BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ubi Kayu Pada pra rancangan pabrik ini bahan baku yang digunakan adalah ubi kayu. Ubi kayu (Manihot Esculenta Crant) termasuk dalam kelas Eupharbiaceace, dapat ditanam pada daerah tropis dan tumbuh di dataran rendah sampai ketinggian 1,5 km diatas permukaan laut. Keistimewaan ubi kayu ialah karena dapat tumbuh pada daerah-daerah yang curah hujannya rendah dan penyebarannya tidak merata. Bahkan dapat tumbuh pada daerah yang berpasir kecuali pada tanah yang dangkal dan berbatu. Pada tanah yang mempunyai kesuburan tinggi akan tumbuh dengan subur, namun demikian sangat ditentukan oleh keseimbangan unsur hara dalam tanah. Varietas ubi kayu yang sering ditanam di Sulawesi Tengah adalah (Nursinta,2009) : -
Adira 1, yang banyak digunakan sebagai konsumsi rumah tangga.
-
Valensa, selain untuk dikonsumsi juga dijadikan gaplek.
-
Gading, sama dengan valensa selain untuk dikonsumsi juga dijadikan gaplek.
Komposisi yang terkandung dalam ubi kayu dapat dilihat dalam tabel berikut : Tabel 2.1 Komposisi unsur nutrisi ubi kayu (per 100 gram) No
Senyawa
Kadar
1
Air
62,5 gram
2
Niasin
6 mg
3
Thiamin
0,6 mg
4
Vitamin C
30 mg
5
Besi
0,7 mg
6
Kalsium
33,0 mg
7
Lemak
0,3 gram
8
Protein
1,2 gram
9
Karbohidrat
34,7 gram
10
Energi
146,00 kal
Sumber : Tjokroadikoesoemo, 1985
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa ubi kayu mempunyai komposisi
Universitas Sumatera Utara
kimia yang terpenting yaitu : tapioka sebesar 25,20 %, air 51,40 % dan ampas sekitar 23,40% (Anonim, 2009). 2.2 Etanol Etanol dapat dipandang sebagai derivarat yang mempunyai gugus OH atau air yang salah satu atom H-nya diganti oleh alkali CnH2n +1(OH)
CnH2n+1(OH)
Alkali
Alkohol
Dalam pengertian sehari-hari yang dikenal sebagai alkohol adalah etanol atau etil alkohol ( C2H5OH) Dalam industri umumnya dikenal cara pembuatan etanol yakni (Nursinta, 2009) : 1. Pembuatan etanol secara sintesa 2. Pembuatan etanol secara fermentasi zat-zat yang mengandung gula a. Pembuatan etanol secara sintesa Pada cara ini dikenal beberapa proses, yaitu : 1. Hidrolisa alkil halogenida Reaksi : Rx +
NOH
R (OH)
+
HX
Reaksi ini dapat terjadi jika RX senyawa tersier CH3
CH3 Reaksi : CH3 – C – Cl
+ NOH
CH3 – C – OH + HCl
CH3
CH3
Karena reaksi menghasilkan asam, maka agar reaksi berjalan baik ke kanan maka harus diberi basa. Tetapi reaksi dengan pengaruh basa kuat akan menjadi oletin, jadi tidak akan terdapat etanol. Hanya satu macam basa yang dapat dipakai, dalam hal ini AgOH. Reaksi : R – CH2 – X + AgOH
R – CH2OH + AgX
Tetapi senyawa pereaksi ini mahal, sehingga reaksinya tidak banyak dipakai.
2.Hidrasi alkena Reaksi :
– C = C – + H2SO4
–C–C– H HOSO3
– C – C – + H2O H OSO3H
–C–C–
+ HOSO3H
H OH
Universitas Sumatera Utara
Alkohol Pada suhu rendah, etanol mudah bereaksi dengan H2SO4 (Nursinta, 2009) 3.Reduksi senyawa karbonil Gugus karbonil : C = O ini terdapat dalam : aldehid dan keton asam organik, ester. 1) R – C = O + H2
R – CH2 – OH
H Aldehid
Alkohol primer
Atau : CH3 – C = O + H2
CH3 – CH2 – OH
H 2)
R – C = O + H2
R – CH – OH
R1
R1
Keton
Alkohol sekunder
Atau : C2H5 – C = O + CH2
C2H5 – CH – OH
CH3
CH3
b. Pembuatan etanol secara fermentasi dari zat-zat yang mengandung gula (Nursinta, 2009) Fermentasi adalah peristiwa perubahan kimia atau peruraian yang terjadi dalam
bahan-bahan
organik,
yang
disebabkan
oleh
kegiatan
mikroba
(mikroorganik). Menurut Gay Lusac, secara sederhana proses fermentasi alkohol dari bahan baku yang mengandung gula (glukosa) dapat dilukiskan dalam reaksi seperti berikut : C6H12O6
2CO2
+ 2C2H5OH
Bahan dasar untuk membuat etanol dapat dibagi menjadi tiga tipe : • Bahan baku mengandung sukrosa antara lain : gula tebu, gula diet, molases (tetes tebu) dan cairan buah. • Bahan dasar mengandung pati antara lain : 1. Padi-padian : jagung, gandum, beras dan ubi kayu 2. Ubi-ubian : kentang, ketela rambat dan ubi kayu • Bahan dasar yang mengandung selulosa antara lain : kayu, sulfite waster liquor
Universitas Sumatera Utara
Pada intinya bahan dasar yang dipilih yang paling murah, mudah didapat dan cukup tersedia. Proses fermentasi ketiga bahan baku tersebut pada prinsipnya sama, hanya berbeda pada proses pendahuluan. Faktor-faktor
yang
berpengaruh
dalam
proses
fermentasi
antara
lain
(Nursinta,2009) : 1. Pembuatan bahan fermentasi Konsentrasi gula yang baik berkisar antara 14 – 18 %, sehingga konsentrasi larutan gula diatur sekitar 14 %. Karena bila kadar gula tinggi atau melebihi akan menghambat proses fermentasi alkohol. Waktu fermentasi dapat berlangsung selama 36 – 48 jam. Kadang dalam ruang fermentasi masih terdapat gula sisa dan ini dapat difermentasi kembali. Namun jika kadar gula yang sisa rendah maka dapat menyebabkan proses kurang efisien karena kerugian ruang fermentasi, sehingga menyebabkan biaya produksi meningkat. Kadar gula yang umum digunakan adalah 17%. 2. Penambahan nutrien Bahan makanan yang perlu ditambahkan adalah nitrogen dalam bentuk natrium sulfat. Penambahan ini sangat tergantung pada jumlah atau kadar bahan dasar dalam larutan gula. 3. Suhu fermentor Selama fermentasi berlangsung suhu harus berada pada suhu optimum yakni sekitar 30 – 33oC, jika suhu lebih rendah hasil etanol akan rendah. Kalau suhu lebih tinggi banyak etanol akan menguap. 4. Waktur fermentasi Waktu fermentasi tergantung dari suhu, konsentrasi gula, mikroba, inhibitor dan pH waktu yang direkomendasikan adalah berkisar antara 48 - 60 jam. Sebagai indikator bahwa proses fermentasi telah berakhir adalah dengan gas CO2 yang keluar, sedangkan kadar gulanya dapat diketahui dengan analisa kadar gulanya. c.
Sifat-sifat etanol Beberapa sifat etanol adalah sebagai berikut : •
Berbentuk zat cair berwarna seperti air dan dapat bercampur dengan air dalam semua perbandingan. Pada campuran etanol dan air, maka terjadi konstraksi
Universitas Sumatera Utara
dimana volume campuran lebih kecil dari pada jumlah volume komponennya (Wikipedia, 2010). •
Mudah terbakar dengan warna nyala biru.
•
Mempunyai bau yang menusuk.
•
Lebih mudah menguap bila dibandingkan dengan air.
• Merupakan zat pelarut yang baik untuk kebanyakan senyawa organik. •
Berat molekul : 46
•
Specific gravity 1,60 – 1,80 etanol 96 %.
•
Kekentalan pada 200C : 0,0122 poise.
2.3 Kegunaan Etanol Beberapa kegunaan dari etanol sebagai berikut : 1
Di dalam laboratorium maupun didalam teknik, etanol dipakai sebagai zat pelarut, bahan pembakar atau zat asal untuk pembuatan preparat fermentasi dan sebagainya.
2
Dalam dunia kesehatan etanol dipakai sebagai desinfektan
2.4 Deskripsi Proses Bahan baku ubi kayu diangkut dari gudang menggunakan belt conveyor ( BC-01), ke bak pencucian (BP-01). Kemudian ubi kayu yang telah bersih tersebut diangkut menggunakan Belt Conveyor ( BC-02 ) ke Crusher (CR) untuk dihancurkan dengan ukuran 45-50 mm. Selanjutnya dengan menggunakan Screw Conveyor ( SC01) ke Raw Mill (RM) untuk dihaluskan kembali dengan ukuran produk keluar Raw Mill mempunyai kehalusan 170 mesh, kemudian diangkut dengan menggunakan screw conveyor (SC-02) ke tangki pemasak (TP-01). Pemasakan pada suhu 90oC bertujuan membebaskan butir-butir pati yang masih terikat pada senyawa-senyawa lignoselulosa dari umbi. Dalam proses pemasakan, butir-butir tersebut mengembang karena mengabsorbsi air, selanjutnya terpisah dan membentuk seperti bubur yang mengandung glukosa 14 % dengan reaksi sebagai berikut : (C6H10O5)n + n H2O (pati)
nC6H12O6 (glukosa 14 %)
Bubur hasil pemasakan kemudian dipompa menuju Cooler (CO-01) yang bertujuan untuk menurunkan suhu hingga 300 C, selanjutnya bubur kemudian
Universitas Sumatera Utara
dimasukkan ke dalam tangki Fermentor (TF-01) dimana terjadi proses fermentasi yaitu untuk mengubah glukosa menjadi etanol dengan menggunakan saccharomyces cerevisiae, bahan nutrisi yang digunakan pada fermentasi adalah (NH4)2SO4 dan pH diatur menjadi 5 dengan penambahan H2SO4. Untuk terjadinya fermentasi alkohol, maka dibutuhkan kondisi anaerob untuk mengubah ubi kayu menjadi alkohol dan menghasilkan produk berupa etanol, CO2 dan air. Pada proses fermentasi ini diperlukan temperatur 30oC dengan reaksi sebagai berikut : (C6H12O6)
2 C2H5OH + 2 CO2 saccharomyces cerevisiae
(glukosa)
(etanol)
Hasil fermentasi tersebut diangkut ke Rotary Drum Vakum Filter (RDVF-01) dengan temperatur 30oC dan tekanan 1 atm yang bertujuan untuk pemisahan campuran etanol dan air dari endapan berupa ampas dan saccharomyces cerevisiae, dimana ampas dan saccharomyces cerevisiae tersebut dimasukkan ke dalam bak penampungan ampas (BP-02). Kemudian etanol dan air dialirkan masuk ke dalam kolom destilasi (MD-01), untuk memisahkan etanol. Titik didih etanol murni adalah 78oC sedangkan air adalah 100oC (kondisi standar). Produk bawah dialirkan kembali melalui reboiler (RB-01) yang berupa etanol dan air untuk digunakan kembali pada proses destilasi, sedangkan produk atas yang melalui unit kondensasi (CD-01) akan dihasilkan etanol dengan konsentrasi 96 % dan dimasukkan ke dalam tangki penampungan produk (TP-04) dan hasil bawah pada proses destilasi yang tidak mengandung alkohol dan air dialirkan ke UPL (Unit Pengolahan Limbah).
Universitas Sumatera Utara
STEAM
AIR PRNDINGIN
AIR PROSES
5 12 PO-03
TP-03
2
TP-04 TC 7 PH control
4
PO-05
TP-02
SC-02
CD-01
TC
Li
8 11
TP-06
TC RM Cassava
SC-01
UPL TP-01
BC-02
RB-01 TP-05
P-02 G-01
TF-01
FC
BC-01
9
3
PO-04
CR-01
1
PO-06 P-01
6
Li
MD-01 13 RDVF 10 BP-01 CO-01
BP-02
3
AIR BEKAS
AIR KONDESAT
Universitas Sumatera Utara
