RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN METODE REKTIFIKASI
Oleh : SIGIT SUSILO F14104035
2009 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN METODE REKTIFIKASI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : SIGIT SUSILO F14104035
2009 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN METODE REKTIFIKASI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : SIGIT SUSILO F14104035 Dilahirkan pada tanggal 3 Desember 1985 di Purworejo Tangggal lulus : ......................... Menyetujui, Bogor, Januari 2009 Dosen Pembimbing Akademik
Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si. NIP. 132 240 430 Mengetahui,
Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen Teknik Pertanian
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Sigit Susilo dengan nama panggilan sigit, dilahirkan di Purworejo pada tanggal 03 Desember
1985.
Penulis
dilahirkan
dari
pasangan
Sudiharjo (Ayah) dan Sumirah (ibu) dan merupakan anak kesepuluh dari sepuluh bersaudara. Penulis menjalankan pendidikan dasar di SD N Rowobayem kemudian pada tahun 1998 melanjutkan pendidikan di SMP N1 Kutoarjo. Pada tahun 2002-2004 penulis menempuh pendidikan pada SMU N1 Purworejo. Selesai pendidikan SMU, penulis melanjutkan studi di departemen Teknik Pertanian IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama kuliah penulis aktif di berbagai kegiatan akademis maupun non akademis. Penulis aktif di Badan Eksekutif Mahasiswa Fateta (BEM-F) periode 2006-2007 sebagai staf pengabdian masyarakat, di Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (Himateta) IPB periode 2007-2008 sebagai kepala departemen kewirausahaan. Selain itu, penulis juga aktif dalam kegiatan sosial seperti pada kegiatan Kakak Asuh BEM-F sebagi ketua kegiatan dan Taman Belajar PPSDMSNurul Fikri sebagai koordinator kegiatan. Dalam perjalanan kehidupan kampus penulis berhasil menorehkan beberapa prestasi diantaranya adalah sebagai peserta Program Pembinaan Sumber Daya Manusia Strategis Nurul Fikri (PPSDMS-NF) 2006-2007. Penulis juga berhasil meraih juara 3 pada kompetisi Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) 2008 di Semarang. Dalam lingkup kewirausahaan, penulis mengembangkan bisnis Food and Beverage dengan merek mr.BrownCo. Sebagai syarat memperoleh gelar sarjana, penulis melakukan tugas akhir penelitian. Hasil kegiatan tersebut telah disusun dalam bentuk skripsi yang diberi judul “Rancangan dan Uji Kinerja Alat Distilasi Etanol dengan Metode Rektifikasi” di bawah bimbingan Dr. Leopold O. Nelwan S.TP, M.Si.
Sigit Susilo. F14104035. Rancangan dan Uji Kinerja Alat Distilasi Etanol dengan Metode Rektifikasi. Dibawah bimbingan: Leopold Oscar Nelwan. 2009
RINGKASAN
Pemanfaatan energi alternatif sedang digalakkan guna mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak (BBM), dimana salah satunya adalah pemanfaatan bioetanol. Bioetanol dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar bensin. Dalam pengembangan industri bioetanol, 50% lebih biaya produksi terdapat pada proses pemurnian sehingga bagian pemurnian sangat penting dalam proses produksi bioetanol. Distilator merupakan alat pemurnian campuran etanol-air menjadi komponen-komponennya. Metode dalam pemisahan terdiri dari dua jenis yaitu distilasi sitem batch dan distilasi sistem kontinyu. Perbedaan kedua metode ini adalah pada sistem pengumpanan bahan yang akan didistilasi serta kapasitas produksi. Penelitian ini bertujuan merancang alat distilasi etanol dengan metode rektifikasi dan menguji kinerja alat pada beberapa metode pengoperasian dan konsentrasi awal etanol. Penelitian dimulai pada bulan Maret sampai November 2008 di Laboratorium Metanium Leuwikopo dan laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Tahap penelitian dibagi dalam dua yaitu rancang bangun dan pengujian alat distilasi etanol. Prosedur perancangan meliputi : identifikasi masalah, analisis perancangan, pembuatan alat, uji kinerja dan analisis data. Uji kinerja alat distilasi dilakukan untuk mengetahui tingkat efisiensi alat dengan menggunakan tiga metode yaitu metode sistem batch tanpa refluks (BTR), metode batch dengan refluks (BR) dan metode kontinyu dengan refluks (KR). Sampel etanol yang digunakan yaitu etanol dengan konsentrasi 10% dan 30%. Hasil perancangan alat distilasi terdiri dari enam bagian utama, yaitu steam boiler, bottom column, kolom tray, feed tank, kondensor, dan pipa penampung distilat yang dilengkapi dengan pembagi distilat. Tabung steam boiler dirancang dengan ukuran diameter 15.24 cm dan tinggi 22 cm. Bagian atas dibentuk merucut kemudian disambung dengan pipa cabang tiga yang berfungsi sebagai tempat pemasukan air dan pipa penyaluran uap panas ke pipa spiral di dalam kolom bawah. Bagian pipa penyalur uap panas diberi katup untuk mengatur besar-kecilnya pengeluaran uap dari steam. Kolom bawah dirancang dari bahan stainless steel dengan diameter 15.24 cm, tebal 0.5 cm dan tinggi 26 cm. Didalam kolom bawah terdapat pipa tembaga yang berbentuk spiral dan plate berlubang. Pipa spiral terbuat dari bahan tembaga dengan panjang 3 m, diameter luar 6.5 cm dan tebal 1 cm. Kolom tray berfungsi sebagai unit pemisahan dengan sistem bertingkat. Kolom yang berisi tumpukan tray terdiri dari seksi enriching atau rectifying dan seksi stripping. Tray atau plate terbuat dari steinless steel dengan diameter 7.4 cm dengan satu lubang besar dan beberapa lubang kecil. Tray dalam kolom ini berjumlah 10 buah dengan jarak tiap tray adalah 10 cm. Bagian kolom sendiri
dirancang dari bahan steanless steel dengan diameter luar 7.62 cm, tebal 0.1 cm, dan tinggi 100 cm. Tangki pemasukan berfungsi untuk memasukkan bahan umpan yang akan didistilasi. Bahan tangki pemasukan terbuat dari gelas ukur berskala dua liter. Kondensor dirancang dari bahan stainless steel dengan ukuran diameter 5 cm, panjang 30 cm. Pipa didalam terdiri dari empat pipa kecil dengan ukuran diameter 0.5 cm, panjang 30 cm. Pipa didalam kondensor terdiri dari 4 pipa bertujuan untuk memperluas kontak uap etanol dengan air sehingga proses kondensasi dapat berlangsung sempurna. Hasil distilasi ditampung dalam pipa penampung distilat yang dirancang dari pipa stainless steel dengan diameter 5 cm dan panjang 10 cm. Pada pipa penampung ini dibuat dua percabangan yang berfungsi sebagai pembagi hasil. Percabangan pertama berfungsi sebagai saluran refluks sedangkan percabangan lainnya sebagai hasil atas distilasi. Perubahan suhu steam (Ts) terhadap waktu pada ketiga metode adalah konstan setelah katup dibuka, sedangkan perubahan suhu kondensat steam (Tsc) cenderung fluktuatif tetapi pada akhir pengujian menjadi konstan ketika seluruh uap steam yang keluar berupa uap panas. Perubahan suhu kolom bawah (T b) cenderung meningkat pada metode batch dengan semakin menurunnya konsentrasi dalam kolom bawah sedangkan metode kontinyu suhu T b konstan. Perubahan suhu di menara kolom tray (Tm) pada metode bacth menurun pada akhir pengujian karena etanol dalam sampel telah habis, sedangkan pada metode kontinyu suhu Tm konstan. Suhu air yang keluar dari kondensor (T co) lebih besar dari pada suhu air yang masuk ke dalam kondensor (Tci) karena adanya pindah panas dari uap etanol ke air sehingga terjadi kondensasi. Pengujian dengan metode refluks menghasilkan distilat dengan konsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan distilasi tanpa refluks yaitu pada metode KR.10 sebesar 94.84% dan metode BR.30 sebesar 97.6%. Kebutuhan energi untuk pemurnian etanol pada ketiga metode dengan menggunakan sampel etanol 10% dan 30% berbeda-beda. Pemurnian etanol dengan metode pertama yaitu BTR.10 dan BTR.30 membutuhkan energi sebesar 2043.509 kJ dan 2417.206 kJ untuk memurnikan satu liter etanol. Metode kedua yaitu BR.10 dan BR.30 membutuhkan energi sebesar 2307.406 kJ dan 5186.549 kJ. Sedangkan metode KR.10 dan KR.30 membutuhkan energi sebesar 7532.46 kJ dan 6956.37 kJ. Metode BR membutuhkan energi yang besar dibandingkan dengan metode BTR. Metode BR membutuhkan waktu 180 menit dan 450 menit, sedangkan metode BTR membutuhkan waktu 135 menit dan 165 menit. Energi yang terpakai per ml volume etanol setara etanol murni pada metode BTR.10, BR.10, dan KR.10 masing-masing adalah 48.96 kJ/ml, 106.33 kJ/ml, dan 37.29 kJ/ml, sedangkan pengujian dengan metode BTR.30, BR.30, dan KR.30 masing-masing adalah 16.91 kJ/ml, 23.21 kJ/ml, dan 21.18 kJ/ml.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, karunia serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul “Rancangan dan Uji Kenerja Alat Distilasi Etanol dengan Metode Rektifikasi”. Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan dari berbagai pihak yang bersifat materiil, bimbingan maupun semangat. Oleh karena itu, penulis mengucapkan rasa penghargaan dan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua, kakak-kakakku tercinta dan segenap keluarga yang telah memberikan dukungan, doa dan semangat kepada penulis. 2. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama pelaksanaan kegiatan penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini. 3. Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian atas biaya penelitian yang digunakan dalam kegiatan penelitian ini. 4. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr Dan Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si yang telah bersedia meluangkan waktunya menjadi penguji pada ujian akhir penulis. 5. Kepada seluruh staf Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian yang telah memberikan bantuan peminjaman alat untuk pengujian. 6. Bapak Parma selaku teknisi bengkel METANIUM yang telah membantu dalam pembuatan alat pengering. 7. Mbak Rani, mbak Oni, mbak Meta selaku staf BRDST-BPPT Puspiptek, Sepong yang talah membantu dalam pengujian konsentrasi etanol. 8. Budi Septiawan yang telah banyak membantu dalam penelitian ini dari awal hingga akhir penyusunan skripsi. 9. Rekan–rekan di asrama PPSDMS-NF regional V Bogor atas dukungan dan inspirasi selama penelitian. 10. Rekan-rekan di WAKASIBA warid, kani, abah atas semangat dan kebersamaan selama penyusunan skripsi.
i
11. Rekan-rekan sejurusan atas kebersamaannya selama empat tahun di Teknik Pertanian. 12. Louis (Swiss German University) yang telah membantu selama pengujian yang penuh dengan semangat dan perjuangan. 13. Eni, dena, tuko, fadly, indra, irna, frima, heru, elvi, riska, cahya dkk atas bantuan dan dukungannya. 14. Seluruh pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, segala kritikan dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi ini.
Bogor,
Januari 2009
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................
i
DAFTAR ISI........................................................................................................
ii
DAFTAR TABEL................................................................................................ iii DAFTAR GAMBAR..........................................................................................
v
DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................
vi
I.
II.
PENDAHULUAN ...........................................................................
1
A.
Latar Belakang .........................................................................
1
B.
Tujuan Penelitian......................................................................
2
TINJAUAN PUSTAKA....................................................................
3
A.
Etanol.......................................................................................
3
B.
Mutu Etanol…......………..........……………..........................
4
C.
Bioetanol...................................................................................
6
D.
Azeotrop...................................................................................
8
E.
Distilasi.................………................……………………........ 10 1. Teori Dasar Distilasi........................................................... 11 2. Proses Distilasi................................................................... 12 3. Distilasi Kontinyu dengan Refluks (Rektifikasi)..............
13
4. Rasio Refluks...................................................................... 14
III.
F.
Pindah Panas............................................................................ 15
G.
Konduksi Panas Dalam Silinder..............................................
16
METODE PENELITIAN ................................................................. 19 A.
Waktu Dan Tempat Penelitian .............................................. 19
B.
Bahan dan Alat....................................................................... 19
C.
Prosedur Penelitian................................................................. 20
D.
Rancangan Fungsional............................................................ 22
E.
Rancangan Struktural............................................................. 22
F.
Uji Kinerja........... .................................................................. 23
G.
Metode Pengujian ................................................................. 24
iii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 31 A. Perancangan alat distilasi etanol dengan metode rektifikasi...... 31 B. Pengujian Alat Distilasi Etanol.. ............................................... 37 1. Distilasi sistem batch tanpa refluks...................................
38
2. Distilasi sistem batch dengan refluks................................. 40 3. Distilasi sistem kontinyu dengan refluks........................... 48 C. Perbandingan Perubahan suhu dan volume distilat pada tiga metode pengujian .............................................................. 53
V.
1. Pengujian dengan sampel etanol 10%...............................
53
2. Pengujian dengan sampel etanol 30%...............................
57
D.
Konsentrasi Hasil Pengujian. ................................................... 61
E.
Kebutuhan Energi untuk proses distilasi.................................. 64
KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 66 A.
Kesimpulan ............................................................................. 66
B.
Saran ........................................................................................ 66
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………….........…... 67 LAMPIRAN................ ........................................................................................ 69
iv
