PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN COFERMENTASI
Oleh : ALVINO HEBOH W. NRP. 2308 030 055
dan
DOSEN PEMBIMBING : Ir. Agung Subyakto,MS NIP. 19510729 198603 2 001
LUTFI AL BAAQY NRP. 2308 030 073
LATAR BELAKANG Energi Alternatif
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 dimanfaatkan
Komposisi Ampas Tebu Kandungan Ash
Komposisi 5,6 %
Lignin
24,2 %
Selulosa
52,7 %
Hemiselulosa
17,5 %
Ethyl Alkohol (C2H5OH) •Sifat Fisika : - Titik nyala 13.9 oC. - Densitas pada 20 oC adalah 0,789 gr/cm3. - Berat molekul 46,070 gr/mol. - Titik didih 78.4oC . - Cairan tidak berwarna, jernih - Melting point (titik leleh) – 114 oC. - 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 oC. - Larut dalam air dan senyawa organik lainnya (Fessenden & Fessenden, 1992)
•Sifat Kimia : -
Dapat bereaksi dengan NaOH membentuk Sodium etoxida. C2H5 + NaOH C2H5ONa + H2O
-
Dapat mengalami reaksi Esterifikasi. C2H5 + (RCO)2 RCOOCH2CH3 + RCOOH
-
Dapat mengalami reaksi Dehidrasi. CH3CH2OH CH2 = CH2 + H2O 2 CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O
-
Dapat mengalami reaksi Dehidrogenasi.
(Othmer, 1978)
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 : 130.000 ton/tahun
Bahan Baku dan Produk • 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
TAHAP Proses Produksi bioetanol memiliki beberapa tahap proses :
1. 2. 3. 4.
Pre Treatment Hidrolisis Fermentasi Purifikasi
• Pretreatment Process FISIKA Vapour explosion Thermohidrolisis KIMIA Dilute Acid Hydrolysis Alkaline Hydrolysis Organosolv Biologic KOMBINASI Catalyzed Vapour Explosion Afex (ammonia fibre explosion) Co2 Explosion
Waktu reaksi
yield
cost
1-10 menit 30 menit
45%-65% 88%-98%
-
2-10 menit
75%-90%
+
2 menit
60%-75%
++
40-60 menit
70%-80%
1-4 menit
88% 50%-90%
75%
-
-
• Proses Hidrolisis Process
Input
Dilute Acid
< 1% H2SO4
215o C
3 min
50% - 70%
Concentrated 30% - 70 %
40o C
2-6 h
90%
70o C
1,5
75% - 95%
Acid
H2SO4
Enzymatic
Cellulase
Temperature Time Saccharification
day
Fermentasi • SHF (Separated Hidrolysis and Fermentation) • SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation ) • SSCF (Simultaneous Saccharification and CoFermentation )
FLOWSHEET PROSES
NERACA MASSA
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 (XLK Distilat/ XHK Distilat) x (XHK Bottom/ XLK Bottom) Log α light key average 6. Menentukan refluk minimum : Metode Short Cut 1- q = Σ
(αi x xf ) (αi θ)
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 Pt = 1 atm Xfi = diketahui
Trial T total
Pi diperoleh berdasarkan T total
Ki diperoleh
α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key
tidak Kc = Ki heavy key Kc = 1/αi x xf ∑Ki x xi =1 Ya
Stop
• Flow chart menentukan Dew Point Pt = 1 atm XDfi = diketahui
Trial T total
Pi diperoleh berdasarkan T total
Ki diperoleh
α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key
tidak Kc = Ki heavy key Kc = XDfi /αi ∑y/iKi =1 Ya
Stop
• Flow chart menentukan Buble Point Pt = 1 atm XBfi = diketahui
Trial T total
Pi diperoleh berdasarkan T total
Ki diperoleh
α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key
tidak Kc = Ki heavy key Kc = 1/αi x xf ∑Ki x Xi =1
Ya
Stop
Neraca Massa pada Kolom Distilasi (D-410) Masuk Komposisi
Keluar Massa (kg)
aliran <38> feed
Komposisi
Massa (kg)
Aliran <39> : Distilat
H2O
13232003,33
C2H5OH (LK)
417343,9072
Glukosa
44647,84473
H2O (HK)
23156,00583
Xylose furfural
41806,76158
CH3COOH
0,00019684
3701,773678
glukose
2,0996E-101
C2H5OH
418075,5394
xylose
1,95751E-71
CH3COOH H2SO4
1427,303995
Jumlah
440499,9132
352,8412558 antifoam
141,5785167
Aliran <40> : Bottom C2H5OH (LK)
731,6321939
H2O (HK)
13208847,33
CH3COOH
1427,303798
glukose
44647,84473
xylose furfural
41806,76158
H2SO4
antifoam Jumlah
13.742.156,977
Jumlah
3701,773678 352,8412558 141,5785167 13.742.156,977
NERACA PANAS
Neraca Panas pada Kolom Distilasi (D-410) Masuk Komposisi
Keluar Entalpi
Komposisi
Entalpi
Distilat
H2O
573.952.781,5597
Xylose
1.338.669,2449
Glukosa
880.336,4874
C2H5OH
C2H5OH
18.168.399,9171
H2O
1.325.586,3784
CH3COOH
0,006013058
17.804.958,0863
Glukose
4,9823E-100
CH3COOH
40.726,3455
Xylose
6,47697E-70
H2SO4
9.742,4630
Furfural Anti foam
19.493.986,3015
114.695,5150
Bottom
5.176,8528
C2H5OH H2O
Q supply
495.541.977,3
CH3COOH
45.228,0497 997.571.954,6071 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
1.089.689.063,8649
Q yang diserap air pendingin
44.423.428,0066
Q loss
24.777.098,8655
1.089.689.063,8649
UTILITAS -Densitas air pada 30 oC = 995,68 Kg/m3 -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 = 170.018.378 m3/Hari
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 kaki sepatu karet, alat pelindung muka face shield.
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 CO2 •Pengolahan : •Digunakan pada industri minuman berkarbonat •Digunakan untuk pemadam kebakaran •Sebagai bahan baku pembuatan dry ice
LIMBAH CAIR
Berasal dari kolom distilasi Limbah cair berupa bottom product (Furfural, asam asetat, H2O) 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 Dijual sebagai bahan-bahan bangunan
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 Jenis Pitch = Triangular
POMPA (L-323) • Fungsi • • • • • •
Tekanan Jenis pompa Jumlah Rate volumetrik Bahan konstruksi Power pompa
: Memompa bioetanol dari cooler ke tangki penampung bioetanol : 1 atm : centrifugal : 1 buah : 98,11 gal/min : Commersial steel : 38,35 Hp
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 Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 240 grade M
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 Total kebutuhan air 170.018.378 m3/hari
TERIMA KASIH
16
