RANCANGAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL
DENGAN BAHAN BAKU KULIT DURIAN
SKRIPSI
Oleh
LURI ADRIANI
090405018
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
RANCANGAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL
DENGAN BAHAN BAKU KULIT DURIAN
SKRIPSI
Oleh
LURI ADRIANI
090405018
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
RANCANGAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN BAHAN BAKU KULIT DURIAN
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 sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 15 Desember 2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Rancangan Unit Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku Kulit Durian”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini:
1. Penelitian ini memberikan informasi tentang rancangan atau desain peralatan yang digunakan dalam pembuatan bioetanol dengan bahan baku kulit durian. Dan memberikan informasi tentang biaya pabrikasi dari peralatan-peralatan yang digunakan.
2. Penelitian ini mewujudkan proses zero emission dan zero waste.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar–besarnya kepada:
1. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si. selaku Dosen Pembimbing sekaligus Ketua Departemen Teknik Kimia FT USU.
2. Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia sebagai Penyandang Dana.
3. Ir. Renita Manurung, MT selaku koordinator skripsi. 4. Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku dosen penguji
5. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST. MT selaku dosen penguji
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 15 Desember 2014 Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Orang tua penulis, Masri Samsi dan Neni Warti atas semua doa dan dukungan yang selalu diberikan kepada penulis.
2. Seluruh anggota keluarga penulis terutama untuk kakak dan adik penulis, Lusi Adriani, S.Kom dan Luki Adriantoni atas doa dan dukungan yang telah diberikan.
3. Herypasc Adipasah, ST atas doa, semangat dan dukungan yang selalu diberikan kepada penulis.
4. Rekan penelitian, Reviana Revitasari, ST.
5. Seluruh sahabat serta teman sejawat penulis angkatan 2009 dan teman-teman di LPPM USU.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Luri Adriani
NIM: 090405018
Tempat/Tgl. Lahir: Tenggarong (Kal-Tim), 27 Agustus 1992
Nama orang tua: Masri Samsi
Alamat orang tua:
Pemuda Darat Jl. Bengkalis Gg. Bhayangkara No. 5 Dumai-Riau
Asal Sekolah
• TK Barunawati I Dumai (1996-1997)
• SD Negeri 016 Dumai (1997-2003)
• SMP Negeri 2 Dumai (2003-2006)
• SMA Negei 2 Dumai (2006-2009)
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Bendahara Umum HIMATEK Kepengurusan 2012/2013
2. Anggota Bidang PAL Covalen Study Group (CSG) Kepengurusan 2011/2012
3. Asisten Lab. Kimia Fisika modul Viskositas dan Kesetimbangan Cair-Cair.
ABSTRAK
Peralatan yang digunakan dalam pembuatan bioetanol tergantung pada pemilihan bahan baku, proses dan ukuran peralatan. Dalam penelitian ini, sebuah unit pembuatan bioetanol berbahan baku kulit durian dirancang dengan kapasitas proses 100 liter. Peralatan yang dirancang antara lain peralatan pre-treatment, fermentor dan unit distilasi. Peralatan pre-treatment terdiri dari tangki pemasak awal, crusher, dan tangki bertekanan. Tangki pemasak awal terbuat dari bahan carbon steel SA-285 Grade C dengan diameter 45,10 cm dan tinggi 90,21 cm. Crusher yang dipergunakan untuk menghaluskan kulit durian membutuhkan daya sebesar 3,061 hp. Tangki bertekanan terbuat dari bahan carbon steel SA-283 Grade C dengan diameter 45,10 cm dan tinggi 90,21 cm. Tangki fermentor dirancang dengan diamater 43 cm dan tinggi 86 cm, dilengkapi dengan 2 buah pengaduk manual tipe paddle dan mempunyai diameter pengaduk 30 cm. Tangki distilasi terbuat dari bahan stainless steel dengan diameter 48 cm dan tinggi 54 cm, dilengkapi dengan heater untuk memanaskan larutan hasil proses fermentasi dan tangki air pendingin untuk mendinginkan bioetanol yang teruapkan. Waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus fermentasi dengan proses batch adalah 7 hari 7 jam. Waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus proses pembuatan bioetanol dengan proses batch adalah 8 hari 4 jam. Diuji kelayakan unit pembuatan bioetanol yang terdiri dari tangki fermentor dan tangki distilasi dengan kondisi proses fermentasi 7 hari dan konsentrasi ragi 6% dan distilasi pada suhu 80oC diperoleh kadar bioetanol hasil fermentasi sebesar 8,98% dan kadar bioetanol hasil distilasi sebesar 74,96%.
ABSTRACT
Equipments used in bioethanol production unit depends on the selection of raw material, process and plant size. In this research, the bioethanol production unit used durian peel as raw material was designed with capacity process of 100 liters. The designed equipments were pre-treatment equipments, fermenter and distillation unit where the pre-treatment equipments were consisted of cooking tank, crusher and pressured tank. Cooking tank was made of carbon steel SA-285 Grade C with 45,10 cm of diameter and 90,21 cm of height. Crusher was used to smooth durian peel and required power of 3,061 hp. Pressured tank was made of carbon steel SA-283 grade C with 45,10 cm of diameter and 90,21 cm of height. Fermenter tank was designed with 43 cm of diameter and 86 cm of height which was equipped with two manual paddle impeller of 30 cm in diameter. Distillation tank was made of stainless steel with 48 cm of diameter and 54 cm of height, which was equipped with heater to heat the liquid of fermentation process and cooling tank to cool vaporised bioethanol. The time required for one cycle of fermentation with batch process was 7 days and 7 hours. While the time required for one cycle of bioethanol production with batch process was 8 days and 4 hours. The feasibility of bioethanol production unit in which consisted of fermenter tank and distillation tank under condition process of 7 days and yeast concentration of 6% and distillation temperature of 80oC was tested. The results obtained were 8,98% of bioethanol concentration during fermentation and 74,96% of bioethanol concentration during distillation.
DAFTAR ISI
Hal
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 BIOETANOL 5
2.1.1 Kulit Durian 9
2.2 PROSES PEMBUATAN BIOETANOL 10
2.2.1 Tahap Persiapan Bahan Baku (Pre-Treatment) 11
2.2.2 Tahap Fermentasi 16
2.2.3 Tahap Pemurnian 20
2.3 PERALATAN YANG DIGUNAKAN DALAM
PROSES PEMBUATAN BIOETANOL 21
2.3.1 Peralatan Proses Perlakuan Awal 21
2.3.3 Peralatan Pemurnian 26
2.4 PENGADUKAN 27
2.5 BAHAN KONSTRUKSI 29
2.6 PENGEMBANGAN SKALA LABORATORIUM KE SKALA
PILOT 29
2.7 ANALISIS EKONOMI 31
2.7.1 Biaya Pabrikasi Peralatan 31
2.7.2 Biaya Operasional Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku
Kulit Durian 32
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 35
3.1 LOKASI PENELITIAN 35
3.2 BAHAN PENELITIAN 35
3.3 PERALATAN UTAMA 35
3.3.1 Peralatan Pre-treatment 35
3.3.2 Tangki Fermentor 36
3.3.3 Tangki Distilator 37
3.4 ALAT UKUR, INDIKATOR DAN PANEL 38
3.4.1 Termokopel dan Termometer 38
3.4.2 Control Panel 38
3.4.3 Level Indikator 38
3.5 PROSEDUR PENELITIAN 39
3.5.1 Prosedur Penelitian Rancangan Penelitian 39 3.5.2 Prosedur Operasional Unit Pembuatan Bioetanol 39
3.6 PROSEDUR KALIBRASI DAN ANALISIS 40
3.6.1 Tes Kebocoran Peralatan 40
3.6.2 Kalibrasi Peralatan 40
3.6.3 Analisis Kadar Bioetanol dengan Gas Kromatografi (GC) 41
3.7 FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN 42
3.7.1 Flowchart Prosedur Penelitian Rancangan Peralatan 42 3.7.2 Flowchart Prosedur Operasional Unit Pembuatan Bioetanol 43
3.8 PROSEDUR KALIBRASI 44
3.8.2 Flowchart Prosedur Kalibrasi Suhu 45
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 46
4.1 PERANCANGAN PERALATAN UTAMA 46
4.1.1 Peralatan Pre-Treatment 46
4.1.2 Fermentor 50
4.1.3 Tangki Distilasi 54
4.1.3.1 Tangki Air Pendingin 56
4.2 TIME SCHEDULE PEMBUATAN BIOETANOL BERBAHAN BAKU
KULIT DURIAN 57
4.3 UJI KEBOCORAN DAN KALIBRASI SUHU 60
4.3.1 Uji Kebocoran 60
4.3.2 Kalibrasi Suhu 60
4.4 PENGUJIAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 64
5.1 KESIMPULAN 64
5.2 SARAN 65
DAFTAR PUSTAKA 66
DAFTAR GAMBAR
Hal Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Bioetanol dari Bahan Baku Gula,
Pati dan Lignoselulosa 6
Gambar 2.2 Buah Durian 9
Gambar 2.3 Reaksi Pembentukan Bioetanol 17
Gambar 2.4 Stirred Tank Fermenter 24
Gambar 2.5 Air-Lift Fermenter 24
Gambar 2.6 Fluidised Bed Bioreactor 25
Gambar 2.7 Packed Bed Bioreactor 26
Gambar 2.8 Bejana dengan Pengaduk Propeller Berdaun Tiga dan Baffle 27
Gambar 2.9 Jenis-Jenis Pengaduk 28
Gambar 2.10 Tangki BerpengadukTurbin dengan 6 Daun (Blade) disertai Pola
Alirannya 28
Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Penelitian Rancangan Penelitian 42 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Operasional Unit Pembuatan Bioetanol 43 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Tes Kebocoran pada Unit Pembuatan Bioetanol
(Fermentor, Distilator dan Tangki Air Pendingin) 44 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Kalibrasi Suhu pada Tangki Distilator 45 Gambar 4.1 Rancangan Teknikal Tangki Pemasak Awal 47 Gambar 4.2 Rancangan Teknikal Tangki Bertekanan (Tangki Hidrolisis) 50
Gambar 4.3 Desain Pengaduk Paddle 51
Gambar 4.4 Desain Teknikal Fermentor 52
Gambar 4.5 (a) Tangki Fermentor (b) Pengaduk di dalam Tangki 53 Gambar 4.6 Desain Teknikal Tangki Distilasi 55
Gambar 4.7 Tangki Distilasi 55
Gambar 4.8 Tangki Air Pendingin dan Koil Pendingin 57 Gambar 4.9 Flowsheet Pembuatan Bioetanol Berbahan Baku Kulit Durian 58
Gambar 4.10 Kalibrasi Suhu pada Tangki Distilator 61 Gambar L3.1 Kerangka Unit Pembuatan Bioetanol 81
Gambar L3.3 Dasar Tangki Distilasi 82
Gambar L3.4 Dasar Tangki Pendingin 82
Gambar L3.5 Rangkaian Unit Pembuatan Bioetanol 83 Gambar L4.1 Hasil Pembacaan Kadar Bioetanol Hasil Fermentasi menggunakan
GC 84
Gambar L4.1 Hasil Pembacaan Kadar Bioetanol Hasil Distilasi menggunakan
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1.1 Pabrik Bioetanol di Indonesia 1
Tabel 1.2 Beberapa Penelitian yang Berhubungan dengan Pembuatan
Bioetanol 2
Tabel 2.1 Syarat Mutu Bioetanol Nabati 7
Tabel 2.2 Spesifikasi untuk Etanol Bahan Bakar Terdenaturasi 8 Tabel 2.3 Perlakuan Awal Biomassa Lignoselulosa untuk Produksi Bioetanol 12
Tabel 2.4 Rincian Biaya Peralatan Unit Pembuatan Bioetanol 32
Tabel 2.5 Rincian Biaya Bahan Baku 33
Tabel 2.6 Biaya Proses 33
Tabel 2.7 Biaya Pencucian Peralatan 33
Tabel 4.1 Spesifikasi Tangki Pemasak Awal 48 Tabel 4.2 Spesifikasi Tangki Bertekanan (Tangki Hidrolisis) 50
Tabel 4.3 Spesifikasi Fermentor 52
Tabel 4.4 Spesifikasi Tangki Distilasi 55
Tabel 4.5 Spesifikasi Tangki Air Pendingin 56 Tabel 4.6 Time Schedule Proses Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku Kulit
Durian 59
Tabel L1.1 Data Kalibrasi Suhu Tangki Distilasi 70 Tabel L1.2 Data Percobaan Hasil Fermentasi dan Distilasi 70
Tabel L2.1 Spesifikasi Tangki Distilasi 79
DAFTAR LAMPIRAN
Hal
LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN 70
L1.1 DATA KALIBRASI SUHU TANGKI DISTILASI 70 L1.2 DATA PERCOBAAN HASIL FERMENTASI DAN DISTILASI 70
LAMPIRAN 2 PERHITUNGAN 71
L2.1 DASAR PEMILIHAN UKURAN PLANT 71
L2.2 PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN 72
L2.2.1 Peralatan Pre-Treatment 72
L2.2.2 Fermentor 77
L2.2.3 Tangki Distilasi 79
L2.2.4 Tangki Air Pendingin 80
LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI 81
L3.1 BAHAN DASAR PEMBUATAN UNIT PEMBUATAN
BIOETANOL 81
L3.2 RANGKAIAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL 83
LAMPIRAN 4 HASIL LABORATORIUM 84
L4.1 HASIL ANALISIS KADAR BIOETANOL HASIL
FERMENTASI 84
L4.2 HASIL ANALISIS KADAR BIOETANOL HASIL
DISTILASI 85
LAMPIRAN 5 PROSEDUR ANALISIS KADAR BIOETANOL 86 L5.1 PROSEDUR ANALISIS KADAR ETANOL MENGGUNAKAN
KROMATOGRAFI GAS 86
L5.1.1 Peralatan 86
L5.1.2 Penyiapan, Kalibrasi dan Standarisasi 87
L5.1.3 Prosedur Analisis 89
DAFTAR SINGKATAN
ALF Air-Lift Fermenter
ASTM American Standard Test Method
BBM Bahan Bakar Minyak
BPS Badan Pusat Statistik FBB Fluidisbed Bed Bioreactor
GC Gas Chromatography
LHW Liquid Hot Water
MEL Medco Ethanol Lampung
MSG Monosodiumglutamate
NEDO New Energy Development and Industrial Technology Development Organization
