Sidang TUGAS AKHIR
PABRIK BIOETHANOL DARI LIMBAH DRY SLUDGE INDUSTRI KERTAS DENGAN PROSES HIDROLISA ENZIM DAN FERMENTASI Oleh : WAHYUL HAQ YUDISIAWAN MABRUR
NRP. 2310 030 035 NRP. 2310 030 067
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. SOEPRIJANTO, M.Sc
PROGRAM STUDI D III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
LATAR BELAKANG
Terbatasnya cadangan bahan bakar fosil
Sumber bahan bakar alternatif
Perancangan Pabrik Bioethanol dari Sludge Industri Kertas
Potensi limbah Sludge Industri Kertas
DASAR TEORI
BIOETHANOL Bioetanol adalah etanol yang diproduksi dari bahan baku berupa biomassa. Bioethanol merupakan salah satu jenis biofuel(bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan).
Bioetanol dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses destilasi.
Sebagai pelarut dan reagensia dalam
laboratorium dan industri. Sebagai bahan bakar Sebagai bahan industri kimia. Sebagai bahan kecantikan dan kedokteran
PABRIK BIOETHANOL DI INDONESIA Nama Perusahaan
Kapasitas Produksi
Lokasi
Melindo Raya Industrial (MRI)
50 juta lt/th
Lawang, Jatim
PTPN XI
7 juta lt/tahun
Jatiroto, Jatim
Indo Acidatama
46 juta lt/tahun
Solo, Jateng
Madu Baru
7 juta lt/tahun
Yogyakarta,DIY
PSA Palimanan
7 juta lt/tahun
Cirebon, Jabar
Japura Sarana Jaya
3,6 juta lt/tahun
Cirebon, Jabar
Indo Lampung Distilery (ILD)
50 juta lt/tahun
Lampung
Permata Sakti
5 juta lt/tahun
Medan, Sumut
Molasindo
3,6 juta lt/tahun
Medan, Sumut
Basis Indah
5 juta lt/tahun
Makassar, Sulsel
PENENTUAN LOKASI PABRIK
Alasan: Dekat dengan Bahan baku Transportasinya mudah Suplay air yang memadai
Peta Mojokerto
Saccharomyces cerevisiae Enzim Selulase Asam Klorida (HCl) Asam Phospat (H3PO4) Ammonium Sulfat (NH4)2 SO4 Antifoam (Turkey Red Oil)
PERHITUNGAN KAPASITAS Kapasitas Produksi
= (Produksi + Impor) - (Ekspor) = (166.227.600+624.522.873,8)-(518.461.876,9). = 270.000.000 liter/tahun bioethanol 99,6 % Kapasitas Produksi Pabrik Bioethanol
20% dari kapasitas produksi total = 20% x 270.000.000 liter/tahun. = 54.000.000 liter/tahun bioethanol 99,6 %
Sludge Industri Kertas
Komponen
Komposisi
Selulosa
63%
Hemiselulosa
7%
Clay
30%
(Prasetyo et.al,2011)
Produk Utama : Bioethanol 99,6%
Produk Samping : Karbon dioksida (CO2) Gliserol Asam asetat
MACAM-MACAM PROSES
BIOETHANOL
Sintesis dari etilen
Fermentasi gula, pati atau selulosa
Sintesis Ethylen Parameter
Fermentasi Selulosa
Indirect
Direct
Menggunakan Hidrolisa
Hydration
Hydration
Enzim
a. Proses
kontinyu
Kontinyu
Batch
b. Konversi
96-98 %
97%
95 %
300
300
32
1,3 – 1,5
6,8
1
-
-
72
1. Aspek Teknis
2. Kondisi Operasi a. Suhu (ᵒC) b. Tekanan (atm) c. Waktu Operasi (jam)
Hidrolisa Fermentasi Distilasi Dehidrasi
FLOWSHEET PROSES
FLOWSHEET PROSES
NERACA MASSA DAN NERACA PANAS
NERACA MASSA DAN NERACA PANAS
Neraca Massa Air dari heater Bahan masuk
Bahan keluar Screw Conveyor
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
1.000.000
Air dari heater
500.000
Bahan keluar Total
Massa keluar (kg)
1.500.000 1.500.000
1.500.000
Neraca Massa Enzim selulase
HCl Bahan masuk
Bahan keluar Reaktor Hidrolisa
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
1.500.000
HCl
27,55200231
Enzim selulase
12600
Bahan keluar Total
Massa keluar (kg)
1.512.627,552 1.512.627,552
1.512.627,552
Neraca Massa Air pencuci Bahan masuk
filtrat Rotary vacuum filter cake
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
1.512.627,552
Air pencuci
89.120
Massa keluar (kg)
Filtrat
1.151.691,552
Cake
450.056
Total
1.601.747,552
1.601.747,552
Neraca Massa Bahan masuk
Ke fermentor Cooler Ke Starter
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
1.151.691,552
Massa keluar (kg)
Bahan ke starter
57.584,5776
Bahan ke Fermentor
1.094.106,974
Total
1.151.691,552
1.151.691,552
Neraca Massa H3PO4 (NH4)2SO4
Yeast
Bahan masuk
CO2 Ke fermentor
Tangki starter
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
57.584,5776
H3PO4
32,73284072
(NH4)2SO4
32,73284072
Yeast
32,73284072
Massa keluar (kg)
CO2
13.151,72433
Bahan ke Fermentor
44.531,05179
Total
57.682,77612
57.682,77612
Neraca Massa Komponen dari starter
Defoaming
Bahan masuk Fermentor
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
1.094.107,004
Dari tangki starter
44.531,05179
Defoaming
9,353023471
CO2 Keluar fermentor
Massa keluar (kg)
CO2
277.472,2049
Bahan keluar fermentor
861.175,2043
Total
1.138.647,409
1.138.647,409
Neraca Massa Top Product Bahan masuk Beer Still
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
857.442,9166
Bottom product
Massa keluar (kg)
Top Product
392.078,9003
Bottom product
465.364,0164
Total
857.442,9166
857.442,9166
Neraca Massa Top Product Bahan masuk Rectifying column
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
392.078,9003
Bottom product
Massa keluar (kg)
Top Product
183.515,0218
Bottom product
208.563,8785
Total
392.078,9003
392.078,9003
Neraca Massa Bahan terikut M.sieve
Bahan masuk Molecular sieve
Komponen
Massa masuk (kg)
Bahan masuk
183.515,0218
Keluar M.sieve
Massa keluar (kg)
Bahan terikut M.sieve
16.486,1932
Bahan keluar M.sieve
167.028,8286
Total
183.515,0218
183.515,0218
Neraca Panas Steam T = 148 C
Air T = 30 C
Heater
Q supply = Q steam – Q condensate
Condensate T = 148 C
Air T = 70 C Q loss
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Entalpi keluar (kkal)
Air
2.496.750
22.529.250
Q supply
21.086.842,11
Q loss Total
1.054.342,105 23.583.592,1
23.583.592,1
Neraca Panas Bahan masuk T = 70 C
Steam T =148 C
HCl T = 30 C
Enzim selulase T = 30 C
Reaktor hidrolisa Condensate T = 148 C
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Bahan masuk
35.660.014,64
HCl
136,2248658
Enzim selulase
38.017,68842
Bahan keluar Q supply
Q loss
Entalpi keluar (kkal)
2.416.568.664 2.506.179.469
Q loss Total
Bahan keluar T = 70 C
125.308.973,5 2.541.877.638
2.541.877.638
Neraca Panas Air pendingin T = 30 C
Bahan masuk T = 70 C
Bahan keluar T = 30 C
Cooler
Q diserap = Q air pendingin masuk – Q air pendingin keluar
Air pendingin T = 45 C
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Bahan masuk
41.427.928,09
Entalpi keluar (kkal)
Bahan keluar
13.792.265,98
Q diserap
27.635.662,11
Total
41.427.928,09
41.427.928,09
Neraca Panas Bahan masuk T = 30 C
Air pencuci T = 30 C Filtrat T = 39,11 C
Rotary vacuum filter Cake T = 39,11 C
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Bahan masuk
13.792.265,98
Air pencuci
445.020,72
Entalpi keluar (kkal)
Cake
1.713.725,327
Filtrat
12.523.561,38
Total
14.237.286,7
14.237.286,7
Neraca Panas Steam T = 148 C
Bahan masuk T = 70 C
Tangki Sterilisasi
Q supply = Q steam – Q condensate
Condensate T = 148 C
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Bahan masuk
39.980.728,68
Bahan keluar Q supply
Q loss
Entalpi keluar (kkal) 86.109.820,21
48.556.938,46
Q loss Total
Bahan keluar T = 121 C
2.427.846,923 88.537.667,14
88.537.667,14
Neraca Panas Air Komponen dari starter
pendingin
Defoaming
Bahan masuk Fermentor Q diserap = Q air pendingin masuk – Q air pendingin keluar
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Bahan masuk
5.899.201,515
Bahan masuk dari starter
268.083,2574
Defoaming
54,34106637
CO2 Keluar fermentor Air pendingin keluar
Entalpi keluar (kg)
CO2
399.164,8672
Bahan keluar fermentor
-54.982.418,81
Q diserap
60.750.593,06
Total
6.167.339,114
6.167.339,114
Neraca Panas Distilat Bahan masuk Rectifying Column Bottom
Komponen
Entalpi masuk (kkal)
Bahan masuk
21.441.155,41
Entalpi keluar (kkal)
Distilat
6.298.036,342
Bottom
15.415.025,67
Q supply
18.976.662,67
Q diserap pendingin
17.755.922,93
Q loss
948.833,1334
Total
40.417.818,08
40.417.818,08
SPESIFIKASI PERALATAN 1.
Heater Fungsi : Untuk menaikkan suhu air proses dari 30ᵒC menjadi 70ᵒC sebelum menuju sreew conveyor. Tipe : Shell and Tube Jumlah : 1 buah Bahan : Carbon steel Diameter shell : 21,25 in Ukuran tube : 3/4 in OD 16 BWG Panjang tube : 16 ft Jumlah tube : 277 buah Jenis tube :Square Jumlah passes : 1 buah Ukuran buffle : 2,4 in
SPESIFIKASI PERALATAN 2. Pompa Fungsi Nama Alat Tipe Jumlah Kapasitas Ukuran Pipa Bahan Konstruksi Power Motor
: Untuk memompa produk alcohol dari cooler ke tangki alkohol storage. : Pompa produk alkohol : Centrifugal Pump : 1 buah : 16.857,6 lb/jam : 2,5 in sch 40 : Commersial Steel : 1 HP
SPESIFIKASI PERALATAN 3. Spesifikasi Kolom Distilasi a. Silinder Diameter dalam = 5,42 m Diameter luar = 5,43 m Tinggi = 16,46 m Tebal = 0,005 m Bahan konstruksi = Carbon Steel b. Tutup atas dan tutup bawah Tinggi = 0,916032 m Tebal = 0,1875 m Bahan konstruksi = Carbon Steel
SPESIFIKASI PERALATAN c. Tray Jumlah tray = 18 Tray spacing = 0,9144 m Susunan pitch = Triangular Bahan Konstruksi= Carbon Steel
UTILITAS Keseluruhan air yang dibutuhkan (yang diambil dari
sungai) : Air sanitasi = 84 m3 / hari Air pendingin = 1.574,686 m3/hari Air boiler = 1.042,415 m3/hari Air proses = 1.368,07 m3/hari Jadi, keseluruhan air yang dibutuhkan : = (84 + 1.574,686 + 1.042,415 + 1.042,415) m3/hari = 3.293,519 m3/hari
FLOWSHEET UTILITAS
KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA _______APD_______ Nama Alat
Safety Helm
Sepatu Karet
Ear Plug
Belt Conveyor Bucket Elevator
√
-
Screw Conveyor
√
Heater Cooler Tangki Sterilisasi Kolom distilasi Tangki Starter dan Fermentor Reaktor Hidrolisa
Masker
Sarung Tangan Karet
Safety Shoes
-
√
-
√
√
-
-
-
-
√
√
√
-
√
-
√
√
√
-
√
-
√
-
-
-
-
√
√
√
-
-
-
-
Rotary Vacuun Filter
INSTRUMENTASI Alat
Sistem Instrumentasi
Reaktor Hidrolisa
Level Indikator Temperatur Controller (TC) pH Controller
Tangki Sterilisasi
Level Indikator Temperatur Controller (TC)
Tangki Starter dan Fermentor
Level Indikator Temperatur Controller (TC) pH Controller
Kolom Distilasi Molecular Sieve
Flow Controller Temperatur Controller (TC) Flow Controller Temperatur Controller (TC) Pressure Controller
PENGOLAHAN LIMBAH Limbah Padat
- Limbah padat dari fermentasi berupa Biomass dimanfaatkan sebagai pupuk
Limbah Gas
- Dimanfaatkan untuk Pemadam kebakaran Sebagai dry ice
Limbah Cair
- Tahap Netralisasi -Tahap Activated Sludge
Ca(OH)2
Netralisasi
Activated Sludge
Lagoon
Aerasi
Clarifier
Penambahan Nutrient
Filtrat Lumpur Aktif Sungai
KESIMPULAN Rencana Operasi Pabrik Bioethanol ini direncanakan beroperasi secara semi batch selama 330 hari operasi/ tahun dan 24 jam/ hari. Kapasitas Produksi. Kapasitas produksi pabrik ini sebesar 160.000 lt/hari bioethanol 99,6%. Bahan Baku : Limbah Dry Sludge Industri Kertas Bahan Pembantu : HCl Enzim Selulase H3PO4 (NH4)2SO4 Saccharomyces c. Defoaming
