa. Kedua bahan polisakarida ini dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi etanol (Loupatty,2014).
II-6
Fermentasi dari senyawa pati maupun selulosa harus dikenakan perlakuan pendahuluan terlebih dahulu untuk mendapatkan senyawa gula sehingga tidak efisien, berbeda dengan senyawa gula dalam molases yang langsung dikonversi menjadi etanol. Potensi molases di Indonesia cukup besar. Pada pemilihan bahan ini dapat ditentukan melalui data-data property standar seperti menggunakan °Brix sebesar 79.5°, s.g. sebesar 1.4 dan Ph yang digunakan adalah 5.5. Adapula pada data komposisi molassess standar pada Tabel 2.3
Tabel 2.3 Spesifikasi Molase
Kandungan %Berat
Air 22,0
Kandungan gula:
Sukrosa 30,0
Glukosa 12,0
Fruktosa 13,0
Impurities:
Karbohidrat lain 4,0
Senyawa nitrogen 6,0
Senyawa asam non nitrogen 7,0
Ash :
SiO2 4,1
K2O 1,5
CaO 0,2
MgO 0,2
Sumber :(Retnaningtyas dkk, 2017)
2.3.1 Sifat Kimia dan Fisika Molase
Molase memiliki sifat kimia yaitu mengandung banyak karbohidrat sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku proses fermentasi alcohol maupun fermentasi lain. Adapun sifat Fisika dari molase dapat dilihat pada tabel 2.4 dibawah ini
II-7
Tabel 2.4 Sifat Fisika molase
Sifat-sifat Fisika Nilai
Density 1,4 – 1,44 kg/L
Boiling point > 100oc
Viskositas 5000 – 20000 cps
pH 5
Wujud Cairan kental
Bau Rendah caramel, tidak tajam
(sumber : msds molase)
2.4 Ragi (Saccharomyces Cerevisiae)
Khamir (ragi) merupakan mikroorganisme yang bersel tunggal dengan panjang 1-5 µm sampai 20-50 µm, dan lebar 1-10 µm. Bentuk sel khamir bermacam-macam, yaitu bulat, oval, slinder, ogival yaitu bulat panjang dengan salah satu ujung runcing, segitiga melengkung (triangular), berbentuk botol, bentuk alpukat atau lemon, membentuk pseudomiselium, dan sebagainya. Ukuran dan bentuk sel khamir mungkin berbeda pada kultur yang sama, karena pengaruh umur sel dan kondisi lingkungan. Sel yang muda mungkin berbeda bentuknya dari yang tua karena adanya proses ontogeni yaitu perkembangan individu sel (Rochani,2016).
Mikroorganisme yang digunakan untuk fermentasi bioetanol adalah S.
cerevisiae. Spesies ini akan memecah gula menjadi etanol dan karbon dioksida Penggunaan S. cerevisiae untuk proses fermentasi memerlukan pengkondisian kadar gula awal. Kadar gula sampel yang akan difermentasi tidak boleh lebih dari 20%
karena dapat menghambat aktivitas khamir dan tidak sempurnanya produksi bioetanol. Kadar gula yang terlalu tinggi mengakibatkan waktu fermentasi lebih lama dan kemungkinan tidak seluruh gula diubah menjadi alkohol (Arif,2016).
Saccharomyces cerevisiae tumbuh sangat baik pada suhu 20- 30 ºC dan pH antara 4,5 dan 5,5. Mengenai kebutuhan oksigen, Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme anaerob fakultatif dan umumnya tidak dapat tumbuh dengan baik di bawah kondisi benar-benar anaerobik. Hal ini karena oksigen diperlukan sebagai faktor pertumbuhan untuk membran biosintesis, khusus untuk
II-8
biosintesis asam lemak (misalnya, asam oleat) dan sterol misalnya, ergosterol (Trisakti,2015)
2.4.1 Sifat Kimia dan Fisika Saccharomyces Cerevisiae Sifat Fisika dari molase dapat dilihat pada tabel 2.5 dibawah ini
Tabel 2.5 Sifat Fisika Saccharomyces Cerevisiae Sifat-sifat Fisika Nilai
Spesific gravity 1,06
Melting point Campuran
Kadar air 4% - 6%
Temperatur 28°C - 60°C
pH 3,5 - 6
Wujud Cairan
Bau Ragi
(sumber : msds saccharomyces cerevisiae)
2.5 Macam-macam Proses
Bioetanol merupakan salah satu produk yang dapat diperoleh melalui proses biorefinery menggunakan bio-based resources (Marco, 2012). Proses pembuatan bioetanol terjadi dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah persiapan bahan baku, yang berupa proses hidrolisis selulosa menjadi glukosa dengan cara enzimatis atau dengan asam encer atau pekat. Tahap kedua berupa proses fermentasi yaitu mengubah glukosa menjadi etanol sedangkan tahap ketiga yaitu pemurnian hasil dengan destilasi adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses distilasi (Murniati,2018).
Pada proses produksi Bioetanol dapat dilakukan dengan beberapa cara. Dalam industri dikenal 2 macam proses pembuatan yaitu, Proses Non-Fermentasi (synthetic) artinya, Suatu proses pembuatan alkohol yang sama sekali tidak menggunakan enzim atau jasad renik. Dan proses yang kedua yaitu Fermentasi. Fermentasi merupakan proses metabolisme dimana terjadi perubahan kimia dalam subtrat/bahan organik karena aktifitas enzim yang dihasilkan jasad renik (Endah , dkk,2007).
II-9 2.5.1 Proses Fermentasi
Dalam Rochani dkk (2016), dijelaskan bahwa Fermentasi adalah suatu proses perubahan-perubahan kimia dalam suatu substrat organik yang dapat berlangsung karena aksi katalisator-katalisator biokimia, yaitu enzim yang dihasilkan oleh mikroba-mikroba hidup tertentu (Soebiyanto, 1993). Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktifitas mikroba penyebab fermentasi pada substrat organik sesuai.
Fermentasi dapat menyebabkan perubahan sifat bahan pangan, sebagai akibat dari pemecahan kandungan-kandungan bahan pangan tersebut (Fardiaz, 1992).
Fermentasi bioetanol dapat didefenisikan sebagai proses penguraian gula menjadi bioetanol dan karbondioksida yang disebabkan enzim yang dihasilkan oleh massa sel mikroba. Perubahan yang terjadi selama proses fermentasi adalah glukosa menjadi bioetanol oleh sel-sel ragi tape dan ragi roti (Setiawati,2013).
Efektivitas proses fermentasi merupakan hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan kadar etanol optimal. Tinggi rendahnya kadar etanol ditentukan salah satunya oleh kadar gula dalam substrat. Senyawa gula merupakan sumber karbon yang diperlukan sebagai energi khamir, sehingga etanol yang terbentuk sebagai hasil aktivitas khamir (Rochani,2016).
2.5.1.1 Fermentasi dengan Bahan Baku Gula (Molasses)
Pada proses fermentasi glukosa, khamir akan memetabolisme glukosa dan fruktosa membentuk asam piruvat melalui tahapan reaksi pada jalur Embden- Meyerhorf-Parnas (EMP) atau glikolisis. Jalur Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) terdiri dari beberapa tahap, masing-masing dikatalisis oleh enzim tertentu. Jalur tersebut ditandai dengan pembentukan fruktosa difosfat, dilanjutkan dengan pemecahan fruktosa difosfat menjadi dua molekul gliseraldehida fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim aldolase. Kemudian terjadi reaksi dehidrogenasi gliseraldehida fosfat (fosfogliseraldehida) yang merupakan reaksi oksidasi yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP (adenin-tri-phosphat). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim gliseraldehida fosfat dehidrogenase. Atom hidrogen yang terlepas akan ditangkap oleh nikotinamida-adenin-dinukleotida (NAD), mem- bentuk NADH2. Proses fermentasi dapat berlangsung terus jika NADH2 dapat dioksidasi kembali pada tahap kedua fermentasi sehingga melepaskan atom hidrogen kembali. Jadi, NAD berfungsi
II-10
sebagai pembawa hidrogen dalam proses fermentasi (Fardiaz, 1992). Asam piruvat yang dihasilkan kemudian didekarboksilasi menjadi asetaldehida, lalu mengalami dehidrogenasi sehingga terkonversi menjadi bioetanol (Purba,2016).
Gambar 2.1 Blok dia gra m Fer menta si dengan Ba han Baku Gula (molasses)
Etanol ini diproses dari gula yang telah di fermentasi, dan bahan baku Etanol adalah Molase (Tetes). Tetes masuk ke mixing tank yang dicampurkan dengan air panas untuk mendapatkan konsentrasi gula 10-15%. Pada proses ini ditambahkan Asam Sulfat untuk menurunkan pH dari 5,3 ke 4-5. Disamping itu ditambahkan Ammonium Sulfat untuk mempertahankan pH tersebut dengan di sterilisasi kemudian masuk ke mesin ragi hingga mendapatkan ragi yang diharapkan sesuai standar. Setelah mengalami pencampuran pada mixing tank selanjutnya masuk ke fermentor untuk di fermentasi dengan penambahan ragi tersebut dimana tangki fermentor dijaga pada temperatur 70-88°F (21-31°C). Pada proses fermentasi ini membutuhkan waktu 28-72 jam (rata-rata sekitar 45 jam) untuk mendapatkan alkohol dengan konsentrasi 8-10%. Setelah proses fermentasi selesai, menghasilkan alkohol dan CO2. Untuk CO2 masuk ke scrubber dengan ditambahkan air untuk menghilangkan alkohol tertahan sebesar 0,5-1% dari keseluruhan, kemudian dimurnikan menggunakan karbon aktif. Setelah reaksi fermentasi selesai, alkohol masuk ke Beer Still untuk membuang slop (air kotor) melalui Heat Exchanger.
Selanjutnya masuk ke Aldehyde Column yang nantinya masuk ke rectifying column, sehingga menghasilkan produk akhir sekitar 90 wt % Etanol (Ethyl Alkohol).
II-11 2.5.1.2 Fermentasi dengan Bahan Baku Pati
Pada proses fermentasi pati, bahan baku yang digunakan antara lain jagung, gandum, biji-bijian, sorgum, gandum hitam, beras, kentang, ubi jalar. Yang paling sering digunakan dalam industri alkohol adalah gandum, jagung, dan kentang. Secara umum kondisi proses sama dengan proses fermentasi dengan bahan baku molase.
Yang membedakan terletak pada disposisi dari slop dan jumlah by product yang diperoleh (Faith, 1961).
Gambar 2.2 Blok D iagra m Fermenta si denga n Baha n Baku Pati
Untuk pembuatan industri etanol dari pati, dengan bahan baku jagung, langkah pertama jagung masuk ke grain mill untuk proses penggilingan dan penghilangan oil- bearing. Kuman yang terdapat dalam jagung dihilangkan dengan degerminator atau biasanya dilewatkan ke siklus fermentasi dan dihilangkan dengan slop. Di proses sebelumnya, press cake dan corn oil diperoleh sebagai produk. Jagung kemudian dimasak dan di sakarifikasi, yang mana gelatinasi pati dan difermentasi menjadi gula.
Fermentasi dilakukan secara terus menerus secara batch menggunakan enzim dan larutan asam mineral. Dalam proses enzim, gandum diproduksi dengan barley, sebagai katalis dari sakarifikasi. Dalam countinus cooker gandum dibuburkan dengan campuran air dan bagian dari slop yang telah di recycle, kemudian dipompa ke heating jet untuk pencampuran steam dengan suhu 350-360°F. Slurry dimasak dalam cooker kemudian didinginkan sebelum diproses dalam fermentasi. Operasi untuk countinus cooler dilakukan selama 6 menit dibandingkan dengan 2-4 hari cooking cycle secara batch. Untuk proses penyelesaian gula dari cooker, mengandung 10- 15% gula fermentasi, lalu dibawa ke tangki fermentasi dan diinokulasi dengan yeast.
Fermentasi berlangsung pada suhu 65-85°F. Setelah proses fermentasi selesai, menghasilkan alkohol dan CO2. Untuk CO2 masuk ke scrubber dengan ditambahkan
II-12
air untuk menghilangkan alkohol tertahan sebesar 0,5-1% dari keseluruhan, kemudian dimurnikan menggunakan karbon aktif. Setelah reaksi fermentasi selesai, alkohol masuk ke Beer Still untuk membuang slop (air kotor) melalui Heat Exchanger. Selanjutnya masuk ke Aldehyde Column yang nantinya masuk ke rectifying column, sehingga menghasilkan produk akhir sekitar 90 wt % Etanol (Ethyl Alkohol). Selain itu sebanyak 2,5 kali fusel oil diperoleh dengan fermentasi molase.
2.5.2 Proses Sintesis
Terdapat dua proses untuk sintetis alkohol dari etilen, yaitu Esterifikasi dan Hidrolisis dari Ethylene, dan Hidrasi Katalis dari Ethylene (Faith, 1961).
2.5.2.1 Esterifikasi dan Hidrolisis dari Ethylene
Terdapat dua proses utama hidrasi secara langsung untuk membuat etanol, yaitu proses fase uap dengan mengontakkan katalis padatan atau liquid dengan reaktan gas. Selain itu fase campuran dengan mengontakkan katalis padatan atau liquid dengan reaktan liquid dan reaktan gas. Etilen dan air dicampur dengan menggunakan aliran “recycle”. Campuran tersebut dipanaskan dengan furnace, sedangkan gas etilen bereaksi dengan katalis. Kemudian dimasukkan dalam reaktor katalitik. Uap yang meninggalkan reaktor sedikit lebih panas dari feed etilen yang diumpankan. Reagen yang tidak dapat bereaksi akan dipisahkan dan diresirkulasi.
Produk samping berupa asetaldehid akan dihidrogenasi dengan katalis untuk menghasilkan etanol. Reaksi yang berlangsung adalah:
𝐶𝐻2 = 𝐶𝐻2 + 𝐻2 𝑂 𝐻3𝑃𝑂4
3000𝑐 ; 6,8 𝑀𝑝𝑎 > 𝐶2𝐻5𝑂𝐻
Uap yang meninggalkan reaktor sedikit lebih panas dari panas feed etilen yang dimasukkan. Produk yang keluar dari reaktor kemudian didinginkan melalui heat exchanger dengan umpan dimasukkan ke dalam reaktor dan dipisahkan ke dalam aliran cairan dan uap (Marco, 2012).
II-13
Gambar 2.3 Blok D iagra m Esterifika si dan Hidrolisis dari Ethylene
Sintesis alkohol diproduksi dengan menyerap etilen dalam asam sulfur untuk dicampur ke dalam larutan asam sulfur. Alkohol dimurnikan dengan distilasi dan asam berkonsentrasi digunakan kembali. Gas ethane-propane dengan yield tinggi dari etilen setelah scrubbing dan dimurnikan, berfungsi sebagai bahan baku untuk alkohol. Etilen dilewatkan ke bagian bawah absorber countercurrent dengan 90%
asam sulfat. Larutan yang dihasilkan adalah campuran dari monoethyl dan diethyl sulfates, yang dikeluarkan dari bagian bawah absorption tower. Campuran ester dari absorber dipompa ke bagian bawah hydrolizer. Minyak alkohol-acid dibawa ke stripping column, dimana uap membawa alkohol, ether, dan bagian kecil dari asam.
Asam sulfat encer ditarik dari kolom bagian bawah, didinginkan, dan disimpan untuk digunakan kembali. Alkohol, ether, dan uap air dibawa ke bagian atas untuk dikondensasi dan dipompa ke tangki penyimpanan alkohol mentah.
2.6 Kolom Dehidrasi
Gambar 2.4 Tangki Dehidrasi
Feed
Bioetanol (99,5%)
H2O
