PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN CO- FERMENTASI

PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE)

DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN

CO-FERMENTASI

Oleh : LUTFI AL BAAQY NRP. 2308 030 073 ALVINO HEBOH W. NRP. 2308 030 055 dan

Ir. Agung Subyakto,MS NIP. 19510729 198603 2 001

LATAR BELAKANG

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

Komposisi Ampas Tebu

Kandungan

Komposisi

Ash

5,6 %

Lignin

24,2 %

Selulosa

52,7 %

Hemiselulosa

17,5 %

•Sifat Fisika :

-

Titik nyala 13.9

o

_C.

-

Densitas pada 20

o

_{C adalah 0,789 gr/cm}

3

_.

-

Berat molekul 46,070 gr/mol.

-

Titik didih 78.4

o

_{C .}

-

Cairan tidak berwarna, jernih

-

Melting point (titik leleh) – 114

o

_C.

-

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

o

_C.

-

Larut dalam air dan senyawa organik lainnya

(Fessenden & Fessenden, 1992)

•Sifat Kimia :

- Dapat bereaksi dengan NaOH membentuk Sodium etoxida.

C

₂

H

₅

+ NaOH



C

₂

H

₅

ONa + H

₂

O

-

Dapat mengalami reaksi Esterifikasi.

C

₂

H

₅

+ (RCO)

₂



RCOOCH

₂

CH

₃

+ RCOOH

-

Dapat mengalami reaksi Dehidrasi.

CH

₃

CH

₂

OH



CH

₂

= CH

₂

+ H

₂

O

2 CH

₃

CH

₂

OH



CH

₃

CH

₂

OCH

₂

CH

₃

+ H

₂

O

-

Dapat mengalami reaksi Dehidrogenasi.

LOKASI PABRIK & KAPASITAS PRODUKSI

Lokasi Pabrik yang dipilih :

Malang, Jawa Timur

Dasar pertimbangan :

Tersedianya bahan baku

Suplai air yang cukup memadai (Kali Brantas)

Transportasi yang memadai

Kapasitas Produksi Pabrik :

• 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

Produksi bioetanol memiliki beberapa

tahap proses :

TAHAP Proses

1. Pre Treatment

2. Hidrolisis

3. Fermentasi

4. Purifikasi

Process

Waktu reaksi

yield

cost

FISIKA

Vapour explosion 1-10 menit 45%-65%

-Thermohidrolisis 30 menit 88%-98% -KIMIA Dilute Acid Hydrolysis 2-10 menit 75%-90% + Alkaline Hydrolysis 2 menit 60%-75% ++ Organosolv 40-60 menit 70%-80% Biologic KOMBINASI Catalyzed Vapour Explosion 1-4 menit 88% -Afex (ammonia fibre explosion) 50%-90% Co₂ Explosion 75%

•

Pretreatment

Process

Input

Temperature Time Saccharification

Dilute Acid

< 1% H

₂

SO

₄

215

o

_C

_{3 min}

_{50% - 70%}

Concentrated

Acid

30% - 70 %

H

₂

SO

₄

40

o

C

2-6 h

90%

Enzymatic

Cellulase

70

o

_C

_1,5

day

75% - 95%

•

Proses Hidrolisis

Fermentasi

• SHF (Separated Hidrolysis and Fermentation)

• SSF (Simultaneous Saccharification and

Fermentation )

• SSCF (Simultaneous Saccharification and

Cara perhitungan pada Distilasi

1. Menentukan T feed.

2. Menentukan pendekatan distribusidari komponen distilat dan

produk bawah dengan menggunakan α pada T feed dan P = 1

atm.

3. Mencari Dew Point.

4. Mencari buble point

5. menghitung plate minimum : metode Fenske

Nm = log (X

_LK

Distilat/ X

_HK

Distilat) x (X

_HK

Bottom/ X

_LK

Bottom)

Log α light key

_average

6. Menentukan refluk minimum : Metode Short Cut

(

)

(

αi θ

)

xf x αi Σ = q -1

Rm + 1 = Σ(αi*xd/αi-θ)

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 feed

Stop Pt = 1 atm X_fi= diketahui

Trial T _total

P_i diperoleh berdasarkan T _total Ki diperoleh

Kc = Ki heavy key Kc = 1/αi x xf

∑Ki x xi =1

tidak α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key

• Flow chart menentukan Dew Point

Stop Pt = 1 atm XDfi= diketahui

Trial T total

Pi diperoleh berdasarkan T total

Ki diperoleh

Kc = Ki heavy key Kc = XDfi/αi

∑y/iKi =1

tidak α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key

• Flow chart menentukan Buble Point

Stop Pt = 1 atm X_Bfi= diketahui

Trial T _total

P_i diperoleh berdasarkan T _total Ki diperoleh

Kc = Ki heavy key Kc = 1/αi x xf

∑Ki x Xi =1

tidak α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key

Neraca Massa pada Kolom Distilasi (D-410)

Masuk Keluar

Komposisi Massa (kg) Komposisi Massa (kg)

aliran <38> feed Aliran <39> : Distilat

H₂O 13232003,33 C₂H₅OH (LK) 417343,9072 Glukosa 44647,84473 H₂O (HK) 23156,00583 Xylose 41806,76158 CH₃COOH 0,00019684 furfural 3701,773678 glukose 2,0996E-101 C₂H₅OH 418075,5394 xylose 1,95751E-71 CH3COOH 1427,303995 Jumlah 440499,9132 H₂SO₄ 352,8412558 Aliran <40> : Bottom antifoam 141,5785167 C₂H₅OH (LK) 731,6321939 H₂O (HK) 13208847,33 CH₃COOH 1427,303798 glukose 44647,84473 xylose 41806,76158 furfural 3701,773678 H₂SO₄ 352,8412558 antifoam 141,5785167 Jumlah 13.742.156,977 Jumlah 13.742.156,977

Neraca Panas pada Kolom Distilasi (D-410)

Masuk Keluar

Komposisi Entalpi Komposisi Entalpi Distilat

H₂O 573.952.781,5597 C₂H₅OH 18.168.399,9171 Xylose 1.338.669,2449 H2O 1.325.586,3784

Glukosa 880.336,4874 CH3COOH 0,006013058

C2H5OH 17.804.958,0863 Glukose 4,9823E-100

CH3COOH 40.726,3455 Xylose 6,47697E-70

H2SO4 9.742,4630 19.493.986,3015 Furfural 114.695,5150 Bottom Anti foam 5.176,8528 C2H5OH 45.228,0497 H2O 997.571.954,6071 Q supply 495.541.977,3 CH3COOH 57.287,2593 Glukose 1.392.051,7480 Xylose 1.817.498,5981 Furfural 92.863,1757 H₂SO₄ 8.851,4216 Antifoam 8.815,8317 1.000.994.550,6912 Q yang diserap air pendingin 44.423.428,0066 Q loss 24.777.098,8655

UTILITAS

-Densitas air pada 30 o_{C = 995,68 Kg/m}3

-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

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

INSTRUMENTASI

Instrumentasi yang Digunakan Pada Pabrik

Bioetanol :

•

Flow Control (FC)

•

Level Indikator (LI)

•

Temperatur Control (TC)

•

Pressure Indikator

PENGOLAHAN LIMBAH

LIMBAH GAS

Limbah gas berupa gas CO

₂

•Pengolahan :

•Digunakan pada industri minuman berkarbonat

•Digunakan untuk pemadam kebakaran

LIMBAH CAIR

Berasal dari kolom distilasi

Limbah cair berupa bottom product

(Furfural, asam asetat, H

₂

O)

Pengolahan :

•Ditreatment terlebih dahulu sebelum dibuang kesungai

•Dapat dijual dan digunakan sebagai bahan baku kimia

LIMBAH PADAT

Dari

rotary drum filter II

Lignin

Dijual sebagai furafil

Dari fermentor

Biomass

Dijual sebagai active sludge

Dari Overliming & Reacidification

Gypsum

Spesifikasi Alat

 HEATER (E-116)

Fungsi : untuk menaikkan suhu air proses dari 30˚C menjadi 100˚C

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 = ¾ in OD 16 BWG Panjang tube = 8 ft

Jumlah tube = 210 buah

POMPA (L-323)

• Fungsi : Memompa bioetanol dari cooler ke tangki

penampung bioetanol

• Tekanan : 1 atm

• Jenis pompa : centrifugal

• Jumlah : 1 buah

• Rate volumetrik : 98,11 gal/min

• Bahan konstruksi : Commersial steel

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

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

TERIMA KASIH