PENDAHULUAN Prarancangan Pabrik Asam Laktat Dari Molases Dengan Proses Fermentasi Kapasitas 8.000 Ton/Tahun.

(1)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

U niversitas M uhammadiyah Surakarta

Prarancangan Pabrik Asam L aktat dari M olases dengan Proses Fermentasi

K apasitas 8.000 ton/ tahun

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Pendirian Pabrik

Di zaman yang semakin berkembang dan modern ini, Indonesia perlu lebih

meningkatkan taraf hidup bangsa yaitu dengan pembangunan dalam sektor

industri. Salah satunya adalah pembangunan industri asam laktat dengan bahan

dasar molases

Pembangunan industri asam laktat yang menghasilkan produk bahan baku ini

sangat penting, karena dapat mengurangi jumlah impor asam laktat di Indonesia.

Dengan adanya pembangunan pabrik asam laktat akan dapat mengurangi

pengeluaran devisa negara untuk mengimpor asam laktat tersebut. Di samping itu

dengan adanya pendirian pabrik asam laktat di Indonesia, dapat membuka

lapangan kerja baru dan memacu pertumbuhan industry lainnya.

Kebutuhan asam laktat di Indonesia diperkirakan akan terus meningkat bila

dilihat dari semakin banyaknya industri yang menggunakan asam laktat. Beberapa

industri yang menggunakan asam laktat seperti industri farmasi, makanan dan

minuman serta digunakan sebagai bahan baku pembuatan poly lactic acid. Maka

dari itu dengan pendirian pabrik asam laktat ini akan membantu memenuhi

kebutuhan asam laktat di Indonesia.

1.2Kapasitas Pabrik

Dalam pemilihan kapasitas produksi pabrik asam laktat ada beberapa

pertimbangan yang perlu diperhatikan, yaitu :

1.2.1 Proyeksi Kebutuhan Asam Laktat

Kebutuhan asam laktat di Indonesia jumlahnya semakin bertambah tiap

tahunnya, sehingga untuk memenuhinya diperlukan impor dari luar negeri. Hal ini

berdasarkan data yang diperoleh dari Badan Pusat Statistik mengenai data ekspor

impor asam laktat di Indonesia tahun (2008-2012) seperti ditunjukkan pada Tabel

(2)

Tahun Index Tahun (X) Konsumsi (kg/tahun) (Y)

(3)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

3

Dari perhitungan regresi dengan data ekspor, impor dan kebutuhan asam laktat

maka diperoleh kapasitas produksi sebesar 8.000 ton/tahun.

Adapun tujuan yang ingin dicapai dari pemilihan kapasitas dalam prarancangan

pabrik asam laktat ini adalah:

a. Memenuhi kebutuhan asam laktat dalam negeri.

b. Mengurangi jumlah impor asam laktat, sehingga dapat mengurangi biaya

belanja dalam negeri.

c. Menambah devisa Negara dengan mengekspor asam laktat.

1.3Lokasi Pabrik

Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap

keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan

lokasi pabrik, antara lain: penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi

dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi pabrik asam laktat ini

dipilih di Lampung, dengan pertimbangan sebagai berikut:

1.3.1 Penyediaan bahan baku

Bahan baku asam laktat yaitu molases dapat diperoleh dari perusahaan pabrik

gula. Dalam prarancangan ini mengambil molases dari PG Gunung Madu

Plantation di Lampung. Untuk bahan baku seperti asam sulfat dari PT.

Metabisulphite Nusantara di Jawa Timur, kalsium hidroksida dan magnesium

sulfat dari PT. Aneka Kimia Inti di Surabaya, diammonium fosfat dari PT. Sinar

(4)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

4

sedangkan untuk lactobacillus delbrueckii, yeast dan malt dari distributor yang

telah ditunjuk.

1.3.2 Letak Pabrik terhadap Daerah Pemasaran

Pemilihan letak pabrik asam laktat di daerah Lampung ini disebabkan karena

lokasinya dekat dengan pabrik gula. Selain itu, untuk pemasarannya juga mudah,

karena Lampung merupakan kota besar.

1.3.3 Transportasi

Di daerah Lampung telah berdiri cukup banyak industri, jadi untuk transportasi

disana cukup memadahi untuk distribusi produk maupun bahan baku.

1.3.4 Tenaga Kerja

Di daerah sekitar pendirian pabrik, terdapat banyak lembaga pendidikan

formal maupun non formal dimana dari lembaga-lembaga itu dihasilkan banyak

tenaga ahli maupun non ahli. Maka dari itu untuk mendapatkan tenaga kerja lebih

mudah.

1.3.5 Utilitas

Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik dapat dipenuhi.

a. Penyediaan air, diperoleh dari sungai sekitar kawasan pabrik

b. Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN.

1.3.6 Kebijakan Pemerintah

Sekarang ini dijalankan sistem otonomi daerah sehingga perlu diperhitungkan

jumlah pajak yang dipungut. Kemudahan pemerintah dalam hal perijinan

pendirian pabrik dan pengembangannya juga harus diperhatikan.

1.3.7 Masyarakat

Pemikiran masyarakat mengenai perindustrian, baik dalam hal polusi atau

limbah dan keuntungan yang diperoleh dari pendirian pabrik tersebut adalah

(5)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

5

1.4Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Asam laktat

Asam laktat yang mempunyai rumus molekul CH3CHOHCOOH ini pertama

kali ditemukan oleh seorang ahli kimia dari Swedia bernama Carl Wilhelm

Scheele pada tahun 1780. Proses pembuatan asam laktat ini terdiri dari dua cara,

yaitu proses sintesis kimia dan proses fermentasi.

1. Proses Sintesis Kimia

Dalam proses ini terjadi reaksi antara hidrogen sianiada dengan asetaldehide

yang menghasilkan lactonitrile. Reaksi ini berlangsung dalam fase cair dengan

tekanan tinggi. lactonitrile yang diperoleh kemudian di recovery dengan alat

destilasiuntuk memurnikan. Setelah itu dilakukan hidrolisis asam sulfat atau asam

klorida untuk menghasilkan asam laktat dan garam ammonium. Asam laktat yang

dihasilkan, lalu diesterifikasi dengan metanol dan menjadi metil laktat. Metil

laktat tersebut lalu dihidrolisis dengan air, menghasilkan asam laktat dan metanol

yang selanjutnya dilakukan recycle.

Berikut reaksi yang terjadi dalam proses sintesis :

- Penambahan sianida

katalis

CH3CHO + HCN CH3CHOHCN ………...(1)

asetaldehide hidrogen sianida lactonitrile

- Hidrolisis Asam Sulfat

CH3CHOHCN + H2O + ½ H2SO4 CH3CHOHCOOH + ½ (NH4)2SO4 ..(2)

lactonitrile air asam sulfat asam laktat ammonium sulfat

- Esterifikasi

CH3CHOHCOOH + CH3OH CH3CHOHCOOCH3 + H2O …………..(3)

asam laktat methanol metil laktat air

- Hidrolisis oleh air

CH3CHOHCOOCH3 + H2O CH3CHOHCOOH + CH3OH …………..(4)

metil laktat air asam laktat methanol

(6)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

6

Seperti pada proses sintesis, dalam proses fermentasi juga terdiri dari beberapa

tahap sebagai berikut (Narayanan et al, 2004):

- Tahap fermentasi

fermentasi

C6H12O6 + Ca(OH)2 (2CH3CHOHCOO-_{)Ca + 2H2O …………...(5)}

molasses kalsium hidroksida kalsium laktat air

- Tahap penambahan H2SO4

(2CH3CHOHCOO-)Ca + H2SO4 2CH3CHOHCOOH + CaSO4……….(6)

kalsium laktat asam sulfat asam laktat kalsium Sulfat

1.4.2 Pemilihan Proses

Dalam prarancangan pabrik ini dipilih proses fermentasi dalam pembuatan asam

laktat, dengan alasan sebagai berikut:

- Bahan baku (molasses) mudah diperoleh dan ketersediaannya melimpah.

- Prosesnya berlangsung pada tekanan dan suhu rendah.

- Proses produksi berlangsung sederhana.

- Yield yang dihasilkan 97% (Wee Y.J, 2006)

1.4.3 Kegunaan Produk

- Industri makanan dan minuman

Sebagai pengatur pH dan penambah rasa.

- Komponen utama pembuatan biopolimer Poly Lactic Acid (PLA).

- Industri farmasi

Sebagai pengatur pH, dan larutan dialisis. (Wee Y.J, 2006)

1.4.4 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk

1.4.4.1 Bahan Baku

1. Molases

a. Sifat fisika

Rumus : C17-18H26-27O10N

Bentuk : cairan kental berwarna cokelat kehitaman

Titik didih : 107°C

(7)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

7

Kelarutan dalam air : sangat larut

pH : 5,1

Titik beku : -18o_C

Komposisi utama (Data Molasses PG Gunung Madu Plantation Lampung Tengah)

sukrosa : 38,94%

glukosa : 14,43%

fruktosa : 16,75%

abu : 11,06%

air : 18,82%

- Sifat kimia

Banyak mengandung karbohidrat sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku

fermentasi alkohol atau fermentasi lain. (Saputro T, 2014)

2. Sukrosa

- Sifat fisika

Rumus molekul : C12H22O11.

Berat molekul : 342,3 g/mol.

Berbentuk : kristal.

Rasa : manis.

kelarutan : 179 g/100 mL (0°C)

Melting point : 170°C

- sifat kimia

 sukrosa dapat dioksidasi dengan KMnO4, HNO3 dan peroksida.

 Sukrosa dapat dihidrolisis secara enzimatis yang menghasilkan glukosa dan

fruktosa. (Perry and Green 7th_{ed, 1999)}

3. Glukosa

- Sifat fisika

Rumus molekul : C6H12O6

Berat molekul : 180,16 g/mol

Titik leleh : 146°C

(8)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

8

- Sifat kimia

Glukosa lebih mudah larut dalam air daripada sukrosa, selain itu glukosa juga

larut dalam etanol dan eter. (Chen and Chou, 1993)

b.Bahan Baku Penunjang

1. Air

- Sifat fisika

Rumus Molekul : H2O

Massa Molar : 18,0153 g/mol

Densitas : 999,793 kg/m³ (273,15 K)

Titik Didih : 100°C

- Sifat kimia

Air merupakan pelarut universal karena dapat melarutkan berbagai zat kimia.

(Perry and Greeen 7th ed, 1999)

2. Asam Sulfat

- Sifat fisika (data dari PT. Metabisulphite Nusantara):

Rumus molekul : H2SO4

Berat molekul : 98,08 g mol-1

Titik leleh (°C) : 10,49°C

Kadar : 40-60%

Sifat kimia

1. Dengan basa membentuk garam dan air.

Reaksi : H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + H2O………(7)

2. Dengan alkohol membentuk eter dan air.

Reaksi : 2C2H5OH + H2SO4 C2H5OC2H5 + H2O + H2SO4………(8)

(Perry and Green 7th_{ed, 1999)}

3. Kalsium Hidroksida Ca(OH)2

- Sifat fisika (data dari PT. Aneka Kimia Inti):

Wujud : padatan

Rumus Molekul : Ca(OH)2

(9)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

9

Kelarutan : 0,185 g/100 mL (0°C)

Kadar : 70%

- Sifat kimia

Ketika dipanaskan sampai suhu 510°C akan terdekomposisi menjadi kalsium

oksida dan air.

Ca(OH)2 CaO + H2O………(9)

kalsium hidroksida kalsium oksida air

(Perry and Green 7th ed, 1999)

4. Lactobacillus delbrueckii

- Sifat fisika

Wujud : padatan

Spesies : Lactobacillus delbrueckii

Berat Molekul : 25,5 g mol-1

Densitas : 3340 kg m-3

Titik didih : 333,56°C

- Sifat kimia

Dapat mengubah karbohidrat menjadi Asam Laktat dan bekerja optimal pada suhu

46°C.

5. Malt

- Sifat fisika

Wujud : padatan

Densitas : 4761 kg m-3

Titik didih : 2183,87°C

6. Yeast

- Sifat fisika

Wujud : padatan

Densitas : 4376 kg m3

(10)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

10

7. Diammonium fosfat

- Sifat fisika (dari data PT. Sinar Kimia Utama):

Wujud : padatan

Rumus molekul : (NH4OH)2PO4

Kelarutan : 131 g/100 mL (15°C)

Kemurnian : 98%

- Sifat kimia

Ion ammonium akan terkonversi menjadi ammonium pada pH tinggi.

(Perry and Green 7th_{ed, 1999)}

8. Magnesium sulfat

- Sifat fisika (dari data PT. Aneka Kimia Inti):

Wujud : padatan

Rumus molekul : MgSO4

Kadar : 99%

Titik leleh : 1185°C

Kelarutan dalam air : 26,9 g/100 ml (0°C)

- Sifat kimia

 Kelarutan dalam air sangat tinggi.

 Jenis anhidrat memiliki sifat higroskopis yang kuat.

9. Asam fosfat

- Sifat fisika (dari data PT. Garuda Mas Lestari):

Wujud : cair

Rumus molekul : H3PO4

Berat molekul : 98 g mol-1

Kadar : 85%

(11)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

11

- Sifat kimia

Asam fosfat akan terdekomposisi jika kontak dengan alcohol, aldehid, sianida,

keton, ester dan sulfida. (Perry and Green 7th _{ed, 1999)}

c. Produk

1. Asam Laktat

- Sifat fisika

Wujud : Cairan

Rumus Molekul : CH3CHOHCOOH

Berat Molekul : 90,079 g mol-1

Specific gravity : 1,249

Titik didih : 122°C

Titik lebur : 16,8°C

- Sifat kimia

Larut dalam air dingin dan lebih larut dalam air daripada pelarut lainnya.

2. Kalsium Sulfat

- Sifat fisika

Wujud : padatan putih

Rumus Molekul : CaSO4

Berat Molekul : 136,14 g/mol

Specific grafity : 2,96

Titik lebur : 1450°C

Kelarutan : 0,298 g/100 g H2O pada 20°C.

- Sifat kimia

Pemanasan pada suhu 100°C dan 150°C akan terjadi reaksi dehidrasi sampai 75%

air yang terkandung di dalam struktur kimianya. Pada suhu 170°C digunakan

(12)

Pendahuluan

Nia Fitria D 500 090 001

12

1.5 Tinjauan Proses secara Umum

Proses pembuatan Asam Laktat secara fermentasi ini terdiri dari tiga tahap

yaitu tahap hidrolisis sukrosa, tahap fermentasi, dan tahap penambahan asam

sulfat. Pada tahap hidrolisis ini ditambahkan yeast untuk membantu mengubah

sukrosa menjadi glukosa. Proses ini dilakukan di dalam reaktor hidrolisis

berlangsung pada kondisi suhu 40°C dan tekanan atmosfer. Selanjutnya, glukosa

yang dihasilkan dari hidrolisis dilakukan fermentasi pada fermentor dengan

penambahan bakteri lactobacillus delbrueckii dan berlangsung pada suhu antara

46°C tekanan atmosfer. Selain ditambahkan bakteri, dalam fermentor juga

ditambahkan kalsium hidroksida agar terbentuk kalsium laktat. Kalsium laktat

yang terbentuk kemudian di tambahkan asam sulfat sehingga menghasilkan asam

laktat sebagai produk utama dan kalsium sulfat sebagai produk samping.

Reaksi (Narayanan et al, 2004):

yeast

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6………..(10)

sukrosa air glukosa fruktosa

C6H12O6 + Ca(OH)2 (2CH3CHOHCOO-)Ca + 2H2O…...(11)

Glukosa kalsium hidroksida kalsium laktat air

(2CH3CHOHCOO-_)Ca_{+ H2SO4 2CH3CHOHCOOH + CaSO4……....(12)}