TAHUN. Oleh: DEWANTO

PERANCANGAN

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOETANOL DARI MOLASSES KAPASITAS PRODUKSI 200.000 TON/TAHUN

Oleh: DEWANTO 103020044

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WAHID HASYIM SEMARANG 2016

HALAMAN PENGESAHAN TUGAS AKHIR PERANCANGAN PABRIK KIMIA UNIVERSITAS WAHID HASYIM SEMARANG FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA NAMA NIM

: DEWANTO : 103020044

JUDUL

: PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOETANOL DARI MOLASSES KAPASITAS PRODUKSI 200.000 TON/TAHUN

Dosen Pembimbing I : Ir. RUDI FIRYANTO, M.T. Dosen Pembimbing II : Ir. SUWARDIYONO, M.T. Disetujui oleh Semarang, 20 Februari 2016 Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Ir. Rudi Firyanto, M.T. NIDN. 0627126803

Ir. Suwardiyono, MT. NIDN. 0001096201

Dosen Penguji I

Dosen Penguji II

Ir. Hargono, M.T. NIDN. 0026115604

Rita Dwi Ratnani, ST, M.Eng. NIDN. 0612067501

Dosen Penguji III

Dosen Penguji IV

Indah Riwayati, S.T., M.T. NIDN. 0005037902

Indah Hartati, S.T., M.T. NIDN. 0008098101

ii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT, Tuhan semesta alam. Hanyaberkat

rahmat

dan

karunia-Nya

semata

penulis

akhirnya

dapat

menyelesaikan Tugas Akhir yang judul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol dari Molasses Kapasitas Produksi 200.000 Ton/Tahun” Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat bagi penulis untuk dapat segera menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang. bertujuan agar mahasiswa mampu merancang pabrik yang sesuai dengan kebutuhan industri. Disamping itu juga untuk melatih menganalisa kondisi suatu Perusahaan sehingga layak untuk didirikan, Keberhasilan penulis dalam melaksanakan Penelitian ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan dan dukungan dari pihak-pihak yang terkait, untuk itu perkenankanlah penulis untuk berterima kasih kepada: 1. Bapak Rudi Firyanto, M.T. selaku Dosen Pembimbing I dalam Tugas Akhir dari Prodi Teknik Kimia Universitas Wahid Hasyim Semarang 2. Bapak Ir. Suwardiyono, M.T. selaku Dosen Pembimbing II dalam Tugas Akhir dari Prodi Teknik Kimia Universitas Wahid Hasyim Semarang. 3. Ibu Rita Dwi Ratnani, ST, M.Eng selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang. 4. Istri saya Rina Apriani, anak-anak saya, Retno Ivo Arthakuntari, dan Jasmine Zahwa Dwikanaya, orang tua, mertua atas segala dukungan, semangat, dan do’a yang tulus ikhlas. iii

5. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan yang telah membantu memberikan perhatian, dan do’a, serta bimbingan serta pengarahan hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan laporan Penelitian ini, sehingga kritik dan saran dari semua pihak sangat diharapkan. Akhirnya penulis hanya berharap semoga penulisan laporaa penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi penulis sendiri serta kalangan civitas akademika lainnya. Semarang, Februari 2016 Penulis

Dewanto

iv

DAFTAR ISI HALAMAN KULIT MUKA .................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................... ii KATA PENGANTAR .............................................................................. iii DAFTAR ISI ............................................................................................. v DAFTAR TABEL ...................................................................................viii DAFTER GAMBAR ................................................................................. x INTISARI.................................................................................................. xi BAB I : PENDAHULUAN...................................................................... 1 1.1 LATAR BELAKANG ................................................................... 1 1.2 KAPASITAS RANCANGAN....................................................... 5 1.3 LOKASI ........................................................................................ 8 1.4 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 11 1.4.1

Pemilihan Proses…………………………………………11

1.4.2 Kegunaan Produk………………………………………...15 1.4.3 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk………….15 1.4.4 Tinjauan Proses secara Umum…………………………...20 BAB II : DESKRIPSI PROSES ............................................................. 24 2.1 SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK ......................... 24 2.1.1

Spesifikasi Bahan Baku………………………………….24

2.1.2

Spesifikasi Produk……………………………………….26

2.2 KONSEP PROSES ..................................................................... 28 2.3 DIAGRAM ALIR PROSES .......................................................... 30 2.3.1. Langkah Proses...………………………………………..... 31 2.4 NERACA MASSA DAN NERACA PANAS .............................. 36 2.4.1. Neraca Massa………………………………...…………….37 2.4.2. Neraca Panas……………………………………...………..49 2.5 LAY OUT LOKASI ....................................................................... 56 2.5.1 Lay Out Pabrik …………………………...………………..56 v

2.5.2 Lay Out Denah Pabrik ………………………………..62 BAB III : SPESIFIKASI PERALATAN PROSES .............................. 66 3.1 SPESIFIKASI ALAT .................................................................... 66 3.1.1 . Tangki Penyimpanan Molasses ( T-101 )……………. 66 3.1.2 . Pompa………………………………………………….67 3.1.3 . Fermentor ……………………………………………..68 3.1.4 . Menara Distilasi ………………………………………69 3.1.5 . Membran Pervaporasi ……………………………….. 70 BAB IV : UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 71 4.1 UNIT PENDUKUNG PROSES.................................................... 71 4.1.1 . Unit Penyediaan dan Pengolahan air………...………. 72 4.1.2 . Unit Penyediaan Steam ……………………………….86 4.1.3 . Unit Penyediaan Listrik................................................87 4.1.4 . Unit Bahan Bakar……………………………………..93 4.2 LABORATORIUM ....................................................................101 4.2.1 Unit Peranan Laboratorium........................................ 101 4.2.2 Program Laboratorium ……………………………... 102 4.2.3 Laboratorium pengamatan …………………...…….. 102 4.2.4 Laboratorium Analisa ……………………………… 103 4.2.5 Laboratorium Penelitian, Pengembangan dan Lingkungan ............................................................... 103 4.2.6 Alat-alat utama Laboratorium .................................. 103 4.2.7 Alat-alat pendukung Laboratorium ………………... 103 BAB V : MANAJEMEN PERUSAHAAN .........................................105 5.1 BENTUK PERUSAHAAN .........................................................105 5.2 STRUKTUR ORGANISASI ......................................................106 5.3 TUGAS DAN WEWENANG .....................................................108 5.3.1 Pemegang Saham ………...………………………… 108 5.3.2 Dewan Komisaris …………………………………... 108

vi

5.3.3 Direktur Utama ……………………………………109 5.3.4 Direktur ……………………………………………109 5.3.5 Staff Ahli ………………………………………….110 5.3.6 Kepala Bagian ……………………………………..110 5.3.7 Kepala Seksi ……………………………………….116 5.3.8 Kepala Regu ……………………………………….116 5.4 PEMBAGIAN JAM KERJA KARYAWAN ........................... 116 5.5 SISTEM PENGGAJIAN KARYAWAN ................................. 118 5.6 PENGGOLONGAN JABATAN, JUMLAH KARYAWAN, DAN GAJI ......................................................................................... 119 5.7 KESEJAHTERAAN SOSIAL KARYAWAN ........................ 123 5.8 MANAJEMEN PRODUKSI.................................................... 126 5.8.1 . Perencanaan Produksi ……………………………..126 5.8.2 . Pengendalian Produksi …………………………….128 BAB VI : ANALISA EKONOMI ..................................................... 130 6.1 HARGA PERALATAN ........................................................... 131 6.2 PENENTUAN MODAL TOTAL (Total Capital Investment : TCI) 6.3 BIAYA PRODUKSI TOTAL (BPT) ....................................... 133 6.4 BIAYA PENGELUARAN UMUM ......................................... 134 6.5 MODAL TOTAL (Total Capital Investment : TCI) ................ 135 6.6 ANALISA EKONOMI ............................................................ 135 6.7 ANALISA KELAYAKAN ...................................................... 139 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 145 LAMPIRAN-LAMPIRAN ................................................................ 149 

LAMPIRAN A



LAMPIRAN B



LAMPIRAN C



LAMPIRAN D

vii

DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Kebutuhan Bioetanol di Indonesia ................................................ 3 Tabel 1.2 Perbandingan Proses Pembuatan Alcohol ..................................... 14 Tabel 1.3 Komposisi Nilai Nutrisi Molasses ................................................. 16 Tabel 2.1. Spesifikasi standard untuk etanol yang didenaturasi .................... 27 Tabel 2.2. Spesifikasi standard untuk bahan bakar ethanol ........................... 27 Tabel 2.3 Neraca Massa Tangki Penyimpanan ............................................. 37 Tabel 2.4 Neraca Massa Unit Filter Plate and Frame .................................... 38 Tabel 2.5 Neraca Massa Mixer ...................................................................... 39 Tabel 2.6 Neraca Massa Unit Seed Fermentor .............................................. 41 Tabel 2.7 Neraca Massa Unit Pre Fermentor ................................................. 42 Tabel 2.8 Neraca Massa Unit Fermentor ....................................................... 43 Tabel 2.9 Neraca Massa Filter Press .............................................................. 45 Tabel 2.10 Neraca Massa Unit Distilasi I ...................................................... 46 Tabel 2.11 Neraca Massa Kolom Distilasi II ................................................. 47 Tabel 2.12 Neraca massa membrane pervaporasi .......................................... 48 Tabel 2.13 Neraca Panas Unit Seed Fermentor ............................................. 49 Tabel 2.14 Neraca Panas Unit Pre Fermentor ................................................ 50 Tabel 2.15 Neraca Panas Unit Fermentor ...................................................... 52 Table 2.16 Neraca Panas Unit Distilasi – 1 ................................................... 53 Table 2.17 Neraca Panas Unit Distilasi –II .................................................... 55 Tabel 2.18 Luas Tanah Bangunan ................................................................. 61 Tabel 4.1 Persyaratan Air Pendingin dan Air Umpan Boiler ........................ 73 Tabel 4.2 Kebutuhan air pendingin ................................................................ 74 Tabel 4.3 Jumlah steam yang dibutuhkan untuk memproduksi etanol .......... 76 Tabel 4.4. Kebutuhan air untuk pencucian peralatan ..................................... 78 Tabel 4.5 Kebutuhan listrik untuk peralatan proses dan utilitas .................... 88 Tabel 4.6 Kebutuhan listrik Ruang Pabrik dan Daerah Pabrik. ..................... 90 Tabel 4.7 Jumlah lampu merkuri yang dibutuhkan ....................................... 91

viii

Tabel 5.1 Jadwal Kerja Karyawan Shif .................................................... 117 Tabel 5.2 Perincian Jumlah Kayawan ....................................................... 121 Tabel 6.1. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal sendiri ....... 136 Tabel 6.2 Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman .... 137 Tabel 6.3 Payout Time .............................................................................. 139 Tabel 6.4 Perhitungan discounted cash flow internal rate of return ......... 141

ix

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Struktur Molekul Etanol............................................................ 17 Gambar 1.2 Diagram Alir Produksi Bioetanol dari Tetes molasses .............. 20 Gambar 2.1. Flow Diagram Alir Proses ......................................................... 30 Gambar 2.2 Blok Diagram Neraca Massa Produksi Etanol dari Molasses .... 35 Gambar 2.3.Blok Diagram Neraca massa ...................................................... 36 Gambar 2.4 Blok Diagram Neraca Massa .................................................... 36 Gambar 2.5. Lay Out Denah Pabrik ............................................................... 62 Gambar 4.1 Blok Diagram Pengolahan Air dari Air ..................................... 79 Gambar 4.2. Sistem cooling tower ................................................................. 82 Gambar 4.3. Sistem air demineralisasi .......................................................... 84 Gambar 4.4 Sistem penyediaan steam ........................................................... 86 Gambar 4.5. Skema Pengolahan Air Limbah ..............................................100 Gambar 6.1 Grafik BEP ...............................................................................144

x

INTISARI Pendirian

pabrik

bioetanol

di

Indonesia

dilatarbelakangi

oleh

ketergantungan dunia terhadap bahan bakar fosil. Keadaan ini mendorong negaranegara industri mencari sumber energi alternatif, seperti etanol. Bioetanol menjadi pilihan utama dunia karena senyawa ini dapat terus diproduksi, baik secara fermentasi maupun sintesis kimia, serta menghasilkan emisi yang ramah lingkungan. Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan etanol ini adalah molasses. Daerah-daerah penghasil utama tanaman molasses di Indonesia adalah Jawa Tengah yaitu Tegal dan sekitarnya (Tegal, Brebes, Pemalang dan Pekalongan). Bahan baku dapat diperoleh dari PG.Pangka, PG. Jatibarang, PG Sumber Harjo, PG Sragi. Sebagai cadangan, bahan baku juga bisa diperoleh dari berbagai pabrik gula yang ada di Pulau Jawa dan luar Jawa. Sehingga Pabrik Bioetanol ini didirikan di daerah Tegal Propinsi Jawa Tengah. Proses yang dipilih dalam produksi bioetanol ini adalah proses fermentasi yang melibatkan aktivitas yeast. Proses pembentukan etanol dari molase berlangsung dalam tiga tahap yaitu proses persiapan bahan baku , fermentasi, dan Pemurnian produk. Bahan Baku sebanyak 104.500 kg/jam disaring melalui filter press plate and frame untuk menghilangkan abu yang terkandung di dalam

molasses.

Selanjutnya molasses dipompa dari bak penampung ke mixer untuk dicampur dengan. Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi bioetanol yang dilakukan pada suhu sekitar 27 – 35 0C. Tahap berikutnya adalah pemurnian bioetanol dengan metode destilasi untuk mencapai kemurnian 95,6%. Untuk mencapai dengan tingkat kemurnian 99,7% (fuel grade) dilakukan proses pemurnian dengan membran pervaporasi, Jadi

Hasil

Pabrik Bioetanol

menghasilkan etanol sebanyak 200.000 Ton/Tahun.

xi

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Pada beberapa tahun terakhir, kebutuhan manusia terhadap bahan bakar minyak semakin meningkat, sedangkan cadangan energi minyak bumi (fosil) setiap harinya semakin berkurang. Berdasarkan OPEC World Energy Model (OWEM) diketahui bahwa permintaan minyak dunia pada periode jangka menengah dari tahun 2002 hingga tahun 2010 diperkirakan mengalami pertumbuhan 1,8 persen per tahun. Peningkatan kebutuhan itu akan mencapai 12 juta barrel per hari (bph), atau dari 77 juta bph menjadi 89 juta bph dan pada periode berikutnya, yakni dari tahun 2010 hingga tahun 2020 permintaan akan naik menjadi 106 juta bph. (Departemen ESDM, 2004). Oleh karena itu, perlu adanya pengembangan sumber energi lain sebagai alternatif

yang

murah

dan

dapat

diperbaharui

guna

mengurangi

ketergantungan BBM. Khususnya di Indonesia, pemerintah berharap ketergantungan terhadap konsumsi bahan bakar fosil, berkurang dari 52% menjadi 20% (Menteri ESDM RI, 2007), seperti diterbitkan Peraturan Presiden No: 5 Tahun 2006 tentang kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai bahan bakar pengganti minyak. Selain itu, pemerintah serius untuk mengembangkan bahan bakar nabati dengan menerbitkan INPRES No. 1 tahun 2006 tanggal 25 Juni 2006 tentang penyediaan bahan bakar nabati (BBN) sebagai sumber bahan bakar (Martono dan Sasongko, 2007). Teknik Kimia-Unwahas

1

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Potensi Indonesia untuk mengembangkan energi yang terbarukan (renewable energy) relative besar karena sumber daya alam Indonesia yang melimpah. Salah satu potensi yang relative besar adalah pengembangan ethanol. Bioetanol (C2H5OH) adalah ethanol yang dibuat dari proses fermentasi

gula

dari

sumber

karbohidrat

menggunakan

bantuan

mikroorganisme. Bioetanol merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak premium. Untuk pengganti premium, terdapat alternatif gasohol yang merupakan campuran antara bensin dan bioetanol. Adapun manfaat pemakaian gasohol di Indonesia yaitu memperbesar basis sumber daya bahan bakar cair, mengurangi impor BBM, menguatkan security of supply bahan bakar, meningkatkan kesempatan kerja, berpotensi mengurangi ketimpangan pendapatan antar individu dan antar daerah, meningkatkan kemampuan nasional dalam teknologi pertanian dan industri, mengurangi kecenderungan pemanasan global dan pencemaran udara (bahan bakar ramah lingkungan), dan berpotensi mendorong komoditi ekspor baru. Bioetanol memberikan emisi gas buang yang lebih ramah lingkungan. Pemerintah telah membuat road map teknologi bio-ethanol, yaitu pada periode tahun 2005-2010 dapat memanfaatkan bio-ethanol sebesar 2% dari konsumsi premium (0.43 juta kL), kemudian pada periode tahun 20112015, persentase pemanfaatan bio-ethanol ditingkatkan menjadi 3% dari konsumsi premium (1.0 juta kL), dan selanjutnya pada periode tahun 2016-

Teknik Kimia-Unwahas

2

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2025, persentase pemanfaatan bio-ethanol ditingkatkan menjadi 5% dari konsumsi premium (2.8 juta kL). Mengacu Blue Print Pengembangan Bahan Bakar Nabati (BBN) untuk Percepatan Pengurangan Kemiskinan dan Pengangguran disebutkan bahwa kebutuhan biofuel sampai tahun 2025 adalah sebesar 22,26 juta kL dengan kebutuhan lahan yaitu 4 juta ha sawit dan 3 juta ha jarak pagar untuk memproduksi biodiesel dan biooil, serta 3,5 juta ha tebu dan singkong untuk memproduksi bioetanol. Apabila pada tahun 2010 bioetanol dimanfaatkan untuk mensubstitusi 10% konsumsi bensin, maka dibutuhkan 1,48 juta kL bioetanol dengan lahan untuk bahan baku (tebu dan singkong) sebesar 2,25 juta ha dan perlu dibangun pabrik bioetanol sebanyak 104 unit @ 60 kL/hari. Selain itu, akan menyerap tenaga kerja 1,75 juta orang tenaga non trampil dan 15 ribu tenaga trampil. Pemanfaatan bioetanol juga mendukung program langit biru, karena dapat menurunkan emisi gas berbahaya, seperti CO, NOx, SOx, senyawa aromatik dalam bensin. Kebutuhan bioetanol di Indonesia dalam dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Kebutuhan Bioetanol di Indonesia Tahun 2006 2007 2008 2009 2010

Bioetanol KL 171,000,000 175,000,000 178,000,000 182,000,000 185,000,000

Ton 160,740 164,500 167,320 171,080 173,900 (Yuniarti, dkk 2012)


3

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Bioetanol merupakan salah satu jenis sumber energi yang sedang dipacu pengembangannya oleh Pemerintah Indonesia. Peraturan Presiden No. 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional, Instruksi Presiden No. 1 Tahun 2006 tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati, dan Keputusan Presiden No. 10 Tahun 2006 tentang Tim Nasional Pengembangan Bahan Bakar Nabati untuk Percepatan Pengurangan Kemiskinan dan Pengangguran,

merupakan

upaya

pemerintah

dalam

mendukung

pengembangan energi alternatif khususnya Bahan Bakar Nabati (BBN). Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi telah menetapkan spesifikasi BBM jenis Bensin yang diperdagangkan di dalam negeri melalui Keputusan Dirjen Migas No. 3674 K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006(5), mengacu kepada ASTM D 4806 tentang Denaturated Fuel Etanol for Blending with Gasolines for Use as Automotive Spark Ignition Engine Fuel (6). Produksi bioetanol dapat dibuat dari bahan baku yang mengandung glukosa, pati, dan selulosa. Glukosa dapat berasal dari kandungan molases yang dikonversi secara langsung menjadi etanol. Molases mengandung kadar gula (sekitar 50% - 60%) dan sejumlah asam amino dan mineral dapat diolah menjadi beberapa produk termasuk sebagai produk utama adalah etanol (Paturau, 1982). Penggunaan molases dikarenakan lebih ekonomis, ditinjau dari harga bahan baku yang relatif murah yang merupakan hasil samping dari pembuatan gula. Pada umumnya sebagai media untuk produksi etanol digunakan molases yang dapat diperoleh secara mudah dan murah. Molases Teknik Kimia-Unwahas

4

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol merupakan hasil samping dari industri gula yang didapat setelah sukrosanya dikristalkan dan sentrifuge dari sari gula tebu. Molases merupakan campuran kompleks yang mengandung sukrosa, gula invert, garam-garam, dan bahanbahan non gula. Molases bersifat asam, mempunyai pH 5,5 – 6,5 yang disebabkan

oleh

adanya

asam-asam

organik

bebas

(Hidayat

Nur,

Mikrobiologi Industri, 2006). Molases, disebut juga gula tetes, merupakan salah satu produk utama setelah gula pasir. Molases, yang mengandung gula sekitar 50-60% serta sejumlah asam amino dan mineral, dihasilkan dari bermacam-macam tingkat pengolahan dari tebu menjadi gula. Produksi molases mempunyai pangsa pasar yang relatif besar di dalam dan luar negeri. Hal ini dapat dibuktikan bahwa pada tahun 2006 PTPN II Tanjung Morawa Sumut mampu menghasilkan molases sebesar 45.000 ton. Sebagian besar dari produksi molases tersebut laku terjual dengan harga US$100,45 per ton atau Rp 800 per kilogram sehingga molases juga merupakan pemasukan tambahan karena molases umumnya juga dijual di pasar internasional lewat pedagang perantara (Master Sihotang, 2006).

1.2 KAPASITAS RANCANAGAN Kapasitas produksi merupakan aspek penting dalam mendirikan suatu pabrik. Berikut adalah pertimbangan – pertimbangan mengenai penentuan kapasitas pabrik, dengan menggunakan beberapa Metode untuk mencari kebutuhan Ethanol di Indonesia pada tahun 2018 antara lain sebagai berikut: Teknik Kimia-Unwahas

5

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol a. Metode Linear Dibawah ini dapat diketahui kebutuhan Ethanol di Indonesia dengan metode linear.

Ethanol

175,000 170,000 165,000

y = 3290x + 157638 R² = 0.998

160,000 0

2

4

Kebutuhan Etanol Indonesia Linear (Kebutuhan Etanol Indonesia)

6

Tahun Ke

b. Metode Exponensial. Dibawah ini dapat diketahui kebutuhan Ethanol di Indonesia dengan metode Exponensial.

Ethanol

175,000 170,000 y=

165,000

Kebutuhan Etanol Indonesia

157857e0.019x R² = 0.996

Expon. (Kebutuhan Etanol Indonesia)

160,000 0

2

4

6

Tahun Ke

c. Metode Logaritmic Dibawah ini dapat diketahui kebutuhan Ethanol di Indonesia dengan metode Logaritmic.


6


Ethanol

175,000 170,000 165,000


y = 8014.ln(x) + 159833 R² = 0.956

160,000

Log. (Kebutuhan Etanol Indonesia)

155,000 0

2

4

6

Tahun Ke

d. Metode Polynomial Dibawah ini dapat diketahui kebutuhan Ethanol di Indonesia dengan metode Polynomial

Ethanol

175,000 y = -67.14x2 + 3692.x + 157168 R² = 0.998

170,000


165,000

Poly. (Kebutuhan Etanol Indonesia)

160,000 0

2

4

6

Tahun Ke

e. Metode Power Dibawah ini dapat diketahui kebutuhan Ethanol di Indonesia dengan metode Power


7

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 175,000 y = 159918x0.048 R² = 0.9609

Ethanol

170,000 165,000


160,000

Power (Kebutuhan Etanol Indonesia)

155,000 0

2

4

6

Tahun Ke

Dilihat dari beberapa Metode diatas dapat dipilih satu Metode yang R nya mendekati 1 yaitu Metode Linear dan Polynomial untuk kali ini kita pilih metode linear dengan R2 = 0.998 dengan persamaan y = 3290.X+157638. Sehingga pada tahun ke 13 (Tahun 2018) kapasitas perancangan produksi Bioetanol adalah 200.000 Ton/ Tahun.

1.3 LOKASI Lokasi pabrik merupakan aspek penting yang menentukan kesuksesan suatu industri. Beberapa faktor perlu diperhatikan dalam memilih lokasi pabrik sehingga diperoleh keuntungan jangka panjang dan mempermudah dalam mengambil perkiraan akan adanya kemungkinan ekspansi pabrik di masa yang akan datang. Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan antara lain [1] ketersedian bahan baku di lokasi [2] pemasaran produk [3] persediaan air, tenaga listrik, dan bahan bakar [4] fasilitas transportasi [5] tenaga kerja [6] pengolahan limbah, serta peraturan nasional dan daerah, situasi sosial setempat, karakteristik tanah, dan kemungkinan ekspor.


8

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Berdasarkan faktor-faktor tersebut, dipilihlah lokasi pendirian pabrik etanol dari molasses ini di Kabupaten Tegal Propinsi Jawa Tengah. Pertimbangannya dijelaskan sebagai berikut: 1. Ketersediaan Bahan Baku Utama Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan etanol ini adalah molasses. Daerah-daerah penghasil utama tanaman molasses di Indonesia adalah Jawa Tengah yaitu Tegal dan sekitarnya (Tegal, Brebes, Pemalang dan Pekalongan). Bahan baku dapat diperoleh dari PG.Pangka, PG. Jatibarang, PG Sumber Harjo, PG Sragi. Sebagai cadangan, bahan baku juga bisa diperoleh dari berbagai pabrik gula yang ada di Pulau Jawa dan luar Jawa. 2. Pemasaran Produk Etanol banyak digunakan dalam kehidupan sehari hari. Lokasi Tegal terdapat jalur transportasi yang telah memadai yang dapat dimanfaatkan sebagai lokasi penyeberangan untuk mensuplai etanol untuk kebutuhan di Luar Jawa. 3. Ketersediaan Air dan Listrik serta Utilitas Lainnya Fasilitas utilitas meliputi penyediaan air, bahan bakar dan listrik. Kebutuhan listrik dapat dipenuhi dengan listrik dari PLN (Perusahaan Listrik Negara). Untuk sarana penyediaan air dapat diperoleh dari air sungai. Di daerah Tegal dan sekitarnya banyak terdapat sungai, seperti Sungai Pemali,


9

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Kupang Sambong dan Citandui. Sedangkan bahan bakar industri dapat dipasok dari Dumai Fasilitas Transportasi. 4. Fasilitas Transportasi Pengiriman bahan baku dan distribusi produk dilakukan melalui jalur darat dan laut. Daerah di Tegal memiliki fasilitas transportasi darat dan laut yang baik dan mudah dicapai sehingga proses transportasi dapat ditangani dengan baik. 5. Ketersediaan Tenaga Kerja Pabrik etanol ini membutuhkan tenaga kerja yang jumlahnya relatif cukup banyak, sehingga dapat direkrut dari masyarakat. Masyarakat Kabupaten Tegal yang sebagian besar bekerja sebagai buruh pabrik di luar kabupaten. Dengan adanya pabrik di Kabupaten Tegal, maka akan menarik minat masyarakat untuk bergabung menjadi karyawan karena akan menghemat biaya transportasi. 6. Pembuangan Limbah Kawasan pabrik di Tegal dipilih yang berada dekat dengan beberapa sungai yang bermuara ke Laut Jawa sehingga pembuangan limbah dapat dilakukan di sungai tersebut. Namun, dalam pembuangan limbah ini adalah limbah yang telah diolah sehingga tidak mencemari lingkungan.


10

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 1.4 TINJAUAN PUSTAKA 1.4.1 a.

Pemilihan Proses Hidrasi Alkena Banyak alkohol, seperti etanol laboratorium dibuat secara

komersial oleh hidrasi alkena. Pembuatan alkohol tersebut antara lain : 1). Cara tidak langsung Etilen direaksikan dengan asam sulfat pada suhu 250oC, tekanan 100 - 300 atm dengan katalis P2O5, sehingga terbentuk etil hidrogen sulfat. Selanjutnya etil hidrogen sulfat dihidrolisa oleh air, sehingga terbentuk alkohol dan asam sulfat dimana asam sulfatnya dapat digunakan kembali. Reaksi : CH2=CH2 + H2SO4 CHCH2 ---- OSO3 ---- H + H2O

CH3---- CH2 ----O--SO3H CH3 ---- CH2 ---- OH + H2SO4 ( Sumber : L.G. Wade, Jr, 1987)

2). Cara langsung Etanol dapat disintesa dari reaksi antara etilen dengan air dengan menggunakan katalis, temperatur tinggi dan tekanan tinggi. Karena reaksi melewati ion karbonium, maka katalis yang cocok untuk reaksi ini adalah H3PO4 dengan pembawa alumina gel, tanah diatome, bentonite, dan opoka. Perbandingan mol etilen dan air bebas garam yang digunakan 1 : 0,6, dengan suhu reaksi 280-3000C dan dengan tekanan 300 atm. Teknik Kimia-Unwahas

11

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Karena reaksi eksotermis (ΔH = -43,4 kJ), gas keluar reaktor sekitar 200C lebih panas. Reaksi: CH2=CH2 + H2O Etilen Air b.

300 atm, 3000C

Katalist

C2H5OH Etanol ( Sumber : L.G. Wade, Jr, 1987)

Hidrasi Alkena Etanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena

dengan uap. Katalis yang digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat (V). Reaksi yang terjadi dapat balik (reversibel). CH2=CH2 + H2O

H2SO4

CH3CH2OH

Hanya 5% dari etena yang diubah menjadi etanol pada setiap kali pemasukan ke dalam reaktor. Dengan mengeluarkan etanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur-ulang etena, maka pengubahan etena menjadi etanol secara keseluruhan dapat mencapai 95%.

c. Cara Fermentasi Fermentasi secara umum dapat diartikan sebagai perubahan secara kimia atau dekomposisi yang dihasilkan pada substrat organik karena aktivitas organisme hidup. Pada dasarnya teknologi fermentasi adalah upaya manusia untuk mencapai kondisi optimal agar proses fermentasi mencapai hasil yang maksimal serta sesuai dengan target yang direncanakan secara kualitatif maupun kuantitatif. Bahan-bahan utama yang diperlukan untuk dapat


12

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol berlangsungnya suatu proses fermentasi adalah berbagai jenis mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme tersebut. Mikroorganisme yang digunakan dalam fermentasi terdiri dari yeast atau khamir, kapang dan bakteri. Yang paling umum digunakan dalam pembuatan ethyl alkohol adalah yeast atau kapang. Ethyl alkohol dapat diproduksi dari segala jenis bahan yang mengandung karbohidrat. Karbohidrat dapat dihidrolisa menjadi monosakarida yang dapat di fermentasi secara biologi maupun kimiawi. Bahan baku yang dapat digunakan terbagi menjadi 3 macam yaitu : 1. Bahan yang mengandung sukrosa misalnya : tetes/molase. 2. Bahan yang mengandung pati misalnya : jagung, ketela, kentang. 3. Bahan yang mengandung selulosa misalnya : jerami. Keberhasilan proses fermentasi tergantung pada konsentrasi tetes, pH, suhu dan penambahan nutrien yang tepat karena jika itu semua tidak terpenuhi maka yeast akan terhambat perkembangbiakannya atau mati. Yeast yang akan digunakan untuk fermentasi harus memenuhu syarat-syarat sebagai berikut : 1. Cepat berkembang biak. 2. Mempunyai sifat yang stabil. 3. Cepat beradaptasi terhadap media yang difermentasi. Pada proses fermentasi etanol dari bahan molasse digunakan yeast Saccharomyces cereviceae, selain karena dikenal memiliki daya konversi gula menjadi etanol yang sangat tinggi juga karena Saccharomyces cereviceae menghasilkan enzym zymase dan invertase. Enzym invertase berfungsi sebagai pemecah sukrosa Teknik Kimia-Unwahas

13

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol menjadi monosakarida (glukosa dan fruktosa). Selanjutnya enzim zymase mengubah glukosa menjadi etanol. Aktivitas yeast ini bekerja secara optimum pada suhu 30oC. Reaksinya adalah sebagai berikut: 1. Reaksi inversi C12H22O11 Invertase C6H12O6 + C6H12O6 Katalis Sakarosa Glukosa Fruktosa 2. Reaksi Fermentasi C12H22O6

Zymase Katalis

Glukosa

2C2H5OH + 2CO2 Alkohol

Karbondioksida

Tabel 1. 2 Perbandingan Proses pembuatan alkohol

Proses Hidrasi

T (0C) 250

Alkena

P

Konv

(atm)

%

100-

-

Yield -

300

Langsung Hidrasi

280-

Alkena

300

Katalis P2O5

Rx

Prod.Spg

Spg -

H2SO4 dapat

dan

digunakan

H2SO4

kembali

300

-

-

H3PO4

-

-

1

5

-

-

-

-

1

95

-

Yeas

-

Pakan ternak

tidak Langsung Hidrasi

45-50

Alkuna Fermentasi 30

Dengan melihat Tabel 1.2 diatas dengan berbagai pertimbangan dari bahan baku berupa molase maka perancangan pabrik etanol menggunakan Teknik Kimia-Unwahas

14

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol metode fermentasi. Fermentasi pada proses memakai suhu rendah tekanan 1atm dan juga mempunyai produk samping yaitu pakan ternak. 1.4.2

Kegunaan Produk

Kegunaan etanol dalam dunia industri yaitu: a. Untuk membuat Bahan Bakar Nabati b. Sebagai obat antiseptik pada luka dengan kadar 70% c. Untuk membuat barang industri misalnya zat warna, parfum, Essence buatan dan lainya. d. Untuk kepentingan industridan sebagai pelarut bahan bakar ataupun diolah kembali untuk menjadi bahan lain. e. Untuk kepentingan lain dan alkohol. 1.4.3 a.

Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan Baku Molasses

1) Sifat Fisik Molases merupakan hasil samping pada industri pengolahan gula dengan wujud bentuk cair. Hal tersebut sesuai dengan pendapat Pond dkk., (1995) yang menyatakan bahwa molasses adalah limbah utama industri pemurnian gula. Molases merupakan sumber energi yang esensial dengan kandungan gula didalamnya. Oleh karena itu, molasses telah banyak dimanfaatkan sebagai bahan tambahan pembuatan industry pangan. Molasses mengandung biotin yang berfungsi sebagai vitamin untuk pertumbuhan bakteri. Keadaan ini mengakibatkan terbentuknya lapisan lemak yang membungkus dinding sel bakteri sehingga asam glutamate yang dihasilkan oleh Teknik Kimia-Unwahas

15

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol bakteri hanya sebagian kecil yang dikeluarkan. Komposisi cairan molasses sangat bervariasi tergantung dari lokasi penanaman, variasi tebu dan iklim. 2) Sifat Kimia Komposisi nilai nutrisi molasses dari tetes tebu adalah sebagai berikut: Tabel 1.3 Komposisi Nilai Nutrisi Molasses

Nutrisi

Molasses

Kadar Gula Total

Min 55 %

Kadar Kalsium

0,8 – 1,3 %

Berat Jenis

1,4 – 1,6 kg/L

Brix

Min 80oC

Molasses tebu dapat digolongkan sebagai asam karena memiliki pH = 5,5-6,5, sedangkan molasses beet yang terdapat di Amerika lebih bersifat basa, pH = 7,5- 8,6. Suasana pH yang rendah ini merupakan tanda adanya asam organic bebas, ditambah dengan pH yang rendah yang dihasilkan selama proses klarifikasi. Molasses tebu memiliki perbedaan komposisi dengan beet molasses. Molasses beet


16

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol mengandung sukrosa lebih banyak dibandingkan dengan molasses tebu, tetapi sebaliknya kandungan gula invert jauh lebih kecil. b. Produk (Etanol) 1) Sifat Fisik Etanol Etanol atau etil alkohol adalah senyawa yang memiliki rumus molekul C2H5OH. Dalam suhu kamar (25oC) bahan kimia ini berbentuk cairan, mudah menguap (volatile) dan mudah terbakar. Etanol tidak berwarna, mudah bercampur dengan air, metanol, eter, kloroform, dan aseton serta berbau khas alkohol. Cairan yang memiliki berat molekul 46,07 ini memiliki specific gravity (SG) sebesar 0,916 dan mendidih pada suhu 78,25oC (Wikipedia, 2010).

(Wikipedia, 2010) Gambar 1.1. Struktur Molekul Etanol Titik Didih (Td,n)

= 78,32oC; ΔHv,n = 0,839 MJ/kg ± 0,659 MJ/liter.

Temperatur kritik

= 240,75oC

Tekanan kritik

= 6147 kPa

Volume kritik

= 0,167 m3/kgmol

Acentricity

= 0,644


17

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Data fisik lainnya pada kondisi T=25oC dan P=1 bar adalah sebagai berikut : Molar enthalpy

= -278815,229 kJ/kgmol

Molar entrophy

= -6,707 kJ/kgmol.C

Molar density

= 17,096 kgmol/m3

Mass density

= 787.605 kg/ m3

Heat capacity

= 159,264 kJ/kgmol.C

Kalor pembakaran netto : ΔHb, 25 C = 25,79 MK/kg = 21,03 MK/liter (bensin ± 30 MJ/liter). Hal ini disebabkan etanol absolute memiliki angka oktan riset (RON) = 109 (Perry) 2) Sifat Kimia Etanol Etanol termasuk dalam alkohol primer, yang berarti bahwa karbon yang berikatan dengan gugus hidroksil paling tidak memiliki dua hidrogen atom yang terikat. Reaksi kimia yang dijalankan oleh etanol kebanyakan berkaitan pada gugus hidroksilnya  Reaksi asam-basa Gugus hidroksil etanol menyebabkan sifatnya sedikit basa.

Etanol hampi netral dalam air, dengan pH 100% etanol adalah 7,33, berbanding dengan pH air murni yang sebesar 7,00. Etanol dapat diubah menjadi konjugat basanya, ion etoksida (CH3CH2O−), dengan mereaksikannya dengan logam alkali seperti natrium 2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2


18

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol ataupun dengan basa kuat seperti natrium hidrida:

CH3CH2OH + NaH → CH3CH2ONa + H2. Reaksi ini tidak dapat dilakukan dalam larutan akuatik, karena

air lebih asam daripada etanol.  Halogenasi Etanol bereaksi dengan hidrogen halida dan menghasilkan etil

halida seperti etil klorida dan etil bromida: CH3CH2OH + HCl → CH3CH2Cl + H2O Reaksi dengan HCl memerlukan katalis seperti seng klorida. Hidrogen klorida dengan keberadaan seng klorida dikenal sebagai reagen Lucas. CH3CH2OH + HBr → CH3CH2Br + H2O Reaksi dengan HBr memerlukan proses refluks dengan katalis asam sulfat. Etil halida juga dapat dihasilkan dengan mereaksikan alkohol dengan agen halogenasi yang khusus, seperti tionil klorida untuk pembuatan etil klorida, ataupun fosforus tribromida untuk pembuatan etil bromida. CH3CH2OH + SOCl2 → CH3CH2Cl + SO2 + HCl  Pembentukan ester Etanol bereaksi dengan asam karboksilat dengan katalis asam akan menghasilkan senyawa etil eter dan air: RCOOH + HOCH2CH3 → RCOOCH2CH3 + H2O


19

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Agar reaksi ini menghasilkan rendemen yang cukup tinggi, air perlu dipisahkan dari campuran reaksi seketika ia terbentuk. Etanol juga dapat membentuk senyawa ester dengan asam anorganik. Dietil sulfat dan trietil fosfat dihasilkan dengan mereaksikan etanol dengan asam sulfat dan asam fosfat. Senyawa yang dihasilkan oleh reaksi ini sangat berguna sebagai agen etilasi dalam sintesis organik. 1.4.4

Tinjauan Proses secara Umum

Gambar 1.2 Diagram Alir Produksi Bioetanol dari Tetes Molasse Proses pembuatan bioetanol dari molasse secara sederhana digambarkan pada diagram alir seperti di atas. Tahapan pembuatan bioetanol secara garis besar adalah sebagai berikut : 1. Pengenceran Tetes Tebu (molasse) Kadar gula dalam tetes tebu terlalu tinggi untuk proses fermentasi, oleh karena itu perlu diencerkan terlebih dahulu. Kadar gula yang diinginkan kurang lebih adalah 14 %. Jika kandungan gula dalam tetes kurang dari 50%, penambahan air harus disesuaikan dengan kadar gula awalnya, agar kadar gula akhirnya kurang lebih 14%. Jika konsentrasi gula


20

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol terlalu tinggi, maka waktu fermentasinya lebih lama dan sebagian gula tidak terkonversi, sehingga tidak ekonomis. (Judoamidjojo, 1992) C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 Sukrosa glukosa fruktosa

2. Penambahan Urea dan NPK Urea dan NPK berfungsi sebagai nutrisi ragi. Kebutuhan hara tersebut adalah sebagai berikut: a. Urea sebanyak 0.5% dari kadar gula dalam larutan fermentasi. b. NPK sebanyak 0.1% dari kadar gula dalam larutan fermentasi. 3. Penambahan Ragi Bahan aktif ragi roti adalah khamir Saccharomyces cereviseae yang dapat memfermentasi gula menjadi etanol. Pada penambahan ragi, sebaiknya tidak digunakan ragi tape, karena ragi tape terdiri dari beberapa mikroba. Kebutuhan ragi roti adalah sebanyak 0.2% dari gula dalam larutan molasses. Ragi roti diberi air hangat-hangat kuku secukupnya sebelum diaduk secara perlahan sampai sedikit berbusa. Setelah itu larutan tersebut dimasukkan ke dalam fermentor.


21

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 4. Fermentasi Fermentasi dilakukan didalam fermentor dengan penambahan Saccaharomyces

cerevisiae. Bahan nutrisi yang digunakan pada

fermentasi adalah pupuk urea dan NPK, pH diatur menjadi 4-5 dengan penambahan

H2SO4.

Untuk

terjadinya

fermentasi

alkohol,

maka

dibutuhkan kondisi anaerob untuk mengubah molasse menjadi alkohol. Pada proses fermentasi ini diperlukan pendinginan untuk menjaga tempereatur tetap pada 30oC selama proses fermentasi yang berlangsug selama 30 jam. Pada akhir fermentasi, kadar alkohol yang dihasilkan 8 10 %. Saccharomices Cereviseae

C6H12O6

2C2H5OH + 2CO2

5. Distilasi dan Dehidrasi Konsentrasi etanol yang diperoleh dari hasil fermentasi masih sangat rendah (8-10%), maka etanol tersebut harus didestilasi untuk


22

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol memperoleh

kadar

etanol

yang

diinginkan

sesuai

standar

(The

Gasohol,1981). Distilasi pertama, biasanya kadar etanol masih di bawah 95%. Apabila kadar etanol masih di bawah 95%, distilasi perlu diulangi lagi (reflux) hingga kadar etanolnya 95%. Apabila kadar etanolnya sudah 95% dilakukan dehidrasi atau penghilangan air. Untuk menghilangkan air bisa menggunakan kapur tohor atau zeolit sintetis. Dan untuk menghasilkan kadar etanol 99,5 %, maka perlu didestilasi kembali. Secara keseluruhan ada 2 mekanisme reaksi untuk membuat bioetanol dari molasse, yang pertama adalah hidrolisis molasse/ pengenceran molasse dengan air untuk memecah sukrosa menjadi gula sederhana glukosa. Kemudian reaksi yang kedua adalah reaksi fermentasi glukosa dengan bantuan Saccharomices Cereviceae agar terbentuk etanol. Berikut adalah reaksinya, Reaksi Hidrolisis

: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 sukrosa glukosa fruktosa

Reaksi Fermentasi

: Saccharomices Cereviseae C6H12O6 glukosa

2C2H5OH + 2CO2 etanol


23


BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku  Molases  Wujud : Cair  Warna : Coklat kehitaman  Density : min 1,419 kg/lt  Total sugar : min 51%  Brix 0C : min 40  Komposisi :  Glukosa

: 7 % berat

 Sukrosa

: 35 % berat

 Fruktosa

: 9 % berat

 Padatan

: 10 % berat

 Abu

: 12 % berat

 Substansi tak terfermentasi : 3 % berat  Air

: 20 % berat

 Karbohidrat lainnya

: 4 % berat

(Journal of Hazardous Materials Volume 161, 2009)


24

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol  Bahan Pembantu 1.

Yeast  Wujud

: Padat

 Bentuk

: Serbuk

 Warna

: Putih

 Jenis

: Saccaromyces Cereviceae

 Kadar air

: 4-6%

 Temperatur

: 280C-600C

 pH

: 3,5 – 6,0 (Roehr, 2001)

2.

Ammonium Phospate (NH4H2PO4)  Wujud

: Padat

 Bentuk

: Serbuk

 Warna

: Putih

 Densitas

: 1,803

 Komposisi

:

 Urea

: 99,08 %berat

 Air

: 0,35 % berat

 Biuret

: 0,57% berat ( Perry, 1984)


25

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 3.

Air  Wujud

: Cairan

 Warna

: Bening tidak berwarna

 Bau

: Tidak berbau

 Titik didih

: 1000C ( 1 atm)

 Densitas

: 0,994 gr/cc (pada 300C) ( Perry, 1984)

4. Asam Sulfat (H2SO4)  Wujud

: Cair

 Bau

: Spesifik

 Warna

: Bening sedikit kekuningan

 Specific gravity : 1,834  Komposisi :  H2SO4

: 98 % volume

 Air

: 2% volume ( Perry, 1984)

2.1.2 Spesifikasi Produk Produk yang dihasilkan adalah etanol. Etanol yang dihasilkan di industri mempunyai spesifikasi antara lain sebagai berikut: Kemurnian

:99,7 %

Berat Molekul

: 46,07 gr/grmol


26

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Titik Lebur

: -112OC

Titik didih

: 78,4 oC

Densitas

: 0,7893 GR/ML

Indek bias

: 1,36143 CP

Panas Penguapan

: 200,6 Kal/gr

Tidak berwarna Larut dalam air dan eter Memiliki bau khas Apabila etanol akan dijadikan sebagai campuran bahan bakar (gasohol), maka etanol mempunyai syarat-syarat yang ditentukan menurut American Society for Testing Materials (ASTM). Tabel 2.2. Spesifikasi standard untuk bahan bakar ethanol

Property

Specification

Ethanol+higher alcohols vol% minimum

70 – 79

Hydrocarbon vol %

17-30

Vapor Pressure, kPa

38-83

Lead, max, mg/l

2,6-3,9

Phosphorus, max, mg/l

0,2 – 0,4

Sulfur, mg/kg, max

210 – 300

Methanol, vol% max

0,5

Higher Alcohols, vol % max

2


27

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Acidity (as acetic acid), mass% (mg/l), max

0,005 (40)

Solvent-washed gum content mg/100 ml, max

5

pHe

6,5 – 9,0

Unwashed gum content, mg/100 ml, max

20

Total chloride as chlorides, mg/kg, max

2

Inorganic chloride, mg/kg, max

1

Copper, mg.l, max

0,07

Water, mass% max

1,0

Appearance @ higher of ambient temperature or 21 0C

Visibly free of suspended or precipitated contaminants (clear & bright)

Dari persyaratan mutu di atas maka akan dipilih produk dengan spesifikasi etanol absolut. Dengan demikian bioetanol yang dihasilkan dapat memenuhi spesifikasi untuk pembuatan gasohol. 2.2 KONSEP PROSES Reaksi fermentasi glukosa berlangsung pada kondisi anaerob. Sedangkan untuk pertumbuhan inokulum berlangsung pada kondisi aerobik. Reaksi fermentasi bersifat eksotermis (melepaskan panas) dan ireversibel. Reaksi berjalan di dalam fermentor dan bereaksi secara stokiometris dan untuk menjaga agar pH tetap konstan digunakan larutan buffer NH3. Inokulum ditambahkan 1% dari jumlah pati dan konversi reaksi glukosa sebesar 95%. Reaksi aerob pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae adalah sebagai berikut: C6H12O6 + 1,8O2 +0,8NH3

4CH1,8N0, 2O0,5 + 2CO2 + 3,6H2O

Reaksi anaerob proses fermentasi glukosa menjadi etanol : C6H12O6

Ragi

2C2H5OH + 1,955CO2 + 0,021146 Asetaldehid ΔH= -1.050,3


28

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Kondisi operasi : Temperatur fermentasi 350C, 1 atm, waktu 65 jam, pH 4-5. Dari tinjauan termodinamika dapat diketahui sifat reaksi (endotermis dan eksotermis), pengaruh temperatur terhadap kesetimbangan reaksi. Data termodinamika reaksi fermentasi sebagai berikut : ΔHOf reaksi

= ΔHOf produk - ΔHOf reaktan

ΔHOf C6H12O6

= -1.264,0 kJ/mol

ΔHOf CH0,15O0,16

= -91 kJ/mol

ΔHOf C2H5OH

= -288 kJ/mol

ΔHOf H2O

= -286 kJ/mol

ΔHOf CO2

= -394,1 kJ/mol

ΔHOf reaksi

= -1.050,352 kJ (eksotermis)


29

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2.3 DIAGRAM ALIR PROSES Gambar 2.1. Flow Diagram Alir Proses

DIAGRAM ALIR PRA RANCANGAN PABRIK ETANOL K A P A S I T A S 2 0 0 . 0 0 0 KL / T A H U N

S CW

7

8

1

1 30

Udara

30

NH3 F-102 C-102

T-104

Kawat Ose

Laboratorium

C-101

T-103

4 1 30 1

Sacc. Cereviceae

9

1 30

1 30

1

30

T-102

1 30

12

10

6

P-103

Air

Molases 3

1 80

1

1 30

22

22 C-301

P-102 T-101 1

30 P-101

Air Proses

T-202 B

D-301

D - 302

T-201 V-203

C-302

P-202

T-202 A 11

1

F-101

V-202

13

5

T-105

2 14

P-305

P-303

27

2,1

1 30

V-201

122

P-201

Air proses

P-104

HE-301

26

T-302

75

16 1

Ammonium Phospat

15 1

17

P-304

Antifoam V-206

25

30 T-107

P-106

T-106

V-211

V-207

1

V-209 V-205

30

V-210

V-208

18 19

T-108

V-204

1,14

104

104

25

29

28

23

V-212

C-303

1

V-213

0,46

M-301

1,14

V-214

V-215

P-105

P-306

97

18 19 18

P-107

1 30

22 C-304

H2SO4

Ln-301

1 30

VP-301

F-301

19

T-204 C

19

19

RB-301

19

RB-302

P-302 T-303

T-203 C

T-301 P-301 20

T-203 B

T-203 A

CWS

21

T-301

SC Untuk pupuk dijual ke perusahaan lain Untuk pakan ternak


30

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2.3.1

Langkah Proses Secara umum proses pembuatan Bioetanol dari molase dapat dibagi

menjadi 4 tahap, yaitu tahap penyiapan awal bahan baku, tahap penyiapan inokulum, tahap fermentasi, dan tahap pemurnian etanol. a. Tahap Persiapan Saccaromyces Cereviceae Untuk memproduksi

etanol secara fermentasi,

digunakan

biomassa aktif, yaitu ragi Saccaromyces Cereviceae yang disiapkan secara aerobik.

Saccaromyces

Cereviceae

yang

dipersiapkan

tersebut

dikembangkan terlebih dahulu bibitnya dalam suatu media. Media merupakan suatu campuran senyawa kimia yang berupa nutrien-nutrien yang dibutuhkan oleh biomassa aktif untuk dapat tumbuh. Pada rancangan proses ini, media yang digunakan adalah molasses itu sendiri dengan tambahan nutrisi nitrogen dari amoniak (NH3) (Stanbury, 1995). Pengembangbiakan biomassa aktif dilakukan pada biakan agar miring yang biasa disebut liofilisasi. Langkah pertama, dengan teknik aseptik, tabung reaksi yang berisi sekitar 10 cc air steril diinokulasikan dengan kultur murni ragi untuk kemudian dituangkan pada media agar. Setelah inkubasi selama beberapa hari pada temperatur 250C-300C (temperatur optimum pertumbuhan ragi), kultur bisa digunakan sebagai bibit pada mash steril. Sampai pada tahap persiapan starter ini, biasanya dilakukan di laboratorium (Soedarmadji, 2002).


31

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Untuk

mempertahankan

keaktifannya,

stock

culture

ini

diregenerasi setelah disimpan beberapa waktu. Proses pengembangbiakan ini dilakukan secara bertahap (empat tahap), dari skala bejana Erlenmeyer volume kecil hingga skala bioreaktor dengan volume kerja yang besar. Peralihan dari volume kecil ke volume yang lebih besar ditentukan oleh waktu berkaitan dengan dengan laju pertumbuhan logaritmik biomassa. Aerasi sangat dibutuhkan dalam persiapan starter sampai pembibitannya ke dalam fermentor untuk menjaga keberadaan sel ragi pada jumlah minimum yang dibutuhkan. Tahap ini selalu berada di bawah pengawasan laboratorium, termasuk penyeleksian strain ragi, penambahan nutrien, pH, temperatur, serta pembersihan dan sterilisasi. b. Tahap Pengolahan Awal Bahan Baku Pada proses ini meliputi penyaringan bahan baku melalui filter press plate and frame untuk menghilangkan abu yang terkandung didalam molasses. Selanjutnya molasses dipompa dari bak penampung ke mixer untuk dicampur dengan air sehingga kadar sukrosa yang terkandung didalam molasses menjadi 12°Brix. Setelah diperoleh kandungan sukrosa 12°Brix sebagian glukosa dipompa ke tangki seed fermentor untuk menginokulasi saccaromyces tahap I. Setelah itu, sebagian hasil diambil sebagai yeast culture untuk inokulum batch selanjutnya, sedangkan sisanya dialirkan ke pre fermentor Teknik Kimia-Unwahas

32

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol untuk dikembanbiakkan selanjutnya. Hasil akhir dari pre fermentor ditransfer ke main fermentor sebagai yeast culture. c. Tahap Reaksi Fermentasi Tahap fermentasi pada main fermentor terjadi secara anaerob selama 36-40 jam . Selama proses fermentasi berlangsung, dijaga konstan 350C dengan mengalirkan air pendingin melalui saluran atau alat penukar panas. Pendinginan perlu dilakukan mengingat proses fermentasi ini berlangsung secara eksotermik. Saat awal fermentasi, pH ditetapkan sekitar 5,2. Nilai ini akan menurun dengan lambat selama proses fermentasi, dan dijaga untuk tetap pada harga 4,2 – 4,5 (Roehr, 2001) Molases sebanyak 90% dipompa dari mixer ke main fermentor kemudian yeast dari prefermentor dialirkan ke dalam main fermentor. Hasil akhir dari fermentor didistilasi untuk mendapat kadar ethanol yang lebih tinggi d. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Setelah proses fermentasi selesai, produk yang dihasilkan dinamakan beer yang mengandung 5 % kadar etanol, dipisahkan dari fermentornya dan kemudian dimasukkan dalam tangki penampung. Pada tangki penampung, diberikan ammonium hidroksida untuk menetralkan pH. Setelah itu larutan dialirkan menuju kolom distilasi pertama. Pada kolom pertama, pada bagian atas kolom mengandung 55% etanol kemudian dikonsasikan dan dipompa menuju kolom kedua. sedangkan sisa Teknik Kimia-Unwahas

33

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol glukosa, antifoam, dextrin, maltosa, sebagai fraksi berat akan menjadi “bottom product dan masuk pengolahan limbah. Kemudian pada kolom kedua, etanol didistilasi lebih lanjut sehingga kandungan etanol pada bagian atas kolom kedua sebesar 95 % dan dikeluarkan untuk selanjutnya dikondensasi. Campuran etanol-air membentuk azeotrop pada komposisi etanol 95% sehingga dehidrasi lebih lanjut untuk menghasilkan etanol fuel-grade dengan kemurnian 99,7% sudah tidak dapat dilakukan. Untuk itu dilakukan proses dehidrasi dengan distilasi atmosfer dan membran pervaporasi. Membran pervaporasi merupakan proses pemisahan campuran cair-cair menggunakan membran, permeat mengalami perubahan fasa dari fasa cair menjadi uap. Campuran azeotrop dapat dipisahkan dengan membran pervaporasi karena pemisahan dengan pervaporasi tidak didasarkan pada kesetimbangan uap-cair melainkan didasarkan pada perbedaan kelarutan sebagai wujud interaksi antara komponen campuran dengan membran. Membran yang biasa digunakan adalah membran tidak berpori (non-porous) dimana material membran terbuat dari keramik dan bersifat hidrofilik. Membran keramik lebih banyak digunakan daripada membran polimer karena membran ini tahan terhadap temperatur tinggi. Gaya dorong (driving force) pada pemisahan dengan membran pervaporasi adalah perbedaan konsentrasi dan tekanan parsial diantara kedua sisi membran.


34

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol e. Diagram Alir Proses Yang dipilih

Gambar 2.2 Blok Diagram Neraca Massa Produksi Etanol dari Molasses Teknik Kimia-Unwahas

35

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2.4 NERACA MASSA DAN NERACA PANAS 2.4.1

Neraca Massa

a. Blok Diagram Neraca Massa Unit Penyimpanan Sukrosa = 698.435,5 Glukosa=139.678,1 Fruktosa=179.597,0 Air = 399.463,6 Padatan = 199.553,0 Substansi =59.865,9 Karbohidrat=79.821,

Unit Filter Plate and Frame Sukrosa = 698435,5 Glukosa=139687,1 Fruktosa=179597,7 Air = 399106,0 Substansi =59865,9

Unit Fermentor Air = 61336.7376 Gula = 669.6899 Etanol = 6503.433 Asetaldehid = 69.889 Antifoam=252.982 Ragi=252.9 Substansi=788.360

Distilasi II Air = 5215.103 Etanol = 6374.014 Asetaldehid=69.889

Unit Mixer Sukrosa = 698435,5 Glukosa=139687,1 Fruktosa=179597,7 Substansi =179597,7 Air=4802575,5

Unit Pre Fermentor Air = 452.223 Gula = 25.657 Ragi = 252.982 Substansi=29.411

Distilasi I Air = 9657.598 Etanol = 6438.39 Asetaldehid=69.889

Membran Air = 228.8700 Etanol = 6310.274 Asetaldehid=69.889

Gambar 2.4 Blok Diagram Neraca Massa


36

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 1. Hasil Perhitungan Neraca Massa 

Unit Tangki Penyimpanan

Tabel 2.3 Neraca Massa Tangki Penyimpanan komponen

Input (kg/j)

Output (kg/j)

Glukosa

7.315,00

7.315,00

Sukrosa

36.575,00

36.575,00

Fruktosa

9.405,00

9.405,00

Abu

12.540,00

12.540,00

Padatan

10.450,00

10.450,00

Air

20.900,00

20.900,00

Karbohidrat

4.180,00

4.180,00

Subtansi tak terfermentasi

3.135,00

3.135,00

104.500,00

104.500,00

Total 

Unit Filter Plate and Frame

Molase

Abu, padatan, karbohidrat Filter Plate and Frame

F1

F2 Molase

F2

F3 Zat pengotor 100% tertahan sebagai retentate.


37

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tabel 2.4 Neraca Massa Unit Filter Plate and Frame Komponen

Input (kg/j)

Komponen

F1

* Pakan Ternak

Output (kg/j)

* Molasses dari tangki molasses Glukosa Sukrosa Fruktosa

7315,00 Abu 36575,00 Padatan 9405,00 Karbohidrat

F2 12540,00 10450,00 4180,00

Abu

12540,00

27170,00

Padatan

10450,00 * Molasses ke Fermentor

F3

Air

20900,00 Glukosa

7315,00

4180,00 Sukrosa

36575,00

3135,00 Fruktosa

9405,00

Karbohidrat Subtansi tak terfermentasi

104500,00 Air

20900,00


3135,00 77330,00

104500,00

104500,00


38

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 

Unit Mixer Fungsi = Untuk menambahkan air hingga kadar molasses menjadi 12 brix Air F4 Molase

Molases MIXER

F3

F5

Tabel 2.5 Neraca Massa Mixer Komponen

Input (kg/j)

Komponen

Output (kg/j)

* Molasses dari Filter press

F3

* Molasses Encer

F5

Glukosa

7.315 Glukosa

7315

Sukrosa

36.575 Sukrosa

36575

Fruktosa

9.405 Fruktosa

9405

Air

20.900 Air

251496,67

Subtansi tak Subtansi tak terfermentasi

3.135 terfermentasi 77.330

* Air Prosses

Air

3135 307926,67

F4 230596,67 307926,67

307926,67


39


Unit Percabangan

Molase

Cabang

F5

F6

(Seed Fermentor)

F11

(Pre Fermentor)

F16

( Fermentor)

Neraca massa pada unit percabangan Input (kg/j)

Output (kg/j)

Komponen F5

F6

F11

F16

Glukosa

7315,00

365,75

365,75

6583,50

Sukrosa

36575,00

1828,75

1828,75

32917,50

Fruktosa

9405,00

470,25

470,25

8464,50

Air

251496,67 12574,83 12574,83 226347,00


3135,00

156,75

156,75

2821,50

Sub total

307926,67 15396,33 15396,33 277134,00

Total

307926,67

307926,67


40


Reaktor Inokulasi Pembiakan Saccaromyces Cerevisiae ( Seed Fermentor) CO2, N2 F9 F6

Molase

F7

Udara

F8

NH3

Molase REAKTOR INOKULASI (SEED FERMENTOR)

F10

Tabel 2.6 Neraca Massa Unit Seed Fermentor Komponen

Input (kg/j)

Komponen

* Molasses Encer

F6

Gula

2664,75 CO2

Air

* Produk Atas

12574,83 N2


Udara * Amonia NH3

F9 12,35 30,40 42,75

156,75 15396,33 * Produk Bawah

* Udara

Output (kg/j)

Gula

F7

38,48 Air Subtansi tak terfermentasi

F8

1,91 Ragi

F10 2639,50 12583,92 156,75 13,81 15393,98

15436,72

15436,72


41


Reaktor Inokulasi Pembiakan Saccaromyces Cerevisiae ( Pre Fermentor)

CO2, N2 F14 F10

Ragi

F11

Molase

REAKTOR INOKULASI

F12

Udara

(PRE FERMENTOR)

F13

NH3

Molase F10

Tabel 2.7 Neraca Massa Unit Pre Fermentor Komponen * Molasses dr Seed

Input (kg/j) F10

Komponen * Produk Atas

Output (kg/j) F14

Fermentor Gula Air Subtansi tak terfermentasi Ragi

2639,50 CO2 12583,92 N2 156,75 13,81 * Produk Bawah

* Mlasses dr tangki Molasses

F11

Gula

2664,75 Subtansi tak terfermentasi


Air

12574,83 Ragi 156,75

30,40 42,75

15393,98 Gula

Air

12,35

F15 5278,99 25167,85 313,50 27,61 30787,95

15396,33 Teknik Kimia-Unwahas

42


* Udara

F12

Udara

38,48

* Amonia NH3

F13 1,91 30830,70



30830,70

Fermentor CO2, Asetaldehid F20

F15

Ragi

F16

Molase

F17

Antifoam

F18 F19

Gula, Biomassa, Etanol, Air FERMENTOR F21

(NH4)2HPO4 H2SO4

Tabel 2.8 Neraca Massa Unit Fermentor Komponen

Input (kg/j)

Komponen

* Molasses dr Pre Fermentor

F15

Gula

5278,99 CO2

Air Subtansi tak terfermentasi Ragi

* Produk Atas

25167,85 Asetaldehid 313,50 27,61 * Produk Bawah

Output (kg/j) F20 24310,49 256,98 24567,47 F21


43


30787,95 Gula * Molasses dr T. Molasses

Air

F16

2677,40 251514,85

Subtansi tak Gula Air Subtansi tak terfermentasi

47965,50 terfermentasi 226347,00 Ragi

Amonium Sulfat * Asam Sulfat H2SO4

H2SO4

F17

Antifoam * Amonium Sulfat

27,61

2821,50 Antifoam 277134,00 Amonium Sulfat

*Antifoam

3135,00

0,31 Etanol F18

0,31 153,94 53,04 26000,53 283562,68

153,94 F19 53,04 308130,15

308130,15


44


Filter Press

Tabel 2.9 Neraca Massa Filter Press Komponen

Input (kg/j) Komponen

* Bahan Fermentor

F 21

Gula

2677,40 Gula

Air Subtansi tak terfermentasi Ragi Antifoam Amonium Sulfat H2SO4 Etanol

* Filtrat ke Destilasi

251514,85 Air 3135,00 Etanol 27,61

Output (kg/j) F 23 2677,40 249829,90 26000,53 278507,83

0,31 * Cek ke Pengolahan 153,94 Air 53,04 Subtansi tak terfermentasi 26000,53 Ragi

F 22 1684,95 3135,00 27,61

283562,68 Antifoam Amonium Sulfat H2SO4

0,31 153,94 53,04 5054,85

283562,68

283562,68


45


Unit Distilasi I

F25 Destilat F23

Bottom F24

Tabel 2.10 Neraca Massa Unit Distilasi I Komponen * Filtrat dari filter press Gula

Input (kg/j) F23

Komponen * Produk atas ke Destilasi-2

2677,4 Etanol

Output (kg/j)

F25 24700,5024

Air

249829,8988 Air

12491,4949

Etanol

26000,52889

37191,9974

278507,8277 * Produk Bawah

F24

Etanol

1300,02644

Air

237338,404

Gula

2677,4 241315,83

278507,8277

278507,828


46


Unit Distilasi II

F27 Destilat F25

Bottom F26

Tabel 2.11 Neraca Massa Kolom Distilasi II Komponen * Etanol dari Destilasi I

BM

Bolling Point F25

* Produk atas ke

CP F27

Membran Etanol

24700,50244 Etanol

23670,4915

Air

12491,49494 Air

520,895339

37191,99738

24191,3868 * Produk Bawah

F26

Etanol

1030,01095

Air

11970,5996 13000,6106

37191,99738

37191,9974


47


Membran Pervaporasi

Retentate F 29 F 27

Membran

Permeate F 28

Tabel 2.12 Neraca massa membrane pervaporasi Komponen * Etanol dr Distilasi-2 Etanol Air

Input (kg/j) F27

Komponen

Output (kg/j)

* Permeate

F28

23670,49149 Etanol 520,895339 Air 24191,38683

23.174,40 116,2206687 23290,622

* Rententate Etanol Air

F29 496,090161 404,6746703 900,7648314

24191,38683

24191,38683


48

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2. NERACA PANAS  Unit Seed Fermentor Air pendingin, 300C (Ulrich : 427) Sacc. Cereviceae Ammonia

Limbah gas

Udara

Larutan bakteri

Air pendingin, 45℃ (Ulrich : 427) Tabel 2.13 Neraca Panas Unit Seed Fermentor Komponen

Input (kkal/j)

* Molases

Komponen

Output (kkal)

* Produk Atas

Gula

2239,15041

CO2

12,4908546

Air

28087,2058

N2

37,8292613

Sub tak terfermentasi

124,38709

50,3201159

30450,7433 * Udara Udara

46,559616

*Amunium NH3

Gula

4435,86129

Air

56215,0235

Sub tak terfermentasi 4,78492266

Ragi

248,77418 169,758137 61069,4171

delta Hrx

2130096,24 2160598,33

Q Serap

2099478,59 2160598,33


49


Unit Pre Fermentor Air pendingin, 30oC (Ulrich, 1984)

Molasses encer

limbah gas

Molasses + ragi Ammonia Udara

larutan

Air pendingin, 45oC (Ulrich, 1984)

Tabel 2.14 Neraca Panas Unit Pre Fermentor : Komponen

Input (kkal/j)

* Molases dari fermentor

Komponen

Output (kkal)

* Produk Atas

Gula

2217,930646 CO2

12,49085456

Air

28107,51176 N2

37,82926133


124,3870901

50,32011589

Ragi

84,87906875 30534,70857 Gula

* Molasses dr tangki

Air

4435,861292 56215,02353

Sub tak Gula

2239,150413 terfermentasi

248,7741802


50


Air

28087,20585 Ragi

169,7581375

Sub tak terfm

124,3870901

61069,41714

30450,74335 * Udara Udara

46,55961597

*Amunium NH3

4,78

delta Hrx

223110,9481 Q Serap 284147,74



223028,0073 284147,7445

Unit Fermentor Air pendingin, 30oC (Ulrich, 427) Molasses encer

limbah gas

Molasses + ragi Anti foam Amm Phosphate Asam sulfat

larutan Air pendingin, 45oC (Ulrich, 1984)


51

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tabel 2.15 Neraca Panas Unit Fermentor

Komponen

Input (kkal/j)

Komponen

Output (kkal)

* Molases dr seed fermentor

* Produk Atas

Gula

4435,861292

CO2

24595,85704

Air

56215,02353

N2

377,0456661


248,7741802

ragi

169,7581375

Gula

2249,780023

61069,41714

Air

561784,7287

Sub tak fermentasi

2487,741802

* Molasses dr T. Mollases

24972,90271

Gula

40304,70744

Ragi

169,7581375

Air

505569,7052

Antifoam

0,579025144

Sub tak terfm

2238,967622

Amonium phospat

40,64616999

548113,3803

H2SO4

37,46386794

Etanol

44434,57318

* Antifoam Antifoam

0,579025144

611205,271

*Amunium phospat Amonium Phospat

40,65

* Asam Sulfat H2SO4

37,46


52


delta Hrx

12227011,78

Q Serap

12200095,10

12836273,27 

12836273,27

Unit Distilasi – 1

Destilat (D).. 30oC Etanol, Air…. Feed (F) Etanol, Gula, Air… Bottom(B).. 100,126oC Etanol, Gula, Air

Table 2.16 Neraca Panas Unit Distilasi – 1 Komponen

Input (kkal/j)

* Filtrat dari filter press Etanol

Output (kkal)

* Produk atas ke Destilasi 2

711088,1819 Etanol

Air Gula

Komponen

8304392,86 Air 37577,45578

42212,84452 27901,06083 70113,90535

*Produk 9053058,498

Bawah ke


53


Etanol

36226,73162

Air

8028225,707

Gula

38314,44696 8102766,885

*Q condensation * Q reboiling



12406248,52

11526070,81 * Q loss

576303,5407

21155432,85

21155432,85

Unit Distilasi -II

Destilat (D).. 30oC Etanol, Air…. Feed (F).. 98,8359oC Etanol, Air Bottom(B).. 94,85oC Etanol, Air


54

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Table 2.17 Neraca Panas Unit Distilasi -II : Komponen

Input (kkal/j)

Komponen

Output (kkal)

* Filtrat dari filter press

* Produk atas ke Destilasi 2

Etanol

42212,84452

Etanol

Gula

27901,06083

Air

70113,90535

40452,5689 1163,474236 41616,04314

* Produk atas ke membran Etanol Air

26513,3875 376250,1946 402763,5821

*Q * Q reboiling

11909642,39

13503105,99

condensation

12463244,24

* Q loss

595482,1195 13503105,99


55

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2.5 LAY OUT PERALATAN 2.5.1 Lay Out Pabrik Pabrik etanol dari molases ini diletakkan di dalam ruangan (indoor), mengingat kebutuhan akan sterilitas (kebersihan) dan menghindari pengaruh cuaca. Lay out pabrik adalah kedudukan dari bagian pabrik yang terdiri dari tempat karyawan bekerja, tempat peralatan, tempat penyimpanan bahan baku, tempat penyimpanan produk, baik itu produk utama maupun produk samping yang ditinjau dari segi hubungan satu dengan yang lainnya. Lay out pabrik harus dirancang sedemikian rupa sehingga penggunaan area yang tersedia dapat efisien dan proses produksinya dapat berjalan dengan lancar. Jadi dalam penentuan tata letak pabrik harus dipikirkan penempatan alat-alat produksi sehingga keamanan, keselamatan dan kenyamanan bagi karyawan dapat dipenuhi. Selain peralatan yang tercantum dalam flow sheet proses, beberapa bangunan fisik seperti kantor, laboratorium, bengkel, tempat ibadah, poliklinik, MCK, kantin, fire safety, pos penjagaan dan sebagainya hendaknya ditempatkan pada bagian yang tidak mengganggu jalannya proses, ditinjau dari lalu lintas barang, kontrol, dan keamanan.


56

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Hal-hal yang harus diperhatikan dalam perencanaan tata letak pabrik adalah : 1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan Perluasan pabrik harus sudah direncanakan sejak awal sehingga masalah kebutuhan akan tempat tidak akan timbul di masa depannya. Area yang khusus harus dipersiapkan untuk dipakai tempat perluasan pabrik, penambahan peralatan untuk menambah kapasitas, maupun pengolahan produk. 2. Keamanan Penentuan tata letak pabrik harus memperhatikan masalah keamanan, apabila terjadi hal-hal seperti kebakaran, ledakan, kebocoran gas beracun dapat ditanggulangi secara tepat. Oleh karena itu ditempatkan alat-alat pengamanan seperti hidrant, penampungan air yang cukup, alat penahan ledakan dan alat sensor gas beracun. Tangki penyimpanan bahan baku atau produk yang berbahaya diletakkan pada tempat khusus sehingga dapat dikontrol dengan baik. 3. Luasan area yang tersedia Pemakaian tempat harus disesuaikan dengan area yang tersedia apabila harga tanah cukup tinggi maka pemakaian lahan haruslah efisien. 4. Instansi dan utilitas Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, steam, dan listrik serta utilitas lainnya akan membantu proses produksi dan perawatannya. Penempatan alat-alat kantor diatur sedemikian rupa agar karyawan Teknik Kimia-Unwahas

57

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol mudah mencapainya dan dapat menjamin kelancaran operasi serta memudahkan perawatannya. 5. Area pengolahan limbah Pabrik harus memperhatikan aspek sosial dan ikut menjaga kelestarian lingkungan, yaitu dengan memperhatikan masalah buangan limbah hasil produksinya. Batas maksimal kandungan komponen berbahaya pada limbah harus diperhatikan dengan baik. Untuk itu penambahan fasilitas pengolahan limbah sangat diperlukan, sehingga buangan limbah tersebut tidak berbahaya bagi komunitas yang ada di sekitarnya. 6. Jarak yang tersedia dan jarak yang dibutuhkan Alat-alat proses perlu diletakkan pada jarak yang teratur dan nyaman

sesuai

dengan

karakteristik

alat

dan

bahan

sehingga

kemungkinan bahaya kecelakaan dapat dihindarkan. Sebagian besar gerakan bahan cairan dan gas di plant menggunakan piping dan harus memperhatikan regulasi yang tepat dalam desain. Letak alat proses diusahakan tidak terlalu dekat atau terlalu jauh untuk mempermudah pengangkutan dan perbaikan.


58

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Secara umum, garis besar tata letak pabrik ini dibagi menjadi beberapa daerah utama, yaitu : 1. Daerah Administrasi/ Perkantoran Daerah ini merupakan pusat kegiatan administrasi perusahaan yang mengatur kelancaran operasi dan kegiatan-kegiatan lainnya. Daerah ini ditempatkan di bagian depan pabrik agar kegiatan administrasi tidak mengganggu kegiatan dan keamanan pabrik serta harus terletak jauh dari areal proses yang berbahaya. 2. Daerah Fasilitas Umum Merupakan daerah penunjang segala aktivitas pabrik dalam pemenuhan kepentingan pekerja, seperti tempat parkir, tempat ibadah, kantin dan pos keamanan. 3. Daerah Proses Merupakan pusat proses produksi di mana alat-alat proses dan pengendali proses ditempatkan. Daerah proses ini terletak di bagian tengah pabrik yang lokasinya tidak mengganggu. Letak aliran proses direncanakan sedemikian rupa sehingga memudahkan pemindahan bahan baku dari tangki penyimpanan dan pengiriman produk ke daerah penyimpanan serta memudahkan pengawasan dan pemeliharaan terhadap alat-alat proses. Daerah proses ini diletakkan minimal 15 meter dari bangunan-bangunan atau unit-unit lain.


59

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 4. Daerah Laboratorium dan Ruang Kontrol Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendali proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual. Daerah laboratorium merupakan pusat kontrol kualitas bahan baku, produk dan limbah proses, sedangkan daerah ruang kontrol merupakan pusat kontrol berjalannya proses yang diinginkan (kondisi operasi baik tekanan, temperatur dan lain-lain yang diinginkan). Laboratorium dan ruang kontrol ini diletakkan dekat daerah proses sehingga apabila terjadi sesuatu masalah di daerah proses dapat cepat teratasi. 5. Daerah Pemeliharaan Daerah pemeliharaan merupakan tempat penyimpanan suku cadang alat proses dan untuk melakukan perbaikan, pemeliharaan atau perawatan semua peralatan yang dipakai dalam proses. 6. Daerah Penyimpanan Bahan Baku dan Produk Daerah ini terdiri dari area tangki penyimpanan bahan baku dan produk yang terletak di lingkungan terbuka dan berada di dalam daerah yang dapat terjangkau oleh angkutan pembawa bahan baku dan produk. Daerah ini biasanya ditempatkan di dekat areal proses supaya suplai bahan baku proses dan penyimpanan produk lebih mudah. 7. Daerah Utilitas Daerah ini merupakan tempat untuk penyediaan keperluan yang menunjang berjalannya proses produksi berupa penyediaan air, steam, Teknik Kimia-Unwahas

60

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol listrik. Daerah ini ditempatkan dekat dengan daerah proses agar sistem pemipaan lebih ekonomi, tetapi mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan maka jarak antara areal utilitas dengan areal proses harus diatur (sekitar 15 m). 8. Daerah Pengolahan Limbah Merupakan daerah pembuangan dan pengolahan limbah hasil proses produksi. Adapun perincian luas tanah dan bangunan pabrik dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 2.18 Luas Tanah Bangunan No

Luas(m2)

Lokasi

1

Pos Jaga

50

2

Parkir

900

3

Musholla

400

4

Poliklinik

100

5

Safety Departement

400

6

Unit Utilitas

1800

7

Laboratorium

600

8

Kantor

1000

9

Bengkel

700

10

Kantin

250


61


11

Ruang Kontrol

1000

12

Daerah Proses

4000

13

Daerah Perluasan

5000

14

Unit Pengolahan Limbah

1000

15

Taman

800

16

Jalan Raya

1400

17

Storage Bahan Baku

5000

18

Tangki Produk

2600

Total

27000

2.5.2 Lay Out Denah Pabrik

Gambar 2.5 Lay Out DenahPabrik Teknik Kimia-Unwahas

62

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Keterangan gambar : 1. Jalan raya

10. Bengkel

2. Pos jaga

11. Unit utilitas

3. Taman

12. Ruang kontrol

4. Poliklinik

13. Daerah proses

5. Parkir

14. Tangki produk

6. Mushola

15. Laboratorium

7. Safety department

16. Daerah pengolahan limbah

8. Kantor

17. Daerah perluasan

9. Kantin

18. Jalan pabrik

Lay Out Peralatan Proses Dalam perencanaan tata letak peralatan proses pada pabrik ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan, yaitu: 1. Arah Angin Penempatan peralatan proses harus memperhatikan arah angin. Peralatan yang harus diletakkan di bagian upwind pabrik (berlawanan dengan arah angin) adalah semua peralatan yang dapat menumpahkan zatzat yang mudah terbakar dan unit pengelolaan limbah. Sedangkan peralatan yang diletakkan di bagian downwind pabrik (searah dengan arah


63

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol angin) adalah perkantoran, laboratorium, control room, tangki penyimpan (storage) yang menampung bahan-bahan yang tidak beracun, tidak berbahaya dan tidak mudah terbakar, bengkel, kantin, mesjid, dan tempat parkir. 2. Cahaya Penerangan seluruh pabrik harus memadai, dan pada tempattempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu diberikan penerangan tambahan. 3. Lalu lintas manusia Dalam perancangan tata letak peralatan proses, perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Supaya apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Selain itu keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya perlu mendapatkan prioritas utama. 4. Lalu lintas alat berat Hendaknya diperhatikan jarak antar alat dan lebar jalan agar seluruh alat proses dapat dicapai oleh pekerja dengan cepat dan mudah supaya jika terjadi gangguan alat proses dapat segeara diperbaiki. 5. Perhitungan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses pada pabrik diusahakan agar dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran serta keamanan produksi, sehingga dapat menguntungkan dari segi ekonomi.


64

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 6. Jarak alat proses Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi, sebaiknya dipisahkan dari alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut tidak membahayakan alat-alat proses lainnya.


65


BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1. SPESIFIKASI ALAT 3.1.1. Tangki Penyimpanan Molasses ( T-101 ) Kode

: T- 101

Fungsi

: Untuk menyimpan bahan baku molasses selama 180 hari yang dibagi dengan tangki sebanyak 6 buah

Diameter Tangki

: 60 ft

Tinggi Tangki

: 30 ft

Jumlah plate

: 5 plate

Lebar Plate

: 6 ft

Nozzle Pengeluaran : 20.961.419,06 ft3 Pemipaan 

Diameter nominal 3,5 in



Schedule Number 40



Inside Diameter 3,55 in



Outside diameter 4 in



Diameter Pipa optimal 3,06 in


66

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 3.1.2. Pompa Kode

: P-101

Fungsi

: Mengalirkan Molasses dari tangki penampung menuju mixer

Jenis

: Centrifugal

Bahan

: Stenles Steall

Jumlah

: 1 buah

Debit Pompa

: 207,43 ft3/s

Dimensi  Diameter nominal 5 in  Schedule Number 40  Inside Diameter (ID) 0,4206 in  Outside Diameter (OD) 0,4636 in  Flow area pipe (A) 0,1390 ft2 Head

: 42 ft.lbf/lbm

Effisiensi Pompa : 80 % Effisiensi Motor : 97,1 % Dalam pipa

: 5,047 in

Power Motor

: 5 Hp


67

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 3.1.3. Fermentor Kode

: T-203

Fungsi

: Sebagai tempat pembentukan etanol dengan proses fermentasi

Tipe

: Stired Tank Bioreaktor

Jumlah : 6 buah Material : Stainless steel dengan spesifikasi tipe 304 grade 3 Kondisi :  Tekanan : 1 atm  Suhu

: 30 oC

Fase reaksi : cair Katalis : Ragi + H2SO4 + Ammonium Phospat Tinggi

: 67,86 ft

Diameter : 33,93 ft Volume : 61346,87 ft3 Jenis head dan bottom : Thorispherical Head dan bottom :

Tebal : 1,79 in Tinggi : 142,89 ft

Material pengaduk

: SS 316 dengan tipe Paddle

Power Pengaduk

: 307335,4 Hp

Jaket Pendingin Tipe

: Jacket

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel Grade C

Fungsi

: Menjaga temeratur pada fermentor ( 30 0C )


68

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Pipa

: Outside Diameter (OD)

: 12,75 in

IPS

: 12

Inside Diameter (ID)

: 12,09 in

Clear overall Koef.(UC)

: 85,52 Btu/ (Hr)(ft2)(0F)

Desaign overall Koef.(UD)

: 78,78 Btu/ (Hr)(ft2)(0F)

Luas Perpindahan Panas

: 99,75 ft2

3.1.4. Menara Distilasi Kode

: D-302

Fungsi

: Memurnikan Produk Etanol

Tipe

: Sieve Tray

Material

: Low Alloy Carbon Steel SA-285 Grade C

Tipe Tray

: Cross Flow

Diameter

: 5,74 m

Tinggi

: 6,3 m

Head dan Bottom : Jenis

: Torispherical

Tebal : 0,55 in Tinggi : 117,12 in Jumlah Plate Minimum : 6 buah Jumlah Tray

: 15 buah

Kondisi Operasi

: Puncak : Suhu : 354,60K

Tekanan

: 1 atm

Umpan

: Suhu : 361,390K


69

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tekanan

: 1 atm

Dasar : Suhu

: 371,59 0K

Tekanan

: 1 atm

3.1.5. Membran Pervaporasi Kode

: M-301

Fungsi

: Untuk memurnikan produk etanol hingga 99,7% v/v

Bahan Membran : Material keramik yang dimodifikasi dengan Na-A Zeolit Modul

: Tubular (shell dan tube)

Kondisi operasi : 750C Pola Aliran

: Cross Flow

Jumlah Chanel : 21 buah Jumlah Modul : 21 buah Fluks permeat (Jp) : 0,5 kg/m2jam Panjang Tube : 1,25 m Diameter hidraulik chanel : 18 mm Diameter : a. Diameter modul pervaporasi : 10,1 cm b. Diameter housing pervaporasi : 46,3 cm


70


BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 UNIT PENDUKUNG PROSES Unit pendukung proses atau utilitas adalah unit yang bertugas menyediakan sarana penunjang untuk menjamin kelancaran proses produksi. Pada perancangan pabrik bioetanol ini, utilitas yang diperlukan meliputi : 1.

Unit penyediaan dan pengolahan air Berperan dalam pengadaan dan pengolahan air sanitasi, air umpan boiler, dan air pendingin.

2.

Unit penyediaan steam Berperan dalam penyediaan steam untuk heat exchanger dan reboiler.

3.

Unit penyediaan tenaga listrik Sebagai penyedia tenaga listrik untuk tenaga penggerak peralatan proses dan untuk penerangan. Listrik disuplai dari PLN dan sebagai cadangan digunakan generator.

4.

Unit penyediaan bahan bakar Sebagai penyedia bahan bakar untuk peralatan proses

5.

Unit penyediaan udara tekan Menyediakan udara tekan untuk menjalankan instrumen di seluruh area proses dan utilitas.

6.

Unit pengolahan limbah Berperan untuk mengolah limbah yang dihasilkan dari seluruh area pabrik.


71

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan air A. Penyediaan Air Dalam pemenuhan kebutuhan air, suatu industri pada umumnya menggunakan air sumur, air sungai, air danau, atau air laut sebagai sumber air. Pada prarancangan pabrik etanol ini, sumber air yang digunakan adalah air Sungai Terbanggi Kabupaten Lampung Tengah Provinsi Lampung untuk air sanitasi, air proses, dan cadangan. Pengadaan air pada pabrik ini dipergunakan untuk keperluan : 1. Air pendingin Sumber air yang telah diolah sehingga memenuhi syarat yang dapat digunakan sebagai air pendingin. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada air pendingin :  Kesadahan (hardness) yang dapat menyebabkan kerak.  Asam, yang dapat menimbulkan korosi.  Minyak, yang merupakan penyebab terganggunya film corrotion inhibitor, menurunkan heat transfer coefficient serta dapat menjadi makanan mikroba sehingga menimbulkan endapan. Untuk kelancaran dan efisiensi kerja dari air pendingin, maka perlu diperhatikan persyaratan untuk air pendingin dan air umpan boiler (Lamb, 1985) :


72

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tabel 4.1 Persyaratan Air Pendingin dan Air Umpan Boiler Kadar Maximum (ppm) Karasteristik Air Boiler

Air Pendingin

Silica

0,7

50

Alumunium

0,01

-

Iron

0,05

-

Manganase

0,01

-

Calcium

-

200

Sulfate

-

680

Chloride

-

600

Disolved Solid

200

1000

Suspended Solid

0,5

5000

Hardness

0,07

850

Alkalinity

40

500


73

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Untuk menghemat air, maka air pendingin yang telah digunakan didinginkan kembali dalam cooling tower, sehingga perlu sirkulasi air pendingin, maka disediakan pengganti sebanyak 20% kebutuhan. Tabel 4.2 Kebutuhan air pendingin No.

Nama Alat

Kode Alat

1

Tangki Inolukasi

(T-203A)

15339

33817

2

Tangki Inolukasi

(T-203B)

5020

11068

3

Fermentor

(T-204)

7485

16502

4

Kondensor -1

(C-301)

16006

35287

5

Kondensor -2

(C-302)

7258

16001

51108

112675

Total

Kebutuhan air pendingin total

CW(kg/jam)

CW(lb/jam)

= 51108 kg/jam = 51108 kg/jam : 1000 kg/m3 x 24 jam/hari = 1228 m3/hari

Make-up water diambil 20% kebutuhan total= 20% x 1228 m3/hari = 246 m3/hari


74

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2. Air Umpan Boiler Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penanganan air umpan boiler adalah sebagai berikut : 

Zat yang dapat menyebabkan korosi Korosi yang terjadi di dalam boiler disebabkan karena air mengandung larutan-larutan asam dan gas-gas terlarut.



Zat yang dapat menyebabkan kerak Pembentukan kerak disebabkan adanya kesadahan (biasanya berupa garam-garam karbonat dan silikat) dan suhu yang tinggi.



Zat yang dapat menyebabkan foaming Air yang diambil dari proses pemanasan biasanya menyebabkan foaming pada boiler karena adanya zat-zat organik, anorganik, dan zat-zat yang tak larut dalam jumlah besar. Direncanakan boiler menghasilkan steam jenuh (saturated steam) pada tekanan 4,5 atm dengan suhu = 1480C ( Ulrich, 1984 ). Kebutuhan steam dapat dilihat pada tabel 4.3.


75

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tabel 4.3 Jumlah steam yang dibutuhkan untuk memproduksi etanol No. Nama Alat

Kode Alat

Steam (Kg/jam)

Steam (Kg/jam)

1

Reboiler Distilasi-1

( RB - 301 )

3599

7935

2

Reboiler Distilasi-2

( RB - 302 )

1584

3493

5183

11428

Total Total Kebutuhan steam = 5183 kg/jam

Untuk faktor keamanan dari kebocoran-kebocoran yang terjadi, maka direncanakan steam yang dihasilkan 20 % dari kebutuhan steam total : = 1,2 x kebutuhan normal = 1,2 x 5183 kg/jam = 6220 kg/jam Kebutuhan air untuk pembuatan steam : Air yang dibutuhkan diambil 20 % berlebih dari jumlah steam yang dibutuhkan untuk faktor keamanan. Produksi steam

= 6220 kg/jam

Kebutuhan air

= 1,2 x 6220 kg/jam = 7464 kg/jam

𝜌 air

= 1000 kg/m3

maka volume air

= Kebutuhan air : 𝜌 air = 7464 kg/jam : 1000 kg/m3 x 24 jam/hari = 180 m3/hari

Air kondensat dari hasil pemanasan direcycle kembali ke boiler. Dianggap kehilangan air kondensat = 20 %, maka air yang ditambahkan sebagai makeup water adalah = 0,2 x 180 m3/hari = 36 m3/hari Teknik Kimia-Unwahas

76

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 3. Air sanitasi Air sanitasi digunakan untuk kebutuhan air minum, laboratorium, kantor, dan perumahan. Syarat air sanitasi meliputi : 

Syarat fisik : - warna jernih - tidak mempunyai rasa - tidak berbau - suhu dibawah suhu udara luar



Syarat kimia : - tidak mengandung zat organik maupun zat anorganik - tidak beracun



Syarat mikrobiologi : - tidak mengandung bakteri-bakteri (terutama bakteri patogen)

Kebutuhan air perkantoran dan perumahan dapat diperkirakan sebagai berikut : 

Air untuk karyawan kantor Kebutuhan air untuk karyawan diperkirakan 40 lt/orang/hari sehingga untuk 202 orang diperlukan = 4 m3/hari.



Air untuk laboratorium, pembersihan, pertamanan, dan lain-lain diperkirakan 35000 lt/hari = 36 m3/hari Jadi total kebutuhan air sanitasi = 40 m3/hari


77

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 4. Air proses Air proses digunakan untuk keperluan air umpan proses. Dari perhitungan neraca massa diperoleh data : kebutuhan air proses 230.596,67 kg/jam = 230.596,67

kg 1lt 24 jam 1 m 3    jam kg hari 1000 lt

= 5.534,32 m3/hari. 5. Air hidrant Merupakan air yang digunakan untuk pencegah dan pemadam kebakaran. Pada umumnya air ini tidak memiliki syarat yang spesifik. 6. Air pencuci peralatan Air pencucian peralatan diasumsikan sebanyak 30% dari volume reaktor. Sistem air pencuci menggunakan air pencuci yang disemprotkan pada tingkat tinggi. Hal ini dilakukan agar kebutuhan air yang digunakan lebih kecil. Berikut ini adalah kebutuhan air pencuci untuk peralatan reaktor dan sistem pemipaan. Tabel 4.4. Kebutuhan air untuk pencucian peralatan No.

Nama alat

Kebutuhan ( kg/batch)

1.

Unit Hidrolisa tetes T – 201

21.500

2.

Fermentor Inokulasi V – 301

18.350

3.

Fermentor V – 401

25.000

4.

Perpipaan

5.000

Total

69.850


78

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol B. Pengolahan air Pengolahan air bertujuan untuk memenuhi syarat–syarat air untuk dapat digunakan sesuai dengan keperluan. Tahap–tahap pengolahan air dapat dilihat pada Gambar 4.1. berikut ini : Air Sungai NaOH Khlorin

Alum (Tawas) Premix Tank (Pengadukan Cepat) Clarifier (Pengadukan Clear Well Lambat) Sand Filter

Filter Water Storage Tank

Demin Plant

Hydrant Deaerator

Cooling Tower

Sanitasi

Air Proses

Umpan Boiler Gambar 4.1 Blok Diagram Pengolahan Air dari Air Sungai Air diperoleh dari Sungai Terbanggi yang ada di sekitar pabrik dengan mengolahnya terlebih dahulu agar memenuhi syarat untuk digunakan. Pengolahan tersebut meliputi pengolahan secara fisik dan kimia, seperti penambahan desinfektan atau dengan menggunakan ion exchanger.


79

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Mula-mula air dimasukkan ke premix tank dimana ditambahkan bahan-bahan kimia sambil diaduk dengan agitator berkecepatan putaran tinggi. Bahan-bahan kimia yang ditambahkan antara lain : a. Alum (Al2(SO4)3) yang berfungsi sebagai flokulan untuk mengikat partikel–partikel kecil menjadi flok–flok yang lebih besar. b. Coagulant acid, untuk menggumpalkan kotoran. c. Caustic soda, sebagai pengatur pH supaya berkisar antara 6,4-6,7. d. Kalsium hipoklorit atau Cl2 cair sebagai desinfektan. Air bersama dengan flok-flok halus yang terbentuk kemudian dialirkan ke clarifier. Di clarifier air diaduk pada putaran rendah agar kotoran mengendap karena gaya gravitasi. Endapan lumpur sebagai blowdown sedangkan air keluar melalui overflow dan selanjutnya dialirkan ke clear well. Clear well berfungsi sebagai tempat penampung sementara sebelum air dimasukkan ke sand filter. Untuk menjaga agar pH air konstan, ke dalam aliran air yang akan masuk ke clear well ditambahkan larutan soda. Antara clear well dan premix tank dihubungkan dengan suatu pipa by pass yang digunakan bila pengaduk pada clarifier tidak berfungsi karena endapan lumpur banyak. Sand filter bertugas menyaring partikel-partikel halus yang masih terbawa aliran air dari clear well. Air yang keluar dari sand filter selanjutnya ditampung dalam bak penampung (Filter Water Storage Tank) untuk


80

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol selanjutnya didistribusikan ke unit proses, sanitasi, hydrant, make up cooling water dan demineralisasi. 1. Unit Cooling Water Air pendingin yang telah meningkat temperaturnya dari proses akan dialirkan ke bagian atas menara pendingin (cooling tower) untuk didinginkan. Air dari bagian atas akan mengalir ke bawah dan kontak dengan udara luar yang mengalir ke atas dari bagian bawah menara pendingin. Udara luar tersebut disirkulasikan oleh 2 buah blower yang terletak di bagian atas menara pendingin. Air dialirkan melalui lamela yang memiliki celah kecil agar air berubah menjadi droplet untuk memperbesar luas kontak dengan udara luar. Di menara pendingin, sebagian air akan menguap dan energi penguapan diambil dari air sendiri. Udara akan membantu proses pendinginan dengan cara membawa uap yang terbentuk. Temperatur air akan menurun dari sekitar 35oC menjadi sekitar 30oC. Air yang keluar dari cooling tower pada suhu 30oC dan tekanan 4,4 bar. Sedangkan air yang kembali ke cooling tower memiliki temperatur maksimum 35oC.


81

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Vapor

Make up

Dari Sistem

Ke Sistem Ke side filter Drain

Gambar 4.2. Sistem Cooling Tower Penghilangan padatan terlarut dalam air dilakukan dalam side filter yang terdiri atas pasir, kerikil, dan antrasit. Zat-zat kimia yang ditambahkan ke dalam Cooling Tower adalah: a.

Organik fosfat untuk mencegah korosi dan scaling

b.

CaOCl untuk mencegah pertumbuhan mikroorganisme

c.

H2SO4 untuk mengurangi alkalinitas dan mengatur Ph Korosi harus dicegah karena dapat menyebabkan karat pada

peralatan proses. Korosi dapat disebabkan karena pH air yang terlalu rendah dan kandungan oksigen yang terlalu besar. Scaling adalah pembentukan kerak yang bersifat keras dan lebih permanen. Organik fosfat dapat mencegah korosi dan scaling karena dapat membuat lapisan fosfat pada permukaan logam alat, sehingga ion-ion penyebab korosi dan scaling sulit untuk menyerang logam. Scaling dihindari karena dapat memperbesar tahanan perpindahan panas, sehingga menghambat pertukaran panas. Selain itu, kerak dapat mengakibatkan terjadinya fouling pada alat proses. Senyawa-senyawa yang dapat Teknik Kimia-Unwahas

82

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol menyebabkan scaling adalah CaCO3, MgSiO3, dan Ca3(PO4)2. Oleh karena itu, konsentrasi ion-ion penyebab kesadahan ini harus selalu dikontrol. Untuk mencegah senyawa-senyawa scaling tersebut menempel pada dinding alat, ditambahkan zat dispersant polimer (Betz). Adanya mikroorganisme dalam air proses dapat menyebabkan timbulnya lapisan film pada alat proses dan mengurangi efisiensi pertukaran panas. Ion Cl- dari CaOCl berfungsi untuk mematikan organisme dan diatur konsentrasinya dalam air sebesar 0,2 – 0,5 ppm. 2. Unit Air Demineralisasi Air demineralisasi adalah air yang telah dihilangkan kandungan ion-ionnya baik ion positif maupun ion negatif seperti Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl- dalam resin penukar ion. Ion-ion tersebut harus dihilangkan karena bisa menimbulkan scaling dan korosi pada alat. Air demineralisasi dipakai untuk membuat steam di boiler, make-up feed untuk umpan Reaktor 1. Air demineralisasi disimpan dalam tangki Demin Water. Air umpan

dari tangki penyimpanan sementara

pada unit

pengolahan air sungai dilewatkan sand filter untuk mengurangi padatan terlarut dan kekeruhan (turbidity)-nya. Selanjutnya air disaring kembali dengan menggunakan cartridge filter untuk menghilangkan padatan yang sangat halus (berukuran mikron). Air yang telah bersih dari padatan dilewatkan dalam kolom penukar Teknik Kimia-Unwahas

83

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol kation dari atas ke bawah untuk menghilangkan kation. Untuk menghilangkan anion, air dilewatkan kolom penukar anion dengan cara yang sama. Reaksi pada penukar kation : Mn+ + nRH → RnM + nH+ Reaksi pada penukar anion

: Xn- + nR-OH → RnX + nOH-

Kemudian air dimasukkan ke deaerator untuk dihilangkan kandungan O2 dan CO2 yang dapat menyebabkan korosi pada alat proses, khususnya pada boiler. Dalam kondisi normal, waktu untuk proses demineralisasi adalah sekitar 12 jam, sedangkan proses regenerasi sekitar 30 menit, ditambah dengan slow rinse dan fast rinse dengan air PDAM, sehingga total waktu regenerasi kurang lebih 100 menit. Untuk meregenerasi resin penukar anion digunakan NaOH 40% berat dan untuk meregenerasi resin penukar kation digunakan HCl 33% berat. Reaksi regenerasi kation : RnM + HCl → nR-H + MCl Reaksi regenerasi kation : RnX + nNaOH → nR-OH + nNaX

Cartridge Filter

Cation Anion Deaerator Exchanger Exchanger Heater steam Na2SO3

Storage Tank

Demin Water

Gambar 4.3. Sistem air demineralisasi


84

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 3. Unit Air Sanitasi Air

sanitasi

digunakan

untuk

kebutuhan

air

minum,

laboratorium dan kantor. Syarat air sanitasi meliputi : a. Syarat fisik  Suhu di bawah suhu udara luar  Tidak berwarna (jernih)  Tidak mempunyai rasa  Tidak berbau b. Syarat kimia  Tidak mengandung zat organik maupun anorganik  Tidak beracun c. Syarat biologis  Tidak mengandung bakteri-bakteri terutama yang patogen Untuk konsumsi air ini digunakan air dari sungai cisadane yang disimpan dalam bak penampung air bersih terlebih dahulu. Perlakuan yang dilakukan adalah penambahan kaporit untuk mengurangi pertumbuhan mikroorganisme. 4. Unit Air Pemadam Kebakaran Sistem ini berfungsi untuk mensuplai air pemadam kebakaran. Sumber air pemadam kebakaran, yaitu air segar dan air dari kawasan industri apabila air segar pada Fire Water Tank tidak mencukupi. Sistem ini menggunakan 4 buah pompa untuk mendistribusikan air ke Teknik Kimia-Unwahas

85

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol seluruh penjuru pabrik. Tekanan sepanjang jalur pemipaan dikontrol dengan motor pompa yang bekerja otomatis bila mensinyalir adanya penurunan tekanan pada jalur air pemadam, baik dalam spinkler maupun hidran. 4.1.2 Unit Penyediaan Steam A. Kebutuhan Steam Steam pada pabrik Etanol digunakan untuk memenuhi kebutuhan panas pada alat heat exchanger, reaktor dan reboiler pada unit kolom destilasi. Untuk memenuhi kebutuhan steam digunakan boiler jenis water tube yang menghasilkan steam pada temperatur 121oC dan tekanan 2 atm. Pembakaran fuel gas menyebabkan perpindahan panas secara radiasi di pipa-pipa boiler yang berisi air, dan untuk perpindahan panas yang lebih sempurna, gas panas dialirkan melewati pipa-pipa untuk menghasilkan perpindahan panas secara konveksi.

Boiler

Steam Header

Proses

Steam, CO2, O2

Blow Down Deaerator

Make up water

Gambar 4.4 Sistem penyediaan steam Air umpan boiler adalah air dari unit demineralisasi yang telah dipanaskan terlebih dahulu dalam tangki deaerator yang diletakkan cukup tinggi untuk menghilangkan kandungan gas yang terlarut, karena pada temperatur tinggi dan tekanan rendah, kelarutan gas akan turun. Gas O2 dalam air umpan Teknik Kimia-Unwahas

86

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol dihilangkan dengan menggunakan oxygen scavenger berupa Natrium Sulfite (Na2SO3) 4.1.3 Unit Penyediaan Listrik A. Kebutuhan Listrik Tenaga listrik yang dibutuhkan Pabrik ini dipenuhi dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) dan Generator Set (Genset) dan distribusi pemakaian listrik untuk memenuhi kebutuhan pabrik seperti : keperluan alat dan penerangan pabrik. Untuk keperluan alat proses disediakan dari generator set, sedangkan untuk penerangan pabrik dari PLN. Bila terjadi kerusakan pada generator set, kebutuhan listrik bisa diperoleh dari PLN, demikian juga bila terjadi gangguan dari PLN, kebutuhan listrik untuk penerangan bisa diperoleh dari generator set. Suplai listrik yang diterima dari PLN bertegangan 2300 V dan melalui transformator tegangan ini diturunkan menjadi 380 V dan 220 V untuk selanjutnya didistribusikan kepada unit-unit yang membutuhkannya. Faktor daya yang digunakan adalah sebesar 0,8. Total kebutuhan daya listrik yang digunakan oleh Pabrik Etanol adalah = 1130 kW


87

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tabel 4.5 Kebutuhan listrik untuk peralatan proses dan utilitas No

Nama Alat

Kode Alat

Power (HP)

1

Jaket Fermentor 943,0

(T - 30 )

2

Pompa Molasses

(P – 101)

4,5

3

Pompa Air

(P – 102)

4,5

4

Pompa Sacc. Cerev

(P – 103)

4,5

5

Pompa Air Proses

(P – 104)

4,5

6

Pompa Anti Foam

(P – 105)

4,5

7

Pompa Amonium Phospat

(P – 106)

4,5

8

Pomba Asam Sulfat

(P – 107)

4,5

9

Pompa dari Mixer

(P – 201)

4,5

10

Ponpa dari Inokulasi

(P – 202)

4,5

11

Pompa dari T-30

(P – 302)

4,5

12

Pompa Destilasi -1

(P – 303)

4,5

13

Pompa Destilasi -2

(P – 304)

4,5

14

Pompa dari Membran

(P – 305)

4,5

943,0

Peralatan Utilitas 1

Cooling Tower

2

Mixer keagulasi-flokulasi

2 A-220

18


88


3

Pompa air sungai

L-211

4,5

4

Pompa bak keagulasi

L-231

4

5

Pompa mbak pengendap

L-231

5

6

Pompa sand filter

L-251

5,5

7

Pompa bak penampung air L-261

1

sanitasi 8

Pompa tangki kation exhanger

L-271

1

9

Pompa boiler

L-273

1

10

Pompa bak penampung air L-281

1

pendingin 11

Pompa cooling tower

L-284

1

12

Pompa air pendingin

L-282

1

13

Pompa air proses

L-274

2,5

Total

1049

1 HP = 745,6 Watt = 0,7456 kW Jadi kebutuhan listrik untuk alat proses dan utilitas : 0,7456 x 1049,0 = 782 kWh tiap-tiap lokasi. Dengan menggunakan perbandingan beban listrik (lumen/m2), dimana 1 foot candle = 10076 lumen/m2 dan 1 lumen = 0,0015 watt (Perry 7ed Conversion Table) Teknik Kimia-Unwahas

89

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Kebutuhan ini dapat dilihat pada tabel 4.6 Tabel 4.6 Kebutuhan listrik Ruang Pabrik dan Daerah Pabrik. No. Bangunan

1

Jalan Aspal

2

Pos keamanan

3

Luas

Foot

total

candle

Lumen/m2

2.350

235

2367860

100

10

100760

Parkir

1200

120

1209120

4

Taman

800

80

806080

5

Tambangan Truk

100

10

100760

6

Pemadam Kebakaran

200

20

201520

7

Bengkel

225

23

231748

8

Kantor

1200

120

1209120

9

Perpustakaan

500

50

503800

10

Kantin

225

23

231748

11

Poliklinik

100

10

100760

12

Mushola

900

90

906840

13

Ruang Proses

3600

360

3627360

14

Ruang control

100

10

100760

15

Laboratorium

625

63

634788


90


16

Unit Pengolahan Air

900

90

906840

17

Unit

500

50

503800

Pembangkit

Listrik 18

Unit Boiler

500

50

503800

19

Storage Produk

625

63

634788

20

Storage Bahan Baku

625

63

634788

21

Gudang

625

63

634788

22

Utilitas

400

40

403040

23

Daerah Perluasan

3600

360

3627360

Total

20000

2003

20182228

Untuk penerangan daerah proses, daerah perluasan, daerah utilitas, daerah bahan baku, daerah produk, tempat parkir, bengkel, gudang, jalan dan taman digunakan merkuri 250 watt. Untuk lampu merkuri 250 watt mempunyai Lumen Output = 166675 lumen (Perry 7ed,Conversion factor). Tabel 4.7 Jumlah lampu merkuri yang dibutuhkan No

LOKASI

Lumen/M2

1

Ruang Proses

3627360

2

Daerah Perluasan

3627360

3

Utilitas

403040


91


4

Stronge Bahan Baku

634788

5

Stronge Produk

634788

6

Parkir

7

Bengkel

231748

8

Gudang

634788

9

Jalan Aspal

10

Taman

1209120

2367860 806080

Mercury 250 Watt=166675 Lumen

14176932 86

Jumlah Lampu Untuk penerangan daerah lain digunakan lampu TL 40 watt.

Untuk lampu TL 40 watt, lumen output = 26666,7 lumen (Conversion factor) Lumen daerah lain = 20182228 – 14176932 = 6005296 lumen Jumlah lampu TL yang dibutuhkan : 6005296 / 26666,7 = 226 buah lampu Kebutuhan listrik untuk penerangan : = (86 x 250) + (226 x 40) = 30540 watt = 31 kWh Kebutuhan listrik untuk AC kantor

= 15 kWh

Total kebutuhan listrik per jam

= 782 + 31 + 15

= 828 kWh

Untuk menjamin kelancaran supply listrik,maka supply listrik = 2 x 700 kWh = 1400 kWh.


92

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 4.1.4 Unit Bahan Bakar A. Generator Set Direncanakan digunakan

: Generator Portable Set (penempatannya

mudah) Efisiensi generator set

: 80%

Kapasitas generator set total

= 700 / 80% = 875 kVA

Tenaga generator

= 875 x 56,87 (1 kW = 56,87 Btu/menit) = 49761 Btu/menit.

Heating value minyak bakar

= 19066 Btu/lb.

Kebutuhan bahan bakar untuk generator per jam = 162 lb/jam = 74 kg/jam Jadi dalam perencanaan ini, harus disediakan generator pembangkit tenaga listrik yang dapat menghasilkan daya listrik yang sesuai. (Berat jenis bahan bakar = 0,89 kg/lt) kg / lt

Maka kebutuhan bahan bakar solar = 74 / 0,89kg / jam = 84 lt/jam 1. Spesifikasi : Fungsi

: Pembangkit tenaga listrik.

Kapasitas

: 875 kVA

Power faktor

: 0,8

Frekuensi

: 50 Hz.

Bahan bakar

: solar

Kebutuhan bahan bakar : 84 lt/ jam Jumlah

: 2 buah ( 1 cadangan )


93

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol B. Tangki Penyimpan Bahan Bakar. Fungsi : Menyimpan bahan bakar Petroleum Oil 33oAPI (diesel oil). Kebutuhan bahan bakar untuk Generator Set

= 162 lb/jam

Kebutuhan bahan bakar untuk Boiler

= 164 lb/jam +

Total kebutuhan bahan bakar

= 326 lb/jam

Densitas diesel oil

= 54 lb/ft3

Kapasitas per jam Direncanakan penyimpanan bahan bakar selama 1 bulan (720 jam) Volume bahan bakar = 7 cuft/jam x 7,48 x 720 jam = 37700 gal (1 cuft = 7,48 gal) Volume bahan bakar = 37700 x 0,0238 = 898 bbl (1 galon = 0,0238 bbl) Dari Brownell & Young, tabel 3-3, halaman 43, dengan jenis tangki berdasarkan API Standard

12-D

(100,101) diambil kapasitas tangki = 1000

bbl 1.

Spesifikasi : Nama alat

: Tangki Penyimpan Bahan Bakar

Tipe

: Standard Vessel API 12-D (100,101)

Kapasitas Nominal

: 1000 bbl

Diameter

: 29,90 ft

Tinggi

: 16 ft

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA-283 grade C

Jumlah

: 1 buah


94

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol C. Unit Penyediaan Udara Tekan Udara tekan digunakan untuk keperluan menjalankan peralatan instrumen dan kontrol. Udara disedot oleh kompresor sehingga tekanan meningkat. Udara luar akan masuk ke dalam kompresor lalu ditampung di tangki. Keluaran tangki terbagi menjadi 2 aliran, yaitu aliran ke proses dan aliran ke air dryer. Udara untuk instrumentasi harus dilewatkan pre-filter sebelum masuk ke air dryer untuk diserap kandungan airnya oleh unggun aluminium silika. Air dryer yang digunakan 2 buah dan bekerja secara bergantian. Bila salah satu kolom jenuh, maka beban pengeringan akan dipindahkan ke kolom lainnya. Kolom yang jenuh ini akan diregenerasi dengan menggunakan udara kering dari tangki. Setelah melalui air dryer, udara akan melalui after filter untuk menghilangkan dust dan menjamin udara tersebut dapat digunakan untuk keperluan instrumentasi. D. Unit Pengolahan Limbah Limbah yang dihasilkan oleh pabrik pembuatan etanol terdiri dari limbah gas dan limbah cair. Sebelum dibuang ke lingkungan, limbah tersebut perlu diolah terlebih dahulu di unit pengolahan limbah agar tidak mencemari lingkungan. Limbah etanol yang dibuang ke lingkungan harus memenuhi baku mutu limbah yang ditetapkan oleh pemerintah menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup tentang baku mutu limbah untuk kegiatan industri bioetanol. Secara umum limbah yang dihasilkan oleh industri ini dapat berupa cair dan gas. Limbah gas dapat berupa gas karbondioksida, fusel oil, dan aldehide. Teknik Kimia-Unwahas

95

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Fusel oil dan aldehide kecil kandungannya, sehingga dapat langsung dibuang ke lingkungan setelah dilakukan treatment. Gas karbondioksida yang dihasilkan dapat digunakan untuk membuat dry ice. Cairan beer sisa dari proses fermentasi yang telah berkurang kadar alkoholnya biasa disebut stillage. Stillage dihasilkan sebesar 10-15 L setiap 1 L bioetanol yang dihasilkan. Stillage mengandung BOD 15.000-25.000 ppm. Hal ini dapat dianalogikan dengan pabrik bioetanol kapasitas 100 ML/tahun dapat menghasilkan beban polusi sama dengan satu kota berpenduduk 1,4 juta. Untuk industri bioetanol ini, dengan kapasitas 200.000 Ton/tahun dihasilkan limbah stillage sekitar 450.000 kg/hari atau sekitar 157.500.000 Ton/tahun. Unit-unit operasi yang menghasilkan limbah antara lain: unit pencucian, unit fermentasi, unit filtrasi setelah fermentasi, dan unit pemurnian, yaitu kolom distilasi dan membran pervaporasi. Berikut merupakan tabel sumber limbah pada industri bioetanol. Tabel 4.7 Sumber dan Kapasitas Limbah (per hari) Unit Operasi

Limbah Padat

Limbah Cair

Fermentor

Limbah Gas Karbon Dioksida (74.711,88 kg)

Filtrasi

Padatan Stillage (sel, serat) (111.494,94 kg)

Distilasi

Lutter water (20.930,3 kg)

Membran

Air

Pervaporasi

(3.864 kg)


96

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 1. Limbah Cair (Stillage) Stillage ini dapat diolah lebih lanjut sehingga tidak menimbulkan beban polusi. Pada umumnya ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk mengolah stillage, yaitu: a. Pengeringan Stillage yang dikeringkan dapat digunakan untuk makanan ternak. Pengeringan terhadap stillage yang encer terlebih dahulu menggunakan evaporator, kemudian dikeringkan dengan rotary drier. b. Pertumbuhan mikroorganisme sekunder Metode ini memanfaatkan sisa nutrisi yang ada pada stillage sebagai substrat

untuk

pertumbuhan

mikroorganisme

sekunder.

Hal

ini

memberikan keuntungan dengan pengurangan BOD dan menghasilkan mikroorganisme untuk makanan

ternak. Sebagai contoh, Candida

tropicalis untuk memproduksi Protein Sel Tunggal (SCP) dapat ditumbuhkan pada stillage. Selain didapatkan SCP, kandungan BOD dan COD stillage mengalami penurunan yang signifikan. c. Pengolahan anaerobik Untuk volume stillage yang kecil dengan kadar BOD yang tinggi, maka penambahan bakteri anaerob akan menghasilkan metana. Penguraian secara anaerob dilakukan pada suhu 50-55oC. Efisiensi konversi padatan organik menjadi metana sekitar 70%.


97

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol d. Pembuangan langsung stillage Stillage yang mengandung nutrisi yang cukup, sehingga dapat langsung dibuang sebagai pupuk. e. Pembakaran Proses pembakaran stillage menghasilkan panas pembakaran yang dapat dimanfaatkan sebagai panas, misalnya untuk peervaporasi. Sedangkan abu yang terbentuk dapat digunakan sebagai pupuk. Berikut akan dijelaskan proses yang terjadi dalam sistem pengolahan limbah cair berdasarkan unit-unit di dalamnya. a. Tangki Buffer Air limbah dipompa menuju tangki buffer agar pH dan COD menjadi homogen. Kemudian air limbah dipompakan ke tangki preasidifikasi untuk memperoleh aliran yang konstan, aliran yang masuk dapat diatur dengan sebuah manual valve. Dalam keadaan pH yang sangat tinggi atau sangat rendah, tangki buffer akan diisi sampai mencapai overflow sehingga air limbah akan mengalir menuju calamity tank. Pencampuran dalam tangki buffer diperlukan untuk mencegah bau tak enak dan untuk mencampur air dari aliran yang berbeda. b. Calamity Tank Unit ini berfungsi untuk menampung limpahan air dalam keadaan pH sangat tinggi atau sangat rendah dari tangki buffer. Jika calamity tank terisi seluruhnya, air limbah akan menuju tangki preasidifikasi. Teknik Kimia-Unwahas

98

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol c. Tangki Preasidifikasi Untuk penggunaan yang tepat dari reaktor anaerobik, limbah yang masuk harus diasamkan. Tahap ini untuk mempersiapkan umpan tahap berikutnya yaitu proses anaerobik. Proses pengasaman akan terjadi secara otomatis dengan beberapa jenis bakteri pengasam. Selama proses ini, senyawa organik yang lebih besar akan diubah menjadi asam asetat / volatile fatty acid, asan-asam ini dapat dimetabolisasi secara langsung di dalam reaktor anaerobik. Proses pengasaman menyebabkan turunnya pH air limbah. Untuk mengontrol proses ini, sebuah sistem pengaturan pH akan diatur secara otomatis dengan penambahan asam (HCl) atau basa (NaOH) pada air limbah di dalam tangki preasidifikasi. Nutrisi juga ditambahkan ke dalam tangki ini untuk memperoleh jumlah nitrogen dan fosfat yang dibutuhkan oleh bakteri anaerobik dan aerobik. d. Reaktor UASB / Reaktor Anaerobik Di dalam reaktor Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) ini, air limbah dari dasar reaktor naik melewati lumpur anaerobik dalam bentuk pellet/granular. Setelah itu aliran melalui separator 3 fasa (airlumpur-biogas) yang ada pada bagian atas reaktor untuk memisahkan larutan dengan biogas, sedangkan lumpur bakteri keluar dari blanket, yang kemudian kembali ke reaktor. Efluen reaktor anaerobik mengalir ke tangki aerasi dimana BOD dan COD air limbah diturunkan lebih lanjut sampai di bawah batas yang Teknik Kimia-Unwahas

99

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol ditetapkan oleh pemerintah. Biogas yang terbentuk dari reaktor anaerobik dibakar. e. Reaktor Aerobik Dalam reaktor ini air limbah yang keluar dari reaktor UASB diolah dengan menggunakan mikroorganisma aerobik. Aerasi diperlukan pada reaktor ini untuk keperluan mikroorganisma dan juga untuk pengadukan. Dalam reaktor ini senyawa-senyawa dalam air limbah diubah menjadi mikroba baru dan senyawa yang lebih sederhana. Hasil dari reaktor aerobik kemudian dialirkan ke clarifier agar lumpur aktif (mikroorganisme) yang terikut dapat terendapkan. Sebagian lumpur yang terendapkan didaur ulang ke reaktor aerobik dan sebagian lagi dipompa ke tangki lumpur untuk dikurangi kadar airnya (dewatering).

Gambar 4.5. Skema Pengolahan Air Limbah Teknik Kimia-Unwahas

100

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 2. Limbah Gas dan Padat Proses pengolahan limbah padat pada industri bio etanol, dimulai dengan pemisahan limbah padat dan limbah cair dengan menggunakan unit filterpress. Cake hasil filtrasi akan digunakan sebagai bahan pakan ternak karena mengandung nutrisi yang tinggi. Limbah padat mengandung serat jagung dan mikroorganisme. Limbah cair akan mengalir ke unit pengolahan limbah cair. Limbah gas yang dihasilkan, untuk karbon dioksida yang dihasilkan dari proses fermentasi akan disalurkan ke industri penghasil dry ice. Untuk limbah gas berupa aldehid akan langsung dibuang ke atmosfer melalui cerobong karena kandungannya sangat kecil.

4.2 LABORATORIUM 4.2.1 Peranan Laboratorium Laboratorium merupakan bagian yang penting dalam menunjang kelancaran proses produksi dan menjaga mutu produksi. Selain itu, laboratorium juga berperan dalam pengendalian pencemaran lingkungan. Laboratorium kimia merupakan sarana untuk mengadakan penelitian bahan baku, proses maupun produksi. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan dan menjaga kualitas produksi. Tugas laboratorium antara lain : 1. Menganalisa bahan baku dan bahan penolong yang akan digunakan. 2. Menganalisa dan meneliti produk yang akan dipasarkan. 3. Melakukan penelitian yang ada kaitannya dengan proses produksi. 4. Menganalisa limbah atau buangan pabrik. Teknik Kimia-Unwahas

101

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 4.2.2 Program Laboratorium 1. Analisa mutu bahan baku. Analisa dilakukan terhadap bahan baku yang digunakan, yaitu molasses yang meliputi analisa kandungan glukosa dan kekentalan. 2. Analisa mutu produksi. Analisa dilakukan terhadap produk utama etanol yang meliputi analisa kemurnian. Analisa di unit utilitas meliputi : 1. Air sanitasi Meliputi analisa pH, silikat, Ca, sulfur, Cl, dan zat padat terlarut. 2. Domin water Analisa meliputi jumlah oksigen terlarut yang terkandung dalam air. 3. Air minum Analisa meliputi pH, Chlor sisa, dan kekeruhan 4. Air umpan boiler Analisa meliputi pH, chlor sisa dan kekeruhan 5. Air pendingin Analisa meliputi pH, chlor sisa dan kekeruhan Dalam melaksanakan program kerjanya, laboratorium dibagi menjadi 3 bagian : 4.2.3

Laboratorium pengamatan Tugas dari laboratorium ini adalah melakukan analisa secara fisika terhadap semua stream yang berasal dari proses produksi maupun tangki.


102

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Pemeriksaan dan pengamatan dilakukan juga terhadap bahan baku dan produk. 4.2.4

Laboratorium Analisa Tugas dari laboratorium ini adalah melakukan analisa terhadap sifatsifat dan kandungan kimia bahan baku dan produk serta bahan-bahan kimia lain yang digunakan. Analisa bahan baku meliputi kandungan karbohidrat pada bahan baku, kandungan air dan spesifikasi produk.

4.2.5

Laboratorium Penelitian, Pengembangan dan Lingkungan Tugas dari laboratorium ini adalah melakukan penelitian dan pengembangan terhadap permasalahan yang berhubungan dengan kualitas material terkait dalam proses untuk meningkatkan hasil akhir. Sifat dari laboratorium ini tidak rutin dan cenderung melakukan penelitian hal-hal yang baru untuk keperluan pengembangan dan senantiasa melakukan penelitian terhadap kondisi lingkungan.

4.2.6

Alat-alat utama Laboratorium

Alat analisa yang digunakan : 

Hydrometer, untuk mengukur spesifik gravity etanol



Water Content tester, untuk menganalisa kadar air bahan baku



pH meter, digunakan untuk analisa pH (mengetahui tingkat keasaman dan kebebasan air)



Gas Chromatografy, untuk menganalisa konsentrasi produk etanol



High Performance Liquid Chromatography (HPLC), untuk analisa karbohidrat (glukosa) bahan baku


103

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 

Hymosithometer dan mikroskop binokuler, untuk menghitung jumlah jamur Sacharomyces cerevisiae dan Aspergilus niger

 4.2.7

Viskosimeter Ostwald, untuk mengukur viskositas cairan/slurry. Alat-alat pendukung Laboratorium



Inkubator Sekel



Autoclave



Oven



Mikroskop



Centrifuge



Turbidimeter


104


BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1. BENTUK PERUSAHAAN Pabrik Bioetanol akan direncanakan mempunyai bentuk perusahaan sebagai Perseroan Terbatas (PT) yang mengambil lokasi di Kabupaten Tegal Propinsi Jawatengah. Perusahaan memperoleh modal dari penjualan saham dimana tiap sekutu turut mengambil bagian sebanyak satu saham atau lebih. Saham adalah surat berharga yang dikeluarkan oleh perusahaan atau PT tersebut dan orang yang memiliki saham berarti telah menyetorkan modal ke perusahaan. Dalam Perseroan Terbatas pemegang saham hanya bertanggung jawab menyetor penuh jumlah yang disebutkan dalam tiap-tiap saham. Alasan dipilihnya bentuk perusahaan ini adalah didasarkan atas beberapa faktor sebagai berikut : 1. Mudah untuk mendapatkan modal, yaitu dengan menjual saham perusahaan. 2. Tanggung jawab pemegang saham terbatas, sehingga kelancaran produksi hanya dipegang oleh pimpinan perusahaan. 3. Efisiensi dari manajemen Para pemegang saham dapat memilih orang yang ahli sebagai dewan komisaris dan direktur utama yang cakap dan berpengalaman 4. Lapangan usaha lebih luas Teknik Kimia-Unwahas

105

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Suatu Perseroan Terbatas dapat menarik modal yang sangat besar dari masyarakat, sehingga dengan modal ini PT dapat memperluas usahanya. 5. Merupakan badan usaha yang memiliki kekayaan tersendiri yang terpisah dari kekayaan pribadi 6. Mudah mendapatkan kredit dari bank dengan jaminan perusahaan yang ada 7. Mudah bergerak di pasar modal 5.2. STRUKTUR ORGANISASI Salah satu faktor yang menunjang kemajuan perusahaan adalah struktur organisasi yang digunakan dalam perusahaan tersebut. Hal ini disebabkan kelancaran perusahaan berhubungan dengan komunikasi yang terjadi di dalamnya. Untuk mendapatkan suatu sistem organisasi yang terbaik maka perlu diperhatikan beberapa azas yang dapat dijadikan pedoman, antara lain : 1. Perumusan tujuan perusahaan dengan jelas 2. Pendelegasian wewenang 3. Pembagian tugas kerja yang jelas 4. Kesatuan perintah dan tanggung jawab 5. Sistem pengontrolan atas pekerjaan yang telah dilaksanakan 6. Organisasi perusahaan yang fleksibel Dengan berpegang pada pedoman tersebut, maka dipilih struktur organisasi yang baik, yaitu Line and Staff System. Pada sistem ini, garis kekuasaan lebih sederhana dan praktis. Pembagian kerja dalam sistem ini adalah seorang Teknik Kimia-Unwahas

106

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol karyawan hanya

akan bertanggung jawab pada seorang atasan saja. Untuk

mencapai kelancaran produksi perlu dibentuk staff ahli yang terdiri dari orangorang yang ahli di bidangnya. Staff ahli akan memberi bantuan pemikiran dan nasehat demi tercapainya tujuan perusahaan. Ada dua kelompok orang yang berpengaruh dalam menjalankan organisasi sistem line and staff ini yaitu : 1. Sebagai garis atau line yaitu orang-orang yang melaksanakan tugas pokok organisasi dalam rangka mencapai tujuan. 2. Sebagai staff yaitu orang-orang yang melaksanakan tugasnya dengan keahlian keahlian yang dimilikinya. Dalam hal ini berfungsi untuk memberikan saran-saran kepada unit operasinya. Pemegang saham sebagai pemilik perusahaan dalam pelaksanaan tugas sehari-harinya dibantu oleh Dewan Komisaris, sedangkan tugas untuk menjalankan perusahaan dilaksanakan oleh Direktur Utama dibantu oleh Direktur Teknik dan Direktur Keuangan dan Umum. Direktur Teknik membawahi bidang teknik dan produksi. Sedangkan Direktur Keuangan dan Umum membidangi kelancaran keuangan perusahaan. Direktur-direktur ini membawahi beberapa kepala bagian yang akan bertanggung jawab membawahi bagian dalam perusahaan, sebagai pendelegasian wewenang dan tanggung jawab. Masingmasing kepala bagian membawahi beberapa seksi dan masing-masing seksi akan membawahi beberapa karyawan perusahaan pada masing-masing bidangnya.


107

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Karyawan perusahaan akan dibagi dalam beberapa kelompok regu yang setiap kepala regu akan bertanggung jawab kepada pengawas masing-masing seksi. 5.3. TUGAS DAN WEWENANG 5.3.1. Pemegang Saham Pemilik perusahaan adalah para pemegang saham. Pemegang saham merupakan sekelompok orang yang mengumpulkan modalnya untuk kepentingan pendirian dan berjalannya operasi perusahaan. Kekuasaan tertinggi pada perusahaan yang mempunyai bentuk Perseroan Terbatas (PT) adalah Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS). Pada RUPS tersebut para pemegang saham berwenang : 

Mengangkat dan memberhentikan Dewan Komisaris



Mengangkat dan memberhentikan Direktur



Mengesahkan hasil-hasil usaha serta neraca perhitungan untung rugi tahunan dari perusahaan

5.3.2. Dewan Komisaris Dewan Komisaris merupakan pelaksanaan tugas sehari-hari dari pemilik saham, sehingga dewan komisaris akan bertanggung jawab kepada pemegang saham. Tugas Dewan Komisaris meliputi : 

Menilai dan menyetujui rencana direksi tentang kebijaksanaan umum, target perusahaan, alokasi sumber-sumber dana dan pengarahan pemasaran


108


Mengawasi tugas-tugas direksi



Membantu direksi dalam tugas-tugas penting

5.3.3. Direktur Utama

Direktur Utama merupakan pimpinan tertinggi dalam perusahaan dan bertanggungjawab sepenuhnya terhadap maju mundurnya perusahaan. Direktur Utama bertanggungjawab kepada Dewan Komisaris atas segala tindakan dan kebijaksanaan yang telah diambil sebagai pimpinan perusahaan. Direktur Utama membawahi Direktur Teknik dan Produksi serta Direktur Keuangan dan Umum. Direktur Utama harus melaksanakan segala kebijakan perusahaan yang telah ditetapkan dan dikoordinasikan dengan direktur-direktur bagian sehingga tercipta kerjasama yang baik. Kestabilan manajemen dan organisasi perusahaan serta kontinuitas hubungan yang baik antar pemilik saham, pimpinan, karyawan dan konsumen juga merupakan sebuah tanggung jawab yang harus dijaga oleh Direktur Utama. Selain itu, Direktur Utama mempunyai wewenang untuk mengangkat dan memberhentikan kepala bagian dengan persetujuan rapat umum pemegang saham. 5.3.4. Direktur Tugas Direktur Teknik danProduksi antara lain : 

Bertanggung jawab terhadap Direktur Utama dalam bidang teknik dan produksi



Mengkoordinir, mengatur, dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan para kepala bagian yang menjadi bawahannya Tugas Direktur Keuangan dan Umum antara lain :


109


Bertanggung jawab terhadap Direktur Utama dalam bidang keuangan dan pelayanan umum



Mengkoordinir, mengatur, dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan para kepala bagian yang menjadi bawahannya

5.3.5. Staff Ahli Staff ahli terdiri dari tenaga-tenaga ahli yang bertugas membantu direktur dalam menjalankan tugasnya baik yang berhubungan dengan teknik maupun administrasi. Staff ahli bertanggung jawab kepada direktur sesuai dengan bidang keahliannya masing-masing. Tugas dan wewenang staff ahli adalah sebagai berikut : 

Memberikan nasehat dan saran dalam perencanaan pengembangan usaha



Mengadakan evaluasi bidang teknik dan ekonomi perusahaan



Memberikan saran-saran di bidang hukum

5.3.6. Kepala Bagian Secara umum tugas Kepala Bagian adalah mengatur dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan dalam lingkungan bagiannya, sesuai dengan garis-garis yang diberikan oleh pimpinan perusahaan. Pada tiap-tiap bagian, Kepala Bagian dapat juga bertindak sebagai Staff Director. Dalam menjalankan tugasnya Kepala Bagian bertanggungjawab kepada direkturnya masing-masing. Kepala Bagian terdiri dari : a. Kepala Bagian Produksi


110

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Bertanggung jawab kepada Direktur Produksi dan Teknik dalam bidang mutu dan kelancaran produksi serta mengkoordinir para seksi yang menjadi bawahannya. Kepala Bagian Produksi membawahi : 1. Seksi Proses Seluruh jalannya operasional proses produksi dijalankan dan dikontrol oleh seksi produksi. Seksi produksi juga bertugas melakukan tindakan seperlunya pada peralatan produksi yang mengalami kerusakan sebelum diperbaiki oleh seksi yang berwenang. 2. Seksi Pengendalian Proses Seksi Pengendalian bertugas menangani hal-hal yang dapat mengancam jalannya produksi dan keselamatan pekerja serta mengurangi potensi bahaya yang ada. 3. Seksi Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3) Seksi K3 bertugas menangani kesehatan dan keselamatan semua karyawan di lingkungan kerja selama bekerja sehingga kondisi aman dari bahaya resiko kerja. 4. Seksi UPL (Unit Pengolahan Limbah) Seksi UPL bertugas mengolah limbah khususnya limbah cair sebagai hasil samping proses produksi menjadi air bersih yang sesuai baku mutu air. b. Kepala Bagian Penelitian dan Pengembangan (Litbang)


111

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Penelitian dan Pengembangan terdiri dari ahli-ahli atau sarjana-sarjana sebagai pembantu direktur dan bertanggung jawab kepada direktur. Litbang membawahi dua seksi, yaitu : 1. Seksi Penelitian dan Pengembangan 2. Seksi Laboratorium Tugas dan wewenang Seksi Litbang : 

Mempertinggi mutu suatu produk dan pemilihan pemasaran produk ke suatu tempat



Memperbaiki

proses

dari

pabrik

/

perencanaan

alat

untuk

pengembangan produksi 

Mempertinggi efisiensi kerja Tugas Seksi Laboratorium meliputi :



Mengawasi dan menganalisa mutu bahan baku dan bahan pembantu



Mengawasi dan menganalisa mutu produksi (Quality Control)



Mengawasi hal-hal tentang buangan pabrik

c. Kepala Bagian Pemasaran Bertanggung jawab kepada Direktur Keuangan dan Umum dalam bidang bahan baku dan pemasaran hasil produksi. Kepala Bagian Produksi membawahi : 1. Seksi Pembelian, bertugas : 

Melaksanakan pembelian barang dan peralatan yang dibutuhkan perusahaan


112


Mengetahui harga pasaran dan mutu bahan baku serta mengatur keluar masuknya bahan dan alat dari gudang

2. Seksi Penjualan / pemasaran, bertugas : 

Merencanakan strategi penjualan hasil produksi



Mengatur distribusi barang dari gudang

d. Kepala Bagian Teknik Kepala Bagian Teknik bertanggung jawab kepada Direktur Teknik dan Produksi terhadap pelaksanaan kegiatan pabrik yang meliputi pemeliharaan dan perbaikan alat serta pengadaan suku cadang alat. Selain itu, kepala bagian teknik harus mampu mengkoordinir, mengatur dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepala seksi yang menjadi bawahannya. Kepala Bagian Pemeliharaan dan Perbaikan atau Kepala Bagian Teknik membawahi : 1. Seksi Pemeliharaan Bertugas melaksanakan pemeliharaan fasilitas gedung dan peralatan pabrik, memperbaiki kerusakan peralatan pabrik, yang berhubungan dengan mesin-mesin produksi. 2. Seksi Utilitas Bertanggung jawab atas tersedianya segala bahan penunjang yang diperlukan untuk menjalankan seluruh operasional perusahaan baik itu kebutuhan listrik, air dan steam dengan cara menjalankan dan mengontrol jalannya unit utilitas. Teknik Kimia-Unwahas

113

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol e. Kepala Bagian Keuangan dan Administrasi Bertanggung jawab pada Direktur Keuangan dan Umum di bidang perencanaan serta pengelolaan administrasi dan keuangan perusahaan dengan mengkoordinir, mengatur dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepala seksi yang menjadi bawahannya. Kepala Bagian Keuangan membawahi : 1. Seksi Administrasi Bertugas melaksanakan sistem administrasi yang telah ditetapkan perusahaan dan menyelenggarakan pencatatan utang piutang, administrasi kantor, pembukuan perusahaan dan menangani masalah perpajakan. 2. Seksi Akuntansi Bertugas menghitung penggunaan uang perusahaan, menanamkan uang dan membuat ramalan tentang keuntungan masa depan. f. Kepala Bagian Umum Bertanggung jawab pada Direktur Keuangan dan Umum di bidang pengelolaan dan pembinaan tenaga kerja dan kesejahteraan karyawan serta hubungan dengan lingkungan masyarakat sekitar perusahaan. Untuk itu, kepala bagian umum harus mampu mengkoordinir, mengatur dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan kepala seksi yang menjadi bawahannya. Kepala Bagian Umum membawahi :


114

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 1. Seksi Personalia 

Membina tenaga kerja dan menciptakan suasana kerja sebaik mungkin antara pekerja dan lingkungannya supaya tidak terjadi pemborosan waktu dan biaya.



Mengusahakan disiplin kerja yang tinggi dan menciptakan kondisi kerja yang tenang dan dinamis.



Melaksanakan hal-hal yang berhubungan dengan kesejahteraan karyawan.



Mengatur hubungan antara perusahaan dengan masyarakat di luar lingkungan perusahaan.



Bertugas memberikan layanan kesehatan terhadap karyawan dan pertolongan pertama bila terjadi kecelakaan akibat kerja.

2. Seksi Keamanan 

Menjaga keamanan semua bangunan pabrik maupun fasilitas pabrik.



Menjaga keluar masuknya orang, baik karyawan maupun bukan di lingkungan pabrik.



Menjaga dan memelihara kerahasiaan yang berhubungan dengan intern perusahaan.

3. Seksi Humas Bertugas mengatur hubungan antara perusahaan dengan masyarakat di luar lingkungan perusahaan.


115

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 5.3.7. Kepala Seksi Bertanggung jawab kepada Kepala Bagian atas pelaksanaan tugas pada seksi yang diembannya dan melakukan koordinasi, mengatur dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan Kepala Regu yang menjadi bawahannya. 5.3.8. Kepala Regu Bertanggungjawab kepada kepala seksi atas pelaksanaan tugas pada regu yang diembannya dan melakukan koordinasi, mengatur dan mengawasi pelaksanaan pekerjaan operator yang menjadi bawahannya. 5.4. PEMBAGIAN JAM KERJA KARYAWAN Pabrik Phthalic anhydride direncanakan beroperasi 24 jam perhari, selama 330 hari dalam setahun. Sedangkan sisanya digunakan untuk perawatan dan perbaikan. Untuk itu dalam menentukan jam kerja, karyawan dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu : 1. Karyawan non shift ( Daily ) Karyawan non shift adalah karyawan yang tidak menangani proses produksi secara langsung. Karyawan non shift terdiri dari Direktur, Kepala Bagian, Kepala Seksi dan karyawan bagian administrasi. Karyawan non shift dalam satu minggu akan bekerja selama 5 hari mulai jam 08.00 – 17.00 dengan masa istirahat selama 1 jam antara jam 12.00 –13.00. 2. Karyawan shift Karyawan shift adalah karyawan yang langsung menangani proses produksi atau mengatur bagian-bagian tertentu dari pabrik yang


116

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol mempunyai hubungan dengan keamanan dan kelancaran produksi. Karyawan shift terdiri dari kepala regu dan operator produksi, sebagian dari bagian teknik dan bagian keamanan. Para karyawan shift bekerja bergantian sehari semalam. Karyawan shift dibagi dalam 3 shift dengan pengaturan sebagai berikut : - Shift pagi

: pukul 08.00 – 16.00

- Shift sore

: pukul 16.00 – 24.00

- Shift malam : pukul 24.00 – 08.00 Karyawan shift ini dibagi menjadi 4 regu, yaitu 3 regu bekerja dan 1 regu istirahat atau libur yang dilakukan secara bergantian. Setiap regu mendapat giliran 3 hari kerja dan 1 hari libur untuk setiap shift dan masuk lagi untuk shift berikutnya. Untuk hari libur nasional, regu yang bertugas tetap masuk diperhitungkan sebagai kerja lembur. Tabel 5.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift

Keterangan : P = Shift pagi S = Shift sore Teknik Kimia-Unwahas

117

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol M = Shift malam L = Libur Kelancaran produksi dari suatu pabrik sangat dipengaruhi oleh kedisiplinan karyawannya, karena kelancaran produksi secara tidak langsung akan mempengaruhi jalannya perkembangan dan kemajuan perusahaan, untuk itu kepada seluruh karyawan perusahaan diberlakukan absensi. Disamping masalah absensi nantinya akan digunakan oleh pimpinan perusahaan sebagai dasar dalam pengembangan karier pada karyawan di dalam perusahaan. 5.5. Sistem Penggajian Karyawan Sistem penggajian karyawan di pabrik phtalic anhydride dibagi menjadi tiga golongan berdasarkan macamnya, yaitu : 1. Gaji bulanan Gaji ini diberikan kepada pegawai tetap. Besarnya gaji disesuaikan dengan peraturan perusahaan. 2. Gaji harian Gaji ini diberikan kepada karyawan tidak tetap atau buruh harian. 3. Gaji lembur Gaji ini diberikan kepada karyawan yang bekerja melebihi jam kerja yang telah ditetapkan. Besarnya gaji sesuai dengan peraturan perusahaan.


118

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Sistem gaji karyawan yang berbeda-beda tergantung pada status karyawan, kedudukan, tanggung jawab dan keahlian. Penggolongan karyawan ini dapat dibagi menjadi tiga golongan sebagai berikut : 1. Karyawan tetap Karyawan tetap adalah karyawan yang diangkat dan diberhentikan dengan Surat Keputusan (SK) dari Direksi dan mendapat upah harian yang dibayar tiap bulan. 2. Karyawan harian Karyawan harian adalah karyawan yang diangkat dan diberhentikan Direksi tanpa SK Direksi dan mendapat upah harian yang dibayar tiap pekan. 3. Karyawan borongan Karyawan borongan adalah karyawan yang dikaryakan oleh pabrik bila diperlukan saja. Karyawan ini menerima upah borongan untuk suatu pekerjaan. 5.6. PENGGOLONGAN JABATAN, JUMLAH KARYAWAN, DAN GAJI 5.6.1. Penggolongan Jabatan 1.

Direktur Utama

: Sarjana semua jurusan

2.

Direktur Produksi

: Sarjana Teknik Kimia

3.

Direktur Keuangan dan Umum

: Sarjana Ekonomi

4.

Kepala Bagian Litbang

:

Sarjana

Teknik

Kimia/

Kimia 5.

Kepala Bagian Produksi

: Sarjana Teknik Kimia


119

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 6.

Kepala Bagian Teknik

: Sarjana Teknik Mesin

7.

Kepala Bagian Pemasaran

: Sarjana Ekonomi

8.

Kepala Bagian Keuangan

: Sarjana Ekonomi

9.

Kepala bagian Umum

: Sarjana Hukum / FISIP

10. Kepala Seksi

: Sarjana Muda / DIII

11. Operator dan karyawan biasa

: STM / SMU / sederajat

12. Sekretaris

: Akademi Sekretaris

13. Paramedis

.

: Dokter

14. Perawat

: Akademi Keperawatan

15. Sopir dan Satpam

: STM / SMU

16. Pesuruh dan Cleaning Service

: SMP / sederajat

5.6.2. Jumlah Karyawan dan Gaji Jumlah karyawan harus ditentukan secara tepat sehingga semua pekerjaan yang ada dapat diselesaikan dengan baik dan efisien. Penentuan Jumlah Karyawan Proses : Berdasarkan Peter & Timmerhous, hal 198-202 Kapasitas Produksi = 40.000 ton / tahun 1 tahun = 330 hari Jadi kapasitas produksi =

1 × 40.000 ton / tahun 330 hari / tahun = 121,21 ton / hari


120

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Dari Fig 6-8, Peter & Timmerhous (garis c) untuk kapasitas 121,21 ton/hari diperoleh karyawan proses sebesar 36 manhour/hari tiap proses. Langkah proses secara umum pada pabrik ini ada 5. Maka jumlah karyawan proses = 36 × 5 / 24 = 7,5 manhour karyawan proses (4 shift) = 30 karyawan Setiap shift dipimpin oleh seorang foreman Total karyawan proses = 34 karyawan Tabel 5.2 Perincian Jumlah Kayawan No.

JABATAN

Jumlah

1 Direktur Utama

1

2 Sekretaris Direktur

3

3 Direktur Teknik dan Proses

1

4

1

Direktur Administrasi & Keuangan

5 Staff Ahli

4

6 Kepala Bagian Teknik

1

7

1

Kepala Bagian Produksi

8 Kepala Bagian Umum

1

9 Kepala Bagian Pemasaran

1

10 Kepala Bagian Keuangan

1

11 Kasi Pemeliharaan & Perbaikan

1


121


12 Kasi Utilitas dan Energi

1

13 Kasi Riset & Pengembangan

1

14 Kasi Produksi & Proses

1

15 Kasi Personalia & Kesejahteraan

1

16 Kasi Keamanan

1

17 Kasi Administrasi

1

18 Kasi Pemasaran & Penjualan

1

19 Kasi Gudang

1

20 Kasi Anggaran

1

21 Kasi Pembelian

1

22 Karyawan Bagian Proses (kepala) (Shift)

4

23 Karyawan Bagian Proses (regu shift)

56

24 Karyawan Bagian Laboratorium

6

25

28

Karyawan Bagian Utilitas & Energi (Shift)

26 Karyawan Bagian Personalia

3

27 Karyawan Bagian Pemasaran

3

28 Karyawan Bagian Administrasi

3

29 Karyawan Bagian Pembelian

3

30 Karyawan Bagian Pemeliharaan

4


122


31 Karyawan Bagian Gudang

8

32 Karyawan Bagian Keamanan (Shift)

36

33 Karyawan Bagian Kebersihan

8

34 Supir

6

35 Pesuruh

8

36 Dokter

2

37 Perawat

6 Jumlah

210

5.7. KESEJAHTERAAN SOSIAL KARYAWAN Untuk meningkatkan kesejahteraan karyawan dan keluarganya, perusahaan memberikan fasilitas-fasilitas penunjang antara lain berupa : 1. Fasilitas Kesehatan Perusahaaan memberikan fasilitas poliklinik yang berada di areal pabrik. Poliklinik ini berfungsi sebagai pertolongan pertama pada karyawan selama jam kerja. Untuk menangani kecelakaan berat, baik akibat kerja maupun bukan, yang menimpa karyawan dan keluarganya, perusahaan menunjuk rumah sakit rujukan untuk menanganinya. Selain itu perusahaan juga bekerja sama dengan beberapa rumah sakit. Bagi karyawan yang menderita sakit akibat kecelakaan kerja, biaya pengobatan akan ditanggung perusahaan sesuai dengan undang-undang yang berlaku. Sedangkan biaya pengobatan bagi karyawan yang menderita sakit yang Teknik Kimia-Unwahas

123

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol tidak diakibatkan oleh kecelakaan kerja, diatur berdasarkan kebijaksanaan perusahaan. 2. Fasilitas Pendidikan Perusahaan menyediakan bea siswa bagi anak-anak karyawan yang berprestasi

di

sekolahnya.

Selain

itu

perusahaan

mengadakan

pengembangan Sumber Daya Manusia melalui pelatihan, pendidikan, pembinaan dan pemantapan budaya perusahaan. Kegiatan ini bertujuan untuk

memberi

kesempatan

belajar

kepada

karyawan

untuk

mengembangkan diri sesuai kemampuan yang dimiliki. 3. Fasilitas Asuransi Fasilitas asuransi diberikan untuk memberikan jaminan sosial dan memberikan perlindungan kepada karyawan terhadap hal yang tidak diinginkan. 4. Fasilitas Transportasi Perusahan memberikan fasilitas transportasi berupa mobil dan sopir untuk kegiatan operasional, serta transportasi bus antar jemput karyawan non shift maupun karyawan shift. 5. Fasilitas Koperasi Koperasi karyawan (KOPKAR) didirikan dengan tujuan untuk meningkatkan kesejahteraan karyawan dan memenuhi kebutuhan seharihari karyawan dengan harga murah. 6. Fasilitas Kantin


124

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Kantin disediakan untuk memenuhi kebutuhan makan karyawan. Fasilitas makan ini sepenuhnya ditanggung oleh perusahaan. 7. Fasilitas Peribadatan Perusahaan menyediakan tempat ibadah seperti mushola di areal pabrik. 8. Fasilitas Tunjangan Lain Perusahaan memberikan tunjangan-tunjangan berupa : a. Tunjangan Hari Raya (THR) bagi semua karyawan b. Bonus tahunan bila produksi melebihi target yang ditetapkan c. Tunjangan kematian d. Tunjangan melahirkan bagi karyawan wanita dan istri karyawan e. Tunjangan hari tua yang dibayarkan sekaligus f. Tunjangan perjalanan dinas g. Pakaian kerja yang diberikan kepada karyawan sebanyak 2 pasang seragam harian dan 1 pasang wear pack unttuk karyawan bagian Produksi dan Teknik pertahunnya 9. Peralatan Safety Untuk menjaga keselamatan kerja karyawan pabrik, diberikan peralatan safety berupa safety helmet, safety shoes, masker, gogle, glove dan alat-alat safety lainnya. 10. Fasilitas Cuti Perusahaan memberikan kesempatan kepada karyawan untuk beristirahat sesuai dengan waktu yang telah ditentukan. Oleh karena itu perusahaan memberikan waktu cuti karyawan berupa : Teknik Kimia-Unwahas

125

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol a. Cuti tahunan, yang diberikan kepada setiap karyawan selama 12 hari kerja dalam 1 tahun. Cuti ini diberikan kepada karyawan yang masa kerjanya minimal 1 tahun. b. Cuti sakit, diberikan kepada karyawan yang menderita sakit berdasarkan keterangan dokter. 5.8. MANAJEMEN PRODUKSI Manajemen produksi merupakan salah satu bagian dari manajemen perusahaan yang fungsi utamanya adalah menyelenggarakan semua kegiatan untuk memproses bahan baku menjadi produk dengan mengatur penggunaan faktor-faktor produksi sedemikian rupa sehingga proses produksi berjalan sesuai dengan yang direncanakan. Manajemen produksi meliputi manajemen perencanaan dan pengendalian produksi. Tujuannya adalah mengusahakan agar diperoleh kualitas produk sesuai dengan rencana dan dalam jangka waktu yang tepat. Dengan meningkatnya kegiatan produksi maka selayaknya untuk diikuti dengan kegiatan perencanaan dan pengendalian agar dapat dihindari terjadinya penyimpangan yang tidak diinginkan. Perencanaan ini sangat erat hubungannya dengan pengendalian dimana perencanaan merupakan tolak ukur bagi kegiatan operasional, sehingga penyimpangan yang terjadi dapat diketahui dan selnjutnya dikendalikan ke arah yang sesuai. 5.8.1. Perencanaan Produksi Dalam menyusun rencana produksi secara garis besar ada dua hal yang perlu diperhatikan, yaitu faktor eksternal dan faktor internal. Faktor Teknik Kimia-Unwahas

126

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol eksternal adalah faktor yang menyangkut kemampuan pasar terhadap jumlah produk yang dihasilkan, sedangkan faktor internal adalah kemampuan pabrik. 1. Kemampuan Pasar Dapat dibagi menjadi 2 kemungkinan, yaitu : a. Kemampuan pasar lebih besar dibandingkan kemampuan pabrik, maka rencana produksi disusun secara maksimal b. Kemampuan pasar lebih kecil dibandingkan kemampuan pabrik, oleh karenaitu perlu dicari alternatif lain untuk menyusun rencana produksi, misalnya : -

Rencana produksi sesuai dengan kemampuan pasar atau produksi diturunkan dengan mempertimbangkan untung dan rugi.

-

Rencana produksi tetap dengan pertimbangan bahwa kelebihan produksi disimpan dan dipasarkan periode berikutnya.

2. Kemampuan Pabrik Pada umumnya pabrik ditentukan oleh beberapa faktor, antara lain : a. Material (bahan baku) Dengan pemakaian material yang memenuhi kualiatas dan kuantitas maka akan dicapai target produksi yang diinginkan. b. Manusia (tenaga kerja) Kurang terampilnya tenaga kerja akan menimbulkan kerugian pabrik, untuk itu perlu dilakukan pelatihan pada karyawan agar ketrampilannya meningkat. Teknik Kimia-Unwahas

127

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol c. Mesin (peralatan) Ada dua hal yang mempengaruhi kehandalan dan kemampuan mesin, yaitu jam kerja mesin efektif dan kemampuan mesin. Jam kerja mesin efektif adalah kemampuan suatu alat untuk beroperasi pada kapasitas yang diinginkan pada periode tertentu. Kemampuan mesin adalah kemampuan suatu alat dalam proses produksi. 5.8.2. Pengendalian Produksi Setelah perencanaan produksi dijalankan maka perlu adanya pengawasan dan pengendalian produksi agar proses berjalan dengan baik. Kegiatan proses produksi diharapkan menghasilkan produk yang mutunya sesuai dengan standar dan jumlah produksi yang sesuai dengan rencana serta waktu yang tepat sesuai jadwal, untuk itu perlu dilaksanakan pengendalian produksi sebagai berikut : a. Pengendalian Kualitas Penyimpangan kualitas terjadi karena mutu bahan baku yang jelek, kesalahan operasi dan kerusakan alat. Penyimpangan dapat diketahui dari hasil monitor/analisa pada bagianlaboratorium pemeriksaan. b. Pengendalian Kuantitas Penyimpangan

kuantitas

terjadi

karena

kerusakan

mesin,

keterlambatan pengadaan bahan baku, perbaikan alat yang terlalu lama dan lain-lain. Penyimpangan tersebut perlu diidentifikasikan penyebabnya dan diadakan evaluasi. Selanjutnya diadakan perencanaan kembali sesuai dengan keadaan yang ada. Teknik Kimia-Unwahas

128

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol c. Pengendalian Waktu Untuk mencapai kuantitas tertentu perlu adanya waktu tertentu pula.

d.

Pengendalian Bahan Proses Bila ingin dicapai kapasitas produksi yang diinginkan, maka bahan untuk proses harus mencukupi. Untuk itu perlu adanya pengendalian proses agar tidak terjadi kekurangan.


129


BAB VI ANALISA EKONOMI Dengan perhitungan ekonomi ini dapat diketahui apakah pabrik yang direncanakan ini layak untuk didirikan atau tidak dalam artian feasible (memenuhi). Faktor-faktor yang perlu untuk ditinjau antara lain : a. Laju Investasi yang sehat (Rate of Investment , ROI) b. Lama pengembalian modal (Payout Time , POT) c. Laju pengembalian modal (Rate of Return, ROR berdasarkan IRR) d. Titik impas (Break Even Point , BEP) e. Shut Down Point (SDP) Untuk meninjau faktor-faktor diatas, perlu adanya penaksiran terhadap beberapa faktor yaitu : 1. Penanaman modal total ( Total Capital Investment ) yang terdiri dari : a. Modal tetap ( Fixed Capital Investment ) b. Modal kerja ( Working Capital Investment ) 2. Penentuan biaya modulasi total ( Biaya Produksi Total ) terdiri dari : a. Biaya produksi langsung ( Manufacturing Cost ) b. Biaya produksi tetap ( Fixed Cost ) c. Biaya pengeluaran umum ( General Expenses ) 3. Total pendapatan


130

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 6.1 HARGA PERALATAN Karena harga peralatan tiap tahunnya cenderung untuk naik, maka untuk menentukan harga sekarang dapat ditaksir dari harga-harga tahun sebelumnya dengan menggunakan indeks harga. Perhitungan harga alat dan daftar harga alat secara keseluruhan dapat dilihat pada Lampiran D. Penentuan Total Capital Investment ( TCI ) Total Capital Investment adalah jumlah modal yang harus disediakan untuk sebuah pabrik dan pembuatannya, ditambah dengan biaya pabrik untuk beberapa waktu. Total Capital Investment dibagi menjadi dua bagian, yaitu : A. Fixed Capital Investment : - Direct Cost (biaya langsung) - Indirect Cost (biaya tidak langsung) B. Working Capital Investment - Biaya penyimpanan bahan baku - Biaya penyimpanan produk - Modal cadangan : uang kas, pajak , biaya operasi


131

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 6.2 PENENTUAN MODAL TOTAL (Total Capital Investment : TCI) Pemilihan prosentase berdasarkan Peters & Timmerhaus Jenis proses pada pabrik = Fluid – Fluid A. Biaya Langsung (Direct Cost) 1 Harga Peralatan (Free On Board) ( E )

Rp.

37.717.167.923,04

2 Biaya Pengangkutan Alat (5% E)

Rp.

1.885.858.396,15

3 Cost and Freight (C&F)

Rp.

39.603.026.319,19

4 Asuransi (1% C&F)

Rp.

396.030.263,19

5 Cost Insurance Freight (CIF)

Rp.

39.999.056.582,38

6 Biaya angkutan ke pabrik (2,5% CIF)

Rp.

999.976.414,56

7 Instalasi Peralatan Pabrik (47%E)

Rp.

17.727.068.923,83

8 Instrumentasi & Control terpasang (18%E)

Rp.

6.789.090.226,15

9 Perpipaan Terpasang (66%E)

Rp.

24.893.330.829,21

10 Listrik Terpasang (11%E)

Rp.

4.148.888.471,53

11 Bangunan Pabrik & Kantor (18%E)

Rp.

6.789.090.226,15

12 Yard Improvement (10%E)

Rp.

3.771.716.792,30

13 Fasilitas Service Terpasang (70%E)

Rp.

26.402.017.546,13

14 Tanah (6%E)

Rp.

2.263.030.075,38

Total Direc Cost (DC) Rp.

173.386.292.406,81


132

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol B. Biaya Tidak Langsung (Indirect Cost)

Rp.

Engineering and Supervision (33%E)

Rp.

124.466.654,15

Pengeluaran Konstruksi (41%E)

Rp.

15.841.210.527,68

Total Indirect Cost (IC) Rp.

15.965.677.181,82

Total Indirect Cost dan Direct Cost (IC + DC)

Rp.

189.351.969.588,64

Biaya Tidak Terduga [ 10% x (IC+DC) ]

Rp.

18.935.196.958,86

Fee Kontraktor [ 5% x (IC+DC) ]

Rp.

9.467.598.479,43

Fixed Capital Investment (FCI) Rp.

217.754.765.026,93

6.3 BIAYA PRODUKSI TOTAL (BPT) A. Biaya Produksi Langsung (BPL) 1 Bahan Baku (1 tahun)

Rp.

1.628.562.892.432,41

2 Biaya Utilitas (1 tahun)

Rp.

17.447.400.000,00

3 Biaya pengemasan ( 1 tahun )

Rp.

108.487.500.000,00

4 Gaji Karyawan (1 tahun = 13 bulan)

Rp.

5.382.000.000,00

5 Biaya Laboratorium (10% Gaji)

Rp.

538.200.000,00

6 Biaya Supervisi (10% Gaji)

Rp.

538.200.000,00

7 Biaya Pemeliharaan & Perbaikan (2% FCI)

Rp.

4.355.095.300,54

8 Operating Supplies 10% Pemeliharaan

Rp.

435.509.530,05

Total Biaya Produksi Langsung (BPL) Rp.

1.765.746.797.263,01


133

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol B. Biaya Produksi Tetap (Fixed Cost : CF) Depresiasi alat, 10% (FCI-Tanah-Bangunan)

Rp.

20.870.264.472,54

Depresiasi bangunan (5%Harga Bangunan)

Rp.

339.454.511,31

Asuransi (1% FCI)

Rp.

2.177.547.650,27

Pajak Lokal (2 % FCI)

Rp.

4.355.095.300,54

Bunga Bank 19 % (19% x modal pinjaman)

Rp.

2.630.814.746,00

Total Biaya Produksi Tetap (CF) Rp.

30.373.176.680,66

Biaya Produksi

Rp. 1.796.119.973.943,66

6.4 BIAYA PENGELUARAN UMUM Biaya Administrasi 15% x Biaya (Gaji+Supervisi+Pemeliharaan)

Rp.

1.541.294.295,08

Biaya Distribusi dan Pemasaran (2% BP)

Rp.

35.922.399.478,87

Biaya Research & Development (3% BP)

Rp.

53.883.599.218,31

Total Biaya Pengeluaran Umum

Rp.

91.347.292.992,26

Biaya Produksi Total

= Biaya Produksi + Biaya Pengeluaran Umum = Rp.1.796.119.973.943,66 + Rp.91.347.292.992,26

Biaya Produksi Total

= Rp. 1.887.467.266.935,93


134

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 6.5

MODAL TOTAL (Total Capital Investment : TCI)

Biaya Produksi Total (BPT)

Rp. 1.887.467.266.935,93

Working Capital Investment (WCI) Rp. 157.288.938.911,33 Total Capital Investment (TCI) = FCI + WCI Fixed Capital Investment (FCI)

Rp. 217.754.765.026,93

Working Capital Investment (WCI) Rp. 157.288.938.911,33 Total Capital Investment (TCI) Rp. 375.043.703.938,26

Komposisi Modal : Total Capital Investment (TCI)

Rp.

375.043.703.938,26

Komposisi modal berdasarkan Bank Mandiri. (Ketentuan pinjaman jenis Kredit Investasi)

Modal sendiri (65% TCI)

Rp.

243.778.407.559,87

Modal pinjaman (35% TCI)

Rp.

131.265.296.378,39

6.6 ANALISA EKONOMI Metode yang digunakan adalah Net Present Value dengan Discounted Cash Flow. Asumsi yang diambil : 1. Modal a. 65 % merupakan modal sendiri (Bank Mandiri : Kredit Investasi) b. 35 % merupakan kredit dari bank 2. Bunga kredit Bank 13,5% / tahun (Bank Mandiri : Kredit Investasi) 3. Masa konstruksi 2 tahun Pengambilan modal pada masa konstruksi : Teknik Kimia-Unwahas

135

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol a. Modal tahun pertama 50 % b. Modal tahun kedua 50 % 4. Pengembalian pinjaman dalam 10 tahun atau 10 %/tahun 5. Laju inflasi 10% 6. Umur pabrik 10 tahun 7. Kapasitas produksi Kapasitas pada tahun ke-1 = 80 % produksi (masa percobaan) Kapasitas pada tahun ke-2 = 80 % produksi (masa percobaan) Kapasitas pada tahun ke-3 s/d 10 = 100 % produksi (total produksia) 8. Pajak pendapatan untuk badan usaha : (Sumber data : Kantor Penyuluhan dan Pengamatan Perpajakan Semarang) Laba sampai dengan Rp. 50 juta

Tarif PPh = 10%

Laba Rp. 50 juta s/d Rp.100 juta

Tarif PPh = 15%

Laba Rp. 100 juta s/d Rp.200 juta

Tarif PPh = 25%

Laba diatas Rp. 200 juta

Tarif PPh = 35%

Kondisi total investasi pabrik pada masa konstruksi seperti terlihat pada tabel 6.1 dan table 6.2. sebagai berikut : Tabel 6.1. Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal sendiri Modal sendiri = Rp. 243.778.407.559,87 Tahun

%

Konstruksi

Modal

1

Jumlah

Inflasi 10%

Total

50%

121.889.203.779,93

12.188.920.377,99

134.078.124.157,93

2

50%

121.889.203.779,93

12.188.920.377,99

134.078.124.157,93

Total

100%

243.778.407.559,87

24.377.840.755,99

268.156.248.315,85


136

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Modal sendiri pada akhir masa konstruksi

Rp. 243.778.407.559,87

Inflasi pada akhir masa konstruksi

Rp. 24.377.840.755,99

Total modal sendiri pada akhir masa konstruksi

Rp. 268.156.248.315,85

Tabel 6.2 Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman Modal pinjaman = Rp. 131.265.296.378,39 Tahun Konstruksi

Total

% Modal

Jumlah

Bunga 13,5%

Total

1

50% 65.632.648.189,20

8.860.407.505,54 74.493.055.694,74

2

50% 65.632.648.189,20

8.860.407.505,54 74.493.055.694,74

100% 131.265.296.378,39

17.720.815.011,08 148.986.111.389,47

Modal pinjaman pada akhir masa konstruksi

Rp. 1.026.702.135.000

Bunga pada akhir masa konstruksi

Rp. 17.720.815.011,08

Total modal pinjaman pada akhir masa konstruksi

Rp. 148.986.111.389,47

Total Investasi pada akhir masa konstruksi

Rp. 417.142.359.705,33

(Total modal sendiri + Total modal pinjaman) Dari data diatas dapat dibuat tabel cash flow. Keterangan Kolom pada Tabel Cash Flow : Kolom 1 : Tahun Produksi Masa konstruksi selama 2 tahun [ tahun ke -2 ,dan -1 ] Masa start-up produksi [ tahun ke 0 ] Masa produksi selama 10 tahun [ tahun ke 1 s/d 10 ] Kolom 2 : % Kapasitas produksi terpasang tiap tahun Kolom 3 : Modal Sendiri Teknik Kimia-Unwahas

137

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Total modal sendiri pada akhir tahun konstruksi (dengan inflasi). Kolom 4 : Modal Pinjaman Total modal pinjaman pada akhir tahun konstruksi (dengan bunga). Kolom 5 : Investasi Total [Σ (3) + Σ(4) ] Total modal sendiri + Total modal pinjaman Kolom 6 : Hasil Penjualan Hasil penjualan produk + Pengemasan Kolom 7 : Sisa Pinjaman [Σ (4) + Σ (10) – (15) ] (Total modal pinjaman + Total bunga) – Pengembalian Pinjaman Kolom 8 : Biaya Operasi Biaya Produksi Total (BPT) Kolom 9 : Depresiasi Total (Depresiasi Alat + Depresiasi Bangunan) Kolom 10 : Bunga [ 10% x 19% x Σ (4) ] 10% dari bunga pokok (10% x 19% x Total modal pinjaman) Kolom 11 : Laba Kotor [ (6) - (8) - (9) - (10) ] Hasil penjualan – Biaya Produksi Total Kolom 12 : Pajak [ 35% x (11) ] Untuk laba diatas 200 juta : 35% x Laba kotor Kolom 13 : Laba Bersih [ (11) - (12) ] Laba kotor – Pajak Penghasilan Kolom 14 : Cash Flow [ (9) + (13) ] Total Penerimaan dan Pengeluaran (Laba bersih + Depresiasi) Teknik Kimia-Unwahas

138

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Kolom 15 : Pengembalian Pinjaman [ 10% x (4) + (10) ] 10% Modal pinjaman + Bunga Kolom 16 : Net Cash Flow [ (14) - (15) ] Cash Flow – Pengembalian Pinjaman 6.7 ANALISA KELAYAKAN 6.7.1

Laju Investasi , Return On Investment ( R O I )

Berdasarkan tabel cash flow : ROI =

Laba bersih rata rata / tahun Total Investasi / tahun

100% (Peters & Timmerhaus : 300)

Laba bersih

= Rp. 163.990.778.612,82

Total investasi

= Rp. 417.142.359.705,33

ROI =

Total Investasiper tahun Laba bersih per tahun

100%=

163.990.778.612,82 417.142.359.705,33

100% = 15,72%

Untuk ROI diatas 9%, maka resiko investasi lebih aman atau investasi dianggap sebagai investasi sehat (Good Investment). (Peters & Timmerhaus : 315) 6.7.2

Lama Pengembalian Modal (Payout Time, POT)

Untuk menghitung waktu pengembalian modal , maka dihitung akumulasi terhadap cash flow tiap tahun. Tabel 6.3 Payout Time Thn Ke

Cash flow

Comulatif

0 1

72.494.219.850

72.494.219.850,00

2

73.973.693.724,49

146.467.913.574,49


139


3

75.483.360.943,36

221.951.274.517,85

4

77.023.837.697,30

298.975.112.215,15

5

78.595.752.752,35

377.570.864.967,50

6

80.199.747.706,48

457.770.612.673,98

7

81.836.477.251,51

539.607.089.925,49

8

83.506.609.440,32

623.113.699.365,81

9

85.210.825.959,51

708.324.525.325,31

10

86.949.822.407,66

795.274.347.732,97

Total Investasi

417.142.359.705,33

(𝑌−𝑌1)

Interpolasi linier : X =[( 𝑌2−𝑌1 ) 𝑥(𝑋2 − 𝑋1)] + 𝑋1 Berdasarkan metode interpolasi linier dengan X = tahun dan Y = CashFlow, nilai Cumulative Cash Flow sama dengan Total Investasi dapat dicapai pada 5,5 tahun. 6.7.3

Laju Pengembalian Modal, Internal Rate of Return ( IRR )

Internal rate of return dihitung berdasarkan metode discounted cash flow , dimana suatu tingkat bunga tertentu dari seluruh penerimaan akan tepat menutup seluruh jumlah pengeluaran modal. Cara yang dilakukan adalah trial harga “ i ” (Peters & Timmerhaus, halaman 302), dengan persamaan berikut : 𝐶𝐹

∑𝑛𝑛=1 = (1+𝑖)𝑛 = Modal Akhir masa konstruksi (Peters : 302) Keterangan :

n

= tahun produksi ke - n

CF

= cash flow tiap tahun (berdasarkan tabel cash flow)

I

= capital interest rate


140

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Tabel 4.4 Perhitungan discounted cash flow internal rate of return Thn ke

Aktual Cash flow

trial (i=15%) Discount NPV1 casflow


0 417.142.359.705,33 1

72.494.219.850,00

0,869 108.741.329.775,00

0,70

86.993.063.820,00

2

73.973.693.724,49

0,756

90.255.303.713,25

0,60

72.204.242.970,60

3

75.483.360.943,36

0,657

74.911.902.082,00

0,51

59.929.521.665,60

4

77.023.837.697,30

0,571

62.176.878.728,06

0,44

49.741.502.982,45

5

78.595.752.752,35

0,497

51.606.809.344,29

0,38

41.285.447.475,43

6

80.199.747.706,48

0,432

42.833.651.755,76

0,33

34.266.921.404,61

7

81.836.477.251,51

0,375

35.551.930.957,28

0,28

28.441.544.765,82

8

83.506.609.440,32

0,326

29.508.102.694,54

0,24

23.606.482.155,63

9

85.210.825.959,51

0,284

24.491.725.236,47

0,21

19.593.380.189,18

10

86.949.822.407,66

0,247

20.328.131.946,27

0,18

16.262.505.557,02

NPV Ratio

540.405.766.232,92 NPV 1,295 Ratio

432.324.612.986,33 1,036

Ratio = Perbandingan NPV dengan total investasi = (NPV / total investasi)


141


Thn ke

Aktual Cash flow


trial (i=21,44%) Discount NPV1 Casflow

0 417.142.359.705,33 1 72.494.219.850,00

0,68651 87.718.006.018,50

0,66044 86.993.063.820,00

2 73.973.693.724,49

0,59724 72.805.944.995,36

0,57456 71.369.109.557,93

3 75.483.360.943,36

0,51903 60.428.934.346,14

0,49932 58.551.217.481,32

4 77.023.837.697,30

0,45109 50.156.015.507,30

0,43396 48.035.418.821,68

5 78.595.752.752,35

0,39263 41.629.492.871,06

0,37772 39.408.257.601,30

6 80.199.747.706,48

0,34128 34.552.479.082,98

0,32832 32.330.534.536,11

7 81.836.477.251,51

0,29625 28.678.557.638,87

0,285 26.523.970.533,43

8 83.506.609.440,32

0,25754 23.803.202.840,26

0,24776 21.760.265.425,62

9 85.210.825.959,51

0,22436 19.756.658.357,42

0,21584 17.852.121.755,18

10 86.949.822.407,66

0,19513 16.398.026.436,66

0,18772 14.645.880.687,95

NPV 435.927.318.094,55 NPV 417.469.840.220,52 Ratio 1,045 Ratio 1,000 Karena ratio Net Present Value dan total investasi = 1 , maka trial “ i “ memenuhi, sehingga didapat Internal Rate of Return (IRR) = 21,44%. Harga tersebut dapat diterima, karena laju pengembalian modal (capital interest rate) lebih besar dari prosentase bunga bank (loan interest rate). IRR = 21,44% lebih besar dari bunga bank 13,5%. Berdasarkan hal tersebut, maka pendirian pabrik ini layak untuk didirikan dengan suku bunga pinjaman bank sebesar 13,5%. Teknik Kimia-Unwahas

142

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol 6.7.4

Titik Impas , Break Even Point (BEP)

Analisa titik impas digunakan untuk mengetahui posisi kapasitas dimana biaya produksi total sama dengan hasil penjualan. Analisa titik impas (BEP) pada analisa ekonomi ini menggunakan metode grafik berdasarkan Peters & Timmerhaus, halaman 156 dengan data perhitungan sebagai berikut :

Biaya Tetap (Fixed Cost : CF) Biaya Semi Variable (CSV) :

Rp.

30.373.176.680,66

1. Gaji Karyawan (1 tahun = 13 bulan)

Rp.

5.382.000.000,00

2. Biaya Laboratorium (10% Gaji)

Rp.

538.200.000,00

3. Biaya Supervisi (10% Gaji)

Rp.

538.200.000,00

4. Biaya Pemeliharaan & Perbaikan (2% FCI)

Rp.

4.355.095.300,54

5. Operating Supplies 10% Pemeliharaan

Rp.

435.509.530,05

6. Biaya pengeluaran umum

Rp.

91.347.292.992,26

Total Biaya Semi Variable (CSV)

Rp.

102.596.297.822,86

1. Bahan Baku (1 tahun)

Rp.

1.628.562.892.432,41

2. Biaya Utilitas (1 tahun)

Rp.

17.447.400.000,00

3. Biaya Pengemasan ( 1 tahun )

Rp.

108.487.500.000,00

Total Biaya Variable (CV)

Rp.

1.754.497.792.432,41

Total Penjualan (sale : S)

Rp.

1.887.467.266.935,93

Biaya Variable (Variable Cost : CV)


143

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Dari data yang ada, titik BEP dapat ditentukan dengan metode grafik berdasarkan Peters & Timmerhaus, halaman 156 :

Gambar 6.1 Grafik BEP dan SDP Berdasarkan grafik diatas, maka dapat diketahui titik BEP, dimana garis biaya produksi berpotongan dengan garis hasil penjualan pada titik BEP sebesar 34,7%.

6.7.5

Shut Down Point (SDP)

SDP adalah proses kapasitas minimal suatu pabrik dapat mencapai kapasitas produk yang diharapkan dalam satu tahun, dimana apabila tidak mampu mencapai persen minimal kapasitas tersebut dalam satu tahun, maka pabrik harus berhenti operasi atau tutup. Berdasarkan Gambar 6.1 Grafik BEP dan SDP, maka dapat diketahui titik BEP, dimana garis Variabel Cost berpotongan dengan garis hasil penjualan pada titik SDP sebesar 26,3%.


144

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol DAFTAR PUSTAKA Aires Baros, M.R., 1987, “Production of Ethanol in an Extractive Fermantation System”. J. Biotechnology and Bioengineering Aries, R. S., and Newton, R.D, 1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc. Graw Hill Book Co, New York American Socity of Civil Engineers, 1990, “ Water Treatment Plant Design”, 2ed; America Water Works Association, McGraw-Hill Book Co., NY. Badan Pusat Statistik, 2011., “Statiscal Pocketbook of Indonesia” Badan Standardisasi Nasional, 2008, “Bioetanol Terdenaturasi untuk Gasohol”, SNI 7390 Brown, C. G. ,1978, “Unit Operation”, Modern Asia Edition Charles Tuttle, Co, Tokyo, Japan Brownell, L. E. and Young, E. H., 1959, “Process Equipment Vessel Design”, 1th.ed., John Wiley and Sons, New Delhi, India Coulson, J M., and Richardson, J F., 1999, “Chemical Engineering”, 6th edition, ButterwothHeinemann, New Delhi, India Dean, J. A., 1999, “Lange’s Handbook Of Chemistry”, 15th edition, Mc.Graw Hill Inc, New York Dunn, S.M., Constantinides, A., and Moghe, P.V. , 2002., “Numerical Methods in Biomedical Engineering” Foust, A.S, 1960 “Principle of Unit Operation”, 2nd ed, John Wiley and Sons Inc, New York, Teknik Kimia-Unwahas

145

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Geankoplis, C.J., 1983, “Transport Process and Unit Operations”, 2ed, Allyn and Bacon Inc, Boston Hidayat, N., 2009, “Pengembangan Produk dan Teknologi Proses”, J. Teknol. dan Industri Pangan, vol. XX, hal.1 Himmelblau, D.M., 1989, “Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering”, 5ed, Prentice-Hall Internatioanal, Singapore Kern, D. Q. , 1988, “Process Heat Transfer”, 24th ed., Mc. Graw Hill Edition, Singapore Lamb J.C., 1985, “Water Quality and Its Control”, John Wiley & Sons Inc, New York Lehninger, A.L. . 1982, “Principles of Biochemistry (Dasar-dasar Biokimia Jilid 1,Diterjemahkan oleh M. Thenawijaya)”. Penerbit Erlangga, Jakarta Lichts World Ethanol & Biofuels Report, FO., 2008, Vol. 6, p. 17 McKetta, J.,1983, “Encyclopedia of Chemical Process and Design”, Vol.10 Marshall Dekker Inc., New York Nurdyastuti, I. ., 2008, “Teknologi Proses Produksi Bioetanol” Oura, E.1977., “Process Boichem”. 12 Paturau, J.M., 1969, “ By Products of the Cane Sugar Industry an Introduction to Their Industrial Utilization”, Elsevier Publishing Company, London Perry R. H and Green D. W, 1984, “Perry’s Chemical Engineering Handbook”, 6th ed., Mc. Graw Hill Book Co, New York Perry R. H and Green D. W, 1999, “Perry’s Chemical Engineering Handbook”, 7th ed., Mc. Graw Hill Book Co, New York Teknik Kimia-Unwahas

146

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Peters, M. S and Timmerhaus, K. D. , 1991, “Plant and Design Economy for Chemical Engineers”, 4th ed., Mc. Graw Hill Book International Edition, Singapore Roehr, M. 2001. “The Biotechnology of Ethanol: Classical and Future Applications (Ed.)”. Wiley-VCH Verlag Gmbh, Weinheim Severn, W. H., Degler., Miles J. C. , 1959, “Steam Air and Gas Power”, 5th ed. Modern Asia Edition, John Wiley and Sons Inc, New York Sherwood, T, 1977, “The Properties of Gasses and liquid”, 3th ed, McGraw-Hill Book Company Inc., Singapore Shuler, M.

L, dan Fikret K. , 1992,”Bioprocess Engineering Basic

Concepts”,Prentice-Hall Inc, New Jersey Sinclair,C.G. and Kristiansen, B. . 1987,”Fermentation Kinetics and Modelling”, Taylor and Francis.New York Smith, J. M, and Van Ness, H. C, 1975, “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 4th ed. Mc. Graw Hill Book Edition, Kogakusha, Tokyo Sommer, P and Nielsen, J.C., 2006. “Yeast Composition and Starter Cultures”. US 2006/0257529 A1 Sugiharto, 1987, “ Dasar-Dasar Pengelolaan Air Limbah”, Cetakan Pertama Universitas Indonesia Press, Jakarta Ullmann, F., and Gerhartz, W, 2003., “Ullmann`s Encyclopedia of Industrial Chemistry”, 6th completely rev. ed., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Federal Republic of Germany Teknik Kimia-Unwahas

147

Pra Rancangan Pabrik Bioetanol Ulrich, G.D., 1984, “ A Guide to Chemichal Engineering Process Design and Economics”, John Wiley & Sons Inc., N. Y. Underwood A.L., 1980, ”Quantitative Analysis”, 4ed, Prentice Hall Inc., London Van Ness, H.C., Smith J.M., 1987,” Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 5ed, McGraw-Hill Book Company, Singapore Walas, S. M, 1990., “Chemical Process Equipment”, Butterwoth-Heinemann, United States of America


148

Neraca Massa

A-1

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA DIAGRAM ALIR BAHAN Diagram alir Pra Rancangan Pabrik Bio etanol dapat diuraikan dibawah ini. Kapasitas produksi

= 200.000 KL/tahun = 23.148,15 kg / jam

Basis Perhitungan

= 1 Jam Operasi

Satuan Massa

= Kilogram / jam

Waktu operasi

= 360 hari / tahun

Molasses yang dibutuhkan

= 9.028.800 ton/tahun = 104.500 kg / jam

Komposisi Molasses : Komponen

Komposisi (% berat) 35 20 12 10 9 7 4 3 ( J. M. Paturau : 142 )

Sukrosa Air Abu Padatan Fruktosa Glukosa Karbohidrat Substansi tak terfermentasi

1.

UNIT TANGKI PENYIMPANAN Fungsi : untuk menyimpan molasses selama 3 hari Diketahui : Molasses yang dibutuhkan

= 104.500 kg/jam

Maka, komposisi berat dari 104.500 kg molasses per jam adalah : 

Sukrosa

= 35% x 104.500 kg/jam

= 36.575 kg/jam



Air

= 20% x 104.500 kg/jam

= 20.900 kg/jam



Abu

= 12% x 104.500 kg/jam

= 12.540 kg/jam


Neraca Massa

A-2



Padatan

= 10% x 104.500 kg/jam



Fruktosa

= 9% x 104.500 kg/jam

= 9.405 kg/jam



Glukosa

= 7% x 104.500 kg/jam

= 7.315 kg/jam



Karbohidrat

= 4% x 104.500 kg/jam

= 4.180 kg/jam



Substansi

= 3% x 104.500 kg/jam

= 3.135 kg/jam

= 10.450 kg/jam

Tabel Neraca Massa Tangki Penyimpanan komponen Glukosa Sukrosa Fruktosa Abu Padatan Air Karbohidrat Subtansi tak terfermentasi Total

2.

Input (kg/j) 7.315,00 36.575,00 9.405,00 12.540,00 10.450,00 20.900,00 4.180,00 3.135,00 104.500,00

Output (kg/j) 7.315,00 36.575,00 9.405,00 12.540,00 10.450,00 20.900,00 4.180,00 3.135,00 104.500,00

UNIT FILTER PLATE AND FRAME Fungsi : untuk memisahkan abu, padatan, dan karbohidrat dalam molase agar tidak mengganggu proses selanjutnya Molase Filter Plate and Frame F1

Abu, padatan, karbohidrat F2

Molase F3 Zat pengotor 100% tertahan sebagai retentate


Neraca Massa

A-3

Tabel Neraca Massa Unit Filter Plate and Frame Komponen

Input (kg/j)

* Molasses dari tangki molasses Glukosa Sukrosa Fruktosa Abu Padatan Air Karbohidrat Subtansi tak terfermentasi

F1

Komponen

* Pakan Ternak 7315,00 Abu 36575,00 Padatan 9405,00 Karbohidrat 12540,00 10450,00 * Molasses ke Fermentor 20900,00 Glukosa 4180,00 Sukrosa 3135,00 Fruktosa 104500,00 Air Subtansi tak terfermentasi 104500,00

3.

Output (kg/j) F2 12540,00 10450,00 4180,00 27170,00 F3 7315,00 36575,00 9405,00 20900,00 3135,00 77330,00 104500,00

UNIT MIXER Fungsi = Untuk menambahkan air hingga kadar molasses menjadi 12 brix Air F4 Molase MIXER F3

Molases F5

Kadar sukrosa yang diinginkan dalam molase adalah 12o brix (12% massa), maka perlu ditambahkan sejumlah air ke dalam reaktor, yaitu : massa sukrosa

12% = massa glukosa+massa fruktosa+massa sukrosa+massa air+airx 100% 36.575 kg⁄j

12% = 7.315 kg⁄j+ 9.405 kg⁄j+ 36.575 kg⁄j+20.900kg⁄j+X x100% X = 230596,67 kg/j


Neraca Massa

A-4

Tabel Neraca Massa Mixer Komponen * Molasses dari Filter press Glukosa Sukrosa Fruktosa Air Subtansi tak terfermentasi

Input (kg/j) F3 7.315 36.575 9.405 20.900 3.135 77.330 F4 230596,67 307926,67

* Air Prosses Air

Komponen * Molasses Encer Glukosa Sukrosa Fruktosa Air Subtansi tak terfermentasi

Output (kg/j) F5 7315 36575 9405 251496,67 3135 307926,67

307926,67

Unit Percabangan

Molase

Cabang

F5

F6

(Seed Fermentor)

F11

(Pre Fermentor)

F16

(Main fermentor)

Molase dari tangki Mixer di cabang menjadi 3 arus, digunakan untuk mengembangbiakan kulture di tangki inokulum sejumlah 10 % ( seeding dan pre fermentor) dan sisanya 90 % menuju main fermentor. Tabel neraca massa pada unit percabangan Komponen

Input (kg/j)

Output (kg/j)

Glukosa Sukrosa Fruktosa Air Subtansi tak terfermentasi Sub total

F5 F6 F11 F16 7315,00 365,75 365,75 6583,50 36575,00 1828,75 1828,75 32917,50 9405,00 470,25 470,25 8464,50 251496,67 12574,83 12574,83 226347,00 3135,00 156,75 156,75 2821,50 307926,67 15396,33 15396,33 277134,00

Total

307926,67

307926,67


Neraca Massa

4.

A-5

REAKTOR INOKULASI PEMBIAKAN Saccaromyces Cerevisiae ( SEED FERMENTOR)

Fungsi : sebagai tempat tumbuhnya Saccaromyces Cerevisiae tahap awal CO2, N2 F9 F6 Molase

REAKTOR INOKULASI (SEED FERMENTOR)

F7 Udara F8

Molase F10

NH3

Reaksi yang terjadi : C12H22O11 + H2O

C6H12O6 + C6H12O6

Sukrosa

Glukosa

Air

fruktosa

Reaksi stoikiometris dan 100% sukrosa terkonversi menjadi glukosa dan fruktosa Massa sukrosa

= 1.828,75 kg

BM sukrosa

= 342 kg/mol

BM glukosa

= 180 kg/mol

Sukrosa yang bereaksi = (1.828,75/ 342 ) kmol = 5,35 kmol Gula yang terbentuk dari hasil hidrolisa = 2 x mol glukosa x BM glukosa = (2 x 5,35 x 180 ) kmol = 1925 kg

Saccaromyces Cerevisiae Ragi

= 0,005 x jumlah bahan baku = 0,005 x (365,75 + 470,25+ 1925 ) kg = 13,81 kg

Reaksi : C6H12O6 + 1,8O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8 N0,2 O0,5 + 2CO2 + 3,6 H2O

BM Ragi = 24,6 kg/kmol [ Shuler dan Kargi, 2002] Ragi (CH1,8N0,2O0,5) yang terbentuk

= Massa Ragi / MR Ragi


Neraca Massa

A-6

= 13,81 kg / 24,6 kg/kmol = 0,56 kmol  CO2 yang terbentuk

= (2/4) x (mol ragi yangterbentuk) = ( 2/4 ) x 0,56 kmol = 0,28 kmol = 0,28 kmol x 44 kg/kmol = 12,35 kg

 H2O yang terbentuk

= (3,6/4) x (mol ragi yangterbentuk) = ( 3,6/4 ) x 0,56 kmol = 0,51 kmol = 0,51 kmol x 18 kg/kmol = 9,09 kg

 C6H12O6 yang bereaksi


 NH3 yang bereaksi

= (0,8/4) x (mol ragi yangterbentuk) = 0,8/4 x 0,56 kmol = 0,11 kmol = 0,11 kmol x 17 kg/kmol = 1,91 kg

 O2 yang bereaksi


Kebutuhan udara untuk pembiakan, asumsi = udara terdiri atas 79% N2 dan 21% O2, maka N2 sebagai gas keluaran bersifat inert dan tidak bereaksi sebesar N2 = 79/21 x 8,08 kg = 30,40 kg Jadi, udara yang disuplai = 100/21 x 8,08 kg = 38,48 kg


Neraca Massa

A-7

Tabel Neraca Massa Unit Seed Fermentor Komponen

Input (kg/j)

* Molasses Encer Gula Air Subtansi tak terfermentasi * Udara Udara * Amonia NH3

F6 2664,75 12574,83 156,75 15396,33 F7 38,48 F8 1,91

Komponen

Output (kg/j)

* Produk Atas CO2 N2 * Produk Bawah Gula Air Subtansi tak terfermentasi Ragi

15436,72

5.

F9 12,35 30,40 42,75 F10 2639,50 12583,92 156,75 13,81 15393,98 15436,72

REAKTOR INOKULASI PEMBIAKAN Saccaromyces Cerevisiae ( PRE FERMENTOR)

Fungsi : sebagai tempat tumbuhnya Saccaromyces Cerevisiae tahap selanjutnya CO2, N2 F10

F14

Ragi

REAKTOR INOKULASI

F11 Molase

(PRE FERMENTOR)

F12 Udara

Molase F10

F13 NH3 Reaksi yang terjadi : C12H22O11 + H2O

C6H12O6 + C6H12O6

Sukrosa

Glukosa

Air

fruktosa


= 1.828,75 kg

BM sukrosa

= 342 kg/mol

BM glukosa

= 180 kg/mol


Neraca Massa

A-8

Sukrosa yang bereaksi = (1.828,75/ 342 ) kmol = 5,35 kmol Gula yang terbentuk dari hasil hidrolisa = 2 x mol glukosa x BM glukosa = (2 x 5,35 x 180 ) kmol = 1925 kg

Saccaromyces Cerevisiae Ragi

= 0,005 x jumlah bahan baku = 0,005 x (365,75 + 470,25+ 1925 ) kg = 13,81 kg

Reaksi : C6H12O6 + 1,8O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8 N0,2 O0,5 + 2CO2 + 3,6 H2O

BM Ragi = 24,6 kg/kmol [ Shuler dan Kargi, 2002] Ragi (CH1,8N0,2O0,5) yang terbentuk

= Massa Ragi / MR Ragi = 13,81 kg / 24,6 kg/kmol = 0,56 kmol

 CO2 yang terbentuk


 H2O yang terbentuk

= (3,6/4) x (mol ragi yangterbentuk) = ( 3,6/4 ) x 0,56 kmol = 0,51 kmol = 0,51 kmol x 18 kg/kmol = 9,09 kg

 C6H12O6 yang bereaksi


 NH3 yang bereaksi


 O2 yang bereaksi

= (1,8/4) x (mol ragi yangterbentuk)


Neraca Massa

A-9

= 1,8/4 x 0,56 kmol = 0,25 kmol = 0,25 kmol x 32 kg/kmol = 8,08 kg Kebutuhan udara untuk pembiakan, asumsi = udara terdiri atas 79% N2 dan 21% O2, maka N2 sebagai gas keluaran bersifat inert dan tidak bereaksi sebesar N2 = 79/21 x 8,08 kg = 30,40 kg Jadi, udara yang disuplai = 100/21 x 8,08 kg = 38,48 kg Tabel Neraca Massa Unit Pre Fermentor Komponen * Molasses dr Seed Fermentor Gula Air Subtansi tak terfermentasi Ragi * Mlasses dr tangki Molasses Gula Air Subtansi tak terfermentasi * Udara Udara * Amonia NH3

Input (kg/j) F10 2639,50 12583,92 156,75 13,81 15393,98 F11 2664,75 12574,83 156,75 15396,33 F12 38,48 F13 1,91 30830,70

Komponen * Produk Atas CO2 N2 * Produk Bawah Gula Air Subtansi tak terfermentasi Ragi

Output (kg/j) F14 12,35 30,40 42,75 F15 5278,99 25167,85 313,50 27,61 30787,95

30830,70


Neraca Massa

6.

A - 10

FERMENTOR

Fungsi : sebagai tempat yang berfungsi mengubah glukosa dan fruktosa menjadi etanol CO2, Asetaldehid F20 F15 Ragi Gula, Biomassa,

F16 Molase F17 Antifoam

FERMENTOR

F18 (NH4)2HPO4 F19

Etanol, Air F21

H2SO4

Ketentuan : 1. Konsentrasi gula yang digunakan dalam masukan fermentor adalah 12 -14% (Dunn) 2. Inokulum yang digunakan adalah 10 % dari volume media ( Stanburry) 3. Konsentrasi Etanol yang dihasilkan adalan 11 % Volume cairan fermentasi (Kirk othmer) 4. Konversi glukosa sebesar 95 % (Dunn) 5. Terdapat hasil samping berupa aldehid, karena konsentrasinya kecil maka dapat diabaikan


Neraca Massa

A - 11

Reaksi yang terjadi : C12H22O11 + H2O Sukrosa

Air

C6H12O6 + C6H12O6 Glukosa

fruktosa


= 32.917,5 kg

BM sukrosa

= 342 kg/mol

BM glukosa

= 180 kg/mol

Sukrosa yang bereaksi

= (32.917,5/ 342 ) kmol = 96,25 kmol

Gula yang terbentuk dari hasil hidrolisa

= 2 x mol glukosa x BM glukosa = (2 x 96,25x 180 ) kmol = 3850 kg

Total gula = glukosa + fruktosa + gula yang terbentuk dari hasil hidrolisa + gula yang terbentuk dari seed dan pre fermentor = ((6583,5 + 8464,5 + 3850 + (2 x1925)kg = 53548 kg Reaktor ini berfungsi mengubah glukosa dan fruktosa menjadi etanol Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: C6H12O6

2C2H5OH + 1,955 CO2 + 0,021146 Asetaldehid

C6H12O6 = 53548 kg / 180 kg/kmol = 297,49 kmol Konversi terbentuknya etanol adalah 95 %, maka : C6H12O6 yang bereaksi 

C6H12O6 sisa

= 297,49 kmol x 0,95 = 282,61 kmol = (297,49 - 282,61 ) kmol = 284,04 kmol = 284,04 kmol x 180 kg/kmol = 2677,4 kg



Etanol yg dihasilkan = 2/1 x mol C6H12O6 = 2 x 282,61 kmol = 565,23 kmol = 565,23 kmol x 46 kg/kmol = 26000,53 kg



CO2 yang dihasilkan = 1,955/1 x mol C6H12O6 = 1,955 x 282,61kmol = 552,51 kmol


Neraca Massa

A - 12

= 552,21 kmol x 44 kg/kmol = 24310,49 kg 

Asetaldehid

= 0,021146/1 x mol C6H12O6 = 0,021146 x 282,61kmol = 5,98 kmol = 5,98 kmol x 43 kg/kmol = 256,98 kg

Pada fermentor perlu ditambahkan sbb: 

Antifoam yang ditambahkan 10 ppm media masuk fermentor Antifoam = 10 mg / kg x 30787,95 kg x 1 / 1.000.000 kg / mg = 0,31 kg



Ammonium phospat yang dibutuhkan sebesar 0,5 % dari volume inokulum Ammonium phospat = 0,5/100 x 30787,95 kg = 153,94 kg



H2SO4 yang dibutuhkan sebesar 1% dari glukosa H2SO4 = 0,1 / 100 x 5304,25 kg = 53,04 kg

Tabel Neraca Massa Unit Fermentor Komponen * Molasses dr Pre Fermentor Gula Air Subtansi tak terfermentasi Ragi * Molasses dr T. Molasses Gula Air Subtansi tak terfermentasi *Antifoam Antifoam * Amonium Sulfat Amonium Sulfat * Asam Sulfat H2SO4

Input (kg/j) F15 5278,99 25167,85 313,50 27,61 30787,95 F16 47965,50 226347,00 2821,50 277134,00 F17 0,31 F18 153,94 F19 53,04 308130,15

Komponen * Produk Atas CO2 Asetaldehid

Output (kg/j) F20 24310,49 256,98 24567,47 * Produk Bawah F21 Gula 2677,40 Air 251514,85 Subtansi tak terfermentasi 3135,00 Ragi 27,61 Antifoam 0,31 Amonium Sulfat 153,94 H2SO4 53,04 Etanol 26000,53 283562,68

308130,15


Neraca Massa

7.

A - 13

FILTER PRESS

Fungsi : untuk memisahkan cake dari filtratnya agar tidak mengganggu proses selanjutnya Filter Press

Produk Fermentor

F21

Cake

F22

Filtrat

F23

Asumsi : 1. Total biomassa keluar sebagai hasil filter press 2. Air yang keluar sebagai rentetate adalah 50 % dari total biomassa Air yang keluar sebagai rentetate adalah 50 % dari total biomassa Air Rentetate = 0,5 x (3135 + 27,61 + 0,31 + 153,94 + 53,04 ) kg = 1684,95 kg Tabel Neraca Massa Filter Press Komponen * Bahan Fermentor Gula Air Subtansi tak terfermentasi Ragi Antifoam Amonium Sulfat H2SO4 Etanol

Input (kg/j) F 21 2677,40 251514,85 3135,00 27,61 0,31 153,94 53,04 26000,53 283562,68

283562,68

Komponen * Filtrat ke Destilasi Gula Air Etanol * Cek ke Pengolahan Air Subtansi tak terfermentasi Ragi Antifoam Amonium Sulfat H2SO4

Output (kg/j) F 23 2677,40 249829,90 26000,53 278507,83 F 22 1684,95 3135,00 27,61 0,31 153,94 53,04 5054,85 283562,68


Neraca Massa

8.

A - 14

UNIT DISTILASI I

Fumgsi : memisahkan etanol dari impuritasnya sehingga di peroleh komposisi etanol 55%

F25 Destilat F23

Bottom F24

Di rencanakan : 1. Etanol terpisah sebagai overhead 95% Etanol keluar sebagai destilat 2. Air terpisah sebagai bottom produk 95% 3. Feed masuk kolom pada kondisi uap jenuhnya 4. Hasil bawah berupa luther washer (campuran biomassa, sisa glukosa, air) Distribusi komponen pada destilat dan bottom CP Antoine CPVA CPVB CPVC CPCVD A B C 8,39E9,01 0,21 1,37E-09 18,91 3803,9 -41,68 Etanol 46 78,4 05 1,90E1,05E-3,57EAir 18 100 32,2 03 05 09 18,3 3816,4 -46,13 Glukosa 180 17,2 4487 -140 CPVAPA, CPVAPB, CPVAPC, CPVAPD = constants in the ideal gas heat capacity komponen BM

Bolling Point

equation : Cp = CPVAPA + (CPVAPB) *T + (CPVAPC) *T**2 + ( CPVAPD) *T**3 Cp J/mol K, T deg K


Neraca Massa

A - 15

ANTA, ANTB, ANTC= constants in the arxione equation ; Ln (vnpour pressure) = ANTA – ANTB/ (T + ANTC), vap, press, mmHg, T deg K. To convert mmHg to N/sq.m multiply by 133,32 To convert degrees Celcius to Kelvin add 273,15 Sumber : culson & richarddson vol 6 𝐵

In (P1sat) – A - 𝑇+𝐶 Ki = P1sat/Ptotal ɑi = Ki / KHK komponen kunci berat (HK) dan komponen kunci ringan (LK) HK = H2O

LK = etanol

Ptotal = 760 mmHg

Trial : T = 98,8360C = 371,9860K

komponen BM Etanol Air Glukosa Total Komponen Etanol Air Glukosa

Massa

K.mol

xfeed= xi

Pi sat

46 26000,53 565,2288889 0,093356546 18 249829,8988 13879,43882 0,897030079 180 2677,4 14,87444444 0,009613374 278507,8277 14459,54216

Ki

ai

1619,92 2,131474 2,234403 724,99 0,953934 1 0,12 0,000158 0,000166

1

yi=xi*Ki ai*xi log ai 0,198987022 0,20859617 0,349161551 0,855707681 0,89703008 0 1,5179E-06 1,5912E-06 -3,78115077


Neraca Massa

A - 16

Asumsi distribusi produk dan distilat & bottom Etanol do overhead

= 0,95 feed

Air di bottom

= 0,95 feed

Log (air D)/(A)

= -1,26

Log (etanol iD)/(etanol iB)

= - 0,7

Log ɑ air

=0

Log ɑ etanol

= 0,349

log ai

log iD/iB 0 -1,26245109 0,349161551 -0,70117525

log iD/iB 0 0 -0.5

0.1

0.2

0.3

0.4 log iD/iB

y = 1.6075x - 1.2625 R² = 1

-1 -1.5

Perhitungan distilat dan bottom Komponen log (D/B) Etanol Air Glukosa

(D/B)

xD

kmol B

xB

-2,01236 0,009719 536,9674 0,436226 28,26144 0,002136 -1,278 0,052723 693,9719 0,563774 13185,47 0,996739 -0,57761 0,26448 0 0 14,87444 0,001124

Total



kmol D

1230,939

1

13228,6

1

Perhitungan dew point distilat P = 1 atm = 760 mmHg T = 92,4890C = 365,6390K xD = yi (kondensor Total)


Neraca Massa

A - 17

Komponen

Destilasi kmol xD=yi

Etanol Air Glukosa Total

536,9674 0,436226 693,9719 0,563774 0 0 1230,939 1



Pi

Ki

1619,92 724,99 0,12

xi=yi/Ki

1,7006 0,75 0,0001 2,4507

ai

0,693924185 0,30603501 4,08047E-05 1

Perhitungan bubble point bottom P = 1 atm = 760 mmHg T = 100,1260C = 373,2760K

Komponen Etanol Air Glukosa Total

kmol

Destilasi xD=yi

28,26144 0,002136 13185,47 0,996739 14,87444 0,001124 13228,6 1

Pi 1619,92 724,99 0,12

Ki

xi=yi/Ki

ai

2,23 0,99 0,002 3,222

0,692116698 0,30726257 0,000620732 1

Tabel Neraca Massa Unit Distilasi I Komponen * Filtrat dari filter press Gula Air Etanol

Input (kg/j) F23 2677,4 249829,8988 26000,52889 278507,8277

278507,8277

Komponen * Produk atas ke Destilasi-2 Etanol Air * Produk Bawah Etanol Air Gula

Output (kg/j) F25 24700,5024 12491,4949 37191,9974 F24 1300,02644 237338,404 2677,4 241315,83 278507,828


Neraca Massa

9.

A - 18

UNIT DISTILASI II Fungsi : membentuk azeotrop pada komposisi etanol 95%

F27 Destilat F25

Bottom F26 Perencanaan : 1. Diinginkan komposisi atas etanol 90% mol 2. Maksimal etanol terdapat pada hasil bawah 0,05%

Feed komponen etanol Air Jumlah

kmol 536,9674444 693,9719411 1230,939386

Diingikan : Komposisi etanol atas Komposisi etanol bawah

xf 0,43622574 0,56377426 1

= 0,90 = 0,05

Neraca massa kolom 2 F 1230,939

=B+D = B+D

D = 1230,939 – B


Neraca Massa

A - 19

N.M. Komponen Etanol kolom 2 xF + F = xd + D + xB + B 536,9674444

= 0,90* D + 0,05*B

536,9674444

= 0,90* (1230,939 – B) + 0,05*B

B

= 476,119042

D

= 754,8203 feed

komponen etanol Air Total

kmol

D x

536,9674444 0,43622574 693,9719411 0,56377426 1230,939386 1

kmol 428,507138 47,6119042 476,119042

B x

kmol

x

0,9 37,74102 0,05 0,1 717,0793 0,95 1 754,8203 1

Komposisi distilat (kg) : Etanol

= 23670,4915

Air

= 520,895339

Total

= 24191,3868

95,83%

Tabel Neraca Massa Kolom Distilasi II komponen * Etanol dari Destilasi I Etanol Air

BM

Bolling Point F25 * Produk atas ke Membran 24700,50244 Etanol 12491,49494 Air 37191,99738 * Produk Bawah Etanol Air

CP

37191,99738

F27 23670,4915 520,895339 24191,3868 F26 1030,01095 11970,5996 13000,6106 37191,9974


Neraca Massa

A - 20

10. MEMBRAN PERVAPORASI Fungsi : menghasilkan etanol fuel grade dengan kemurnian 99,7% Retentate F 29

Membran

F 27

Permeate F 28

Di rencanakan : 1. Keluaran permeat berupa etanol 99,7% 2. Etanol yang keluar dari retentat maksimum 0,1 % berat Feed

= Permeate + Retentate

F

=P+R

24191,3868 R F * xF

=P+R = 24191,3868 - P = P * xP + R * xR

24191,3868* 0,958

= 0,997 P + 0,001(24191,3868 - P)

0,996 P

= 23151,1572

P

= 23244,13373

R

= 947,2530988


Neraca Massa

A - 21

Etanol yang terpisah arus permeate 0,997 x 23244,13373 = 23174,40133 Air yang terpisah pada arus retentate 0,005 x 23244,13373 = 116,2206687 Tabel neraca massa membrane pervaporasi Komponen * Etanol dr Distilasi-2 Etanol Air

Input (kg/j)

Komponen

* Permeate F27 23670,49149 Etanol 520,895339 Air 24191,38683 * Rententate Etanol Air 24191,38683

Output (kg/j) F28 23.174,40 116,2206687 23290,622 F29 496,090161 404,6746703 900,7648314 24191,38683


Neraca Panas

B-1

LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Kapasitas produksi

= 200.000 kL/tahun

Waktu operasi

= 24 jam / hari ; 360 hari / tahun

Satuan massa

= kilogram / jam

Satuan panas

= kilokalori / jam

Persamaan Panas untuk kondisi aliran steady ; Q = ∆H = 𝑯𝟐 – 𝑯𝟏 𝑇

∆H

= n . Cp . ∆T = n ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇

Dengan

Cp

:

(Himmelblau, 1989)

H

= panas

; kkal

n

= berat bahan

; kmol

Cp

= spesific heat

; kkal/kmol Kelvin

Tref

= suhu reference

; Kelvin

T

= suhu bahan

; Kelvin

= A + B.T + C.𝑇 2 + D.𝑇 3

Dengan

:

Cp

(Sherwood, 1977) = Spesific heat

A,B,C,D

= Konstanta

T

= Suhu bahan

; kkal/kmol . Kelvin

; Kelvin

Perhitungan Integrasi ∆H , (Himmelblau, 1989) : Cp

= A + B.T + C.𝑇 2 + D𝑇 3

Cp

= kkal/kmol.K

∆H

= n ∫𝑇

𝑇 𝑟𝑒𝑓

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇 = n ∫𝑇

𝑟𝑒𝑓

(Sherwood, 1977)

(𝐴 + 𝐵. 𝑇 + 𝐶. 𝑇 2 + 𝐷𝑇 3 ) 𝑑𝑇

𝐵

𝐶

𝐷

= n [(A(T-𝑇𝑟𝑒𝑓 ))+( 2 (𝑇 2 -𝑇𝑟𝑒𝑓 2))+(3(𝑇 3 -𝑇𝑟𝑒𝑓 3))+( 4 (𝑇 4 -𝑇𝑟𝑒𝑓 4))] = kmol . [kkal/kmol.K x K] = kkal


Neraca Panas

B-2

Data Konstanta heat capacities (A,B,C,D) : Komponen

Formula

BM

A

Glukosa

C6H12O6

180 -13,264

Sukrosa

C12H22O11

324

karbohidrat

B

C

D

0,1723

-0,0000976

1,967E-08

3,253

1,311

-5,442

-1,89

C6H12O6

180 -13,264

0,1723

-0,0000976

1,967E-08

Gula

C6H12O6

180 -13,264

0,1723

-0,0000976

1,967E-08

Sub Tak ferm

SiO2

Udara

Udara

Amonia

60

5,697

0,016

-0,00001185

3,172E-09

28,84

7,287

-0,00256

0,00000593

-2,738E-09

NH3

17

6,524

0,005692 0,000004073

-2,83E-09

Carbon Dioxide

CO2

44

4,728

0,01754

-0,00001338

4,097E-09

Nitrogen

N2

28

7,44

-0,00324

0,0000064

-2,79E-09

Ragi

C6H12O6

180 -13,264

0,1723

-0,0000976

1,967E-08

Antifoam

C2H6O12

0,05931

-0,00003576

7,19E-09

Amonium Phospat

(NH4)2HPO4

-0,00341 0,000007099

-3,232E-09

Asam Sulfat

62

8,526

132

7,442

H2SO4

98

6,709

0,0325

-0,00003281

1,211E-08

Asetal dehid

CH3CHO

44

1,843

0,04353

-0,00002404

5,685E-09

Etanol

C2H5OH

46

2,153

0,05113

-0,00002004

3,28E-10

Air (l)

H2O

18

7,701 0,0004505 0,000002521

-8,59E-10

(Sherwood, 1977)


Neraca Panas

B-3

1. UNIT SEED FERMENTOR Fungsi : Pengembangbiakan bakteri dengan penambahan udara dan ammonia Kondisi operasi :

* Tekanan operasi

= 1 atm (tekanan atmosfer)

* Suhu operasi

= 30℃ (suhu kamar)

* Waktu tinggal

= 24 jam (Prescott & Dunn)

Air pendingin, 30℃ (Ulrich : 427) Sacc. Cereviceae Ammonia

Limbah gas

Udara

Larutan bakteri

Air pendingin, 45℃ (Ulrich : 427) Reaksi yang terjadi : Reaksi – 1 :

C12H22O11 + H2O

Reaksi – 2 :

C6H12O6 + 1,8 O2 + 0,8NH3

C6H12O6 + C6H12O6 4CH1,8 N0,2 O0,5+ 2CO2 +3,6 H2 O

Neraca panas total Entalpi bahan masuk +∆ H reaksi

= Entalpi bahan keluar + Q serap

Entalpi bahan masuk : 𝑇

1. Entalpi molasses encer dr unit mixer pada suhu 30℃ , ∆H = n ∫𝑇 Massa bahan : Komponen Gula Air Sub tak ferm

Berat (kg/j) 2664,75 12574,83 156,75 15396,33


BM 180 18 60

Kmol/j 14,8041667 698,601852 2,6125

𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Neraca Panas

B-4

Entalpi bahan pada suhu 30℃ (303,15 K) : 𝑇

∆HGula = n ∫𝑇

𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑇 =

𝐵

𝐶

𝐷

n [(A(T-𝑇𝑟𝑒𝑓 ))+( 2 (𝑇 2 -𝑇𝑟𝑒𝑓 2))+(3(𝑇 3 -𝑇𝑟𝑒𝑓 3)) + ( 4 (𝑇 4 -

𝑇𝑟𝑒𝑓 4))] =14,8041667[(-13,264(303,15-298,15))+( +(

−9,760𝑥10−5 3

(303,153 -298,153 ))+(

1,723𝑥10−1 2

1,967𝑥10−8 4

(303,152 -298,152 ))

(303,154 -298,154 ))]

= 2239,1504 kkal/jam 𝑇

𝐵

𝐶

𝐷

∆Hair = n ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 = 𝑛 [(𝐴(𝑇 − Tref))+( 2 (T2-Tref 2))+(3(T3 – Tref 3 ))+ ( 4 (T4- Tref 4

))]

=698,601852[(-7,701(303,15-298,15))+( 2,521𝑥10−6

(

3

(303,153- 298,153)) +(

4,505𝑥10−4 2

−8,590𝑥10−10 4

(303,152

–

298,152))

+

(303,154- 298,154))]

=28087,206 kkal/jam 𝑇

𝐵

𝐶

𝐷

∆𝐻subs= n ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 = n [(𝐴(𝑇 − Tref))+( 2 (T2-Tref 2))+(3(T3 – Tref 3 ))+( 4 (T4- Tref 4

))]

[

= 2,6125 (5,697(303,15 – 298,15))+

(

+

−1,185×10−5 3

(

1,600×10−2 (303,152 2

)(

(303,153 − 298,153 ) +

)

− 298,152 )

3,172×10−9 (303,154 4

)

− 298,154 )

= 124,38709 kkal/jam Entalpi total = 2239,1504 + 28087,206+ 124,38709 = 30450,74330450,743 kkal/jam


Neraca Panas

B-5

Hasil perhitungan di tabelkan sebagai berikut : 𝑇

Komponen Gula Air Substansi tak terfermentasi

Berat (kg/j) 2664,75 12574,83 156,75

BM

N (kmol/j)

𝑇

∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 180 14,804167 151,2514 18 698,60185 40,20488

(kkal/jam) 2239,1504 28087,206

60

124,38709

2,6125

47,61228

15396,33

30450,743 𝑇

2. Entalpi udara dari air filter pada suhu = 300C (303,15 kelvin) , ∆𝐻 = ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan di tabelkan : 𝑇

Komponen Udara

Berat (kg/j) 38,48 38,48

BM 28,84

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 1,334287 34,89475

(kkal/jam) 46,559616 46,559616

3. Entalpi ammonia dari tangki ammonia pada suhu = 300C (303,15 kelvin) , ∆𝐻 = 𝑇

𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇

Hasil perhitungan di tabelkan : 𝑇

Komponen NH3

Berat (kg/j) 1,91 1,91

BM

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 17 0,1122358 42,63278

Total entalpi bahan masuk : = 30450,743+46,559616+4,7849227 = 30502,088 kkal/jam Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 4,7849227 4,7849227

Neraca Panas

B-6

Entalpi bahan keluar : 𝑇

1. Entalpi produk atas pada suhu = 300C (303,15 kelvin) , ∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan di tabelkan : 𝑇

Komponen CO2 N2

Berat (kg/j) 12,35 30,40 42,75

BM

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 44 0,2805894 44,51648 28 1,0857093 34,8429

(kkal/jam) 12,490855 37,829261 50,320116 𝑇

2. Entalpi produk bawah pada suhu 300C (303,15 kelvin) , ∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan di tabelkan : 𝑇

Komponen Gula Air (l) Sub Tak ferm Ragi

Berat (kg/j) 5278,99 25167,85 313,50 27,61 30787,95

BM

N (kmol/j)

180 29,327744 18 1398,2138 60 5,225 24,6 1,1223577

Total Entalpi bahan keluar : = 50,320116 + 61069,417 = 61119,737 kkal/jam


∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 151,2514 40,20488 47,61228 151,2514

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 4435,8613 56215,024 248,77418 169,75814 61069,417

Neraca Panas

B-7

Panas reaksi : Berdasarkan himmelblau halaman 456 : Panas reaksi pada suhu 300C (303,15 K) : ΔH R,303,15 K

= ΔH R,Tref + (ΔHproduk - ΔHreaktan)

ΔHreaktan

= entalpi bahan masuk

ΔHproduk

= entalpi bahan keluar

ΔH R,Tref

= panas reaksi pada suhu reference Tref

= suhu reference = 25oC = 298,15 K

ΔH R,303,15 K

= ΔHoF produk - ΔHoF reaktan

ΔHoF

= panas pembentukan bahan

Reaksi yang terjadi : Reaksi -1 : C12H22O11 + H2O

C6H12O6 + C6H12O6

Reaksi -2 : C6H12O6 + 1,8 O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8N0,2O0,5 + 2 CO2 + 3,6 H2O

Data HoF komponen : ΔHoF (kkal/mol)

komponen C12H22O11 H2O C6H12O6 C6H12O6

-68,34 -68,32 -79,40 -67,84

Literature (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997)

Dari neraca massa : (kapasitas 50.000 Ton/th) Mol C12H22O11

= 5,35

kmol

= 535 mol

Mol H2O

= 5,35 kmol

=535 mol

Mol C6H12O6

= 5,35 kmol

=535 mol

Mol C6H12O6

= 5,35

= 535 mol

ΔH R,298,15 K

= [(535 x (-70,40)) + (535 x (-67,84))] -

kmol

[(535 x (-68,34)) + (535 x (-68,32))]

= -7913,889 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas)


Neraca Panas

B-8

Reaksi -2 : C6H12O6 + 1,8 O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8N0,2O0,5 + 2 CO2 + 3,6

H2O Data HoF komponen : ΔHoF (kkal/mol) -70,40 0,00 -10,92 68,60 -94,05 -68,32

Komponen C6H12O6 O2 NH3 CH1,8N0,2O0,5 CO2 H2O

Literatur (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997) (saras, 2005) (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997)


= 26,80 kmol = 26800 mol

Mol O2

= 48,20 kmol = 48200 mol

Mol NH3

= 21,40 kmol = 21400 mol

Mol CH1,8N0,2O0,5

= 107,20 kmol = 107200 mol

Mol CO2

= 53,60 kmol = 53600 mol

Mol H2O

= 96,40 kmol = 96400 mol

ΔH R,298,15 K

= [(107200 x (68,60))+(53600x (-94,05)) + (96400 x (-68,32))] - [(26800 x (-70,40)) + (48200 x (0,00)) + (21400 x (-10,92))] = -2152800 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas)


Neraca Panas Σ ΔH R,298,15 K

B-9

= -7913,889 + -2152800 = -2130096 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas)

ΔH R,303,15 K


(Himmelblau, 1989)

= -2130096 + (61119,74 – 30502,088) = -2130096 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas) Neraca panas total : Entalpi bahan masuk + ΔH reaksi

= Entalpi bahan bakar + Q serap

30502,088 – 2130096

= 61119,74 + Q serap

Q serap

= 2099478,6 kkal/jam

Kebutuhan Air pendingin : Suhu air pendingin masuk

= 30oC

(Ulrich, 1984)

Suhu air pendingin keluar

= 45oC

(Ulrich, 1984)

Cp air pendingin

= 1 kkal/kgoC (perry 6ed, 1984)

Q serap

= (m . Cp . ΔT)

M air pendingin

=

𝑄 𝑑𝑖𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝 (𝐶𝑝 .ΔT)


2099478,6

= (1𝑥(45−30)) = 139965,24 kg/jam

Neraca Panas

B - 10

Tabel neraca panas :

Komponen * Molases Gula Air Sub tak terfermentasi

Input (kkal/j)

* Udara udara *Amunium NH3 delta Hrx

Komponen * Produk Atas 2239,15041 CO2 28087,2058 N2 124,38709 30450,7433 Gula 46,559616 Air Sub tak terfermentasi 4,78492266 Ragi 2130096,24 Q Serap 2160598,33

Output (kkal) 12,4908546 37,8292613 50,3201159 4435,86129 56215,0235 248,77418 169,758137 61069,4171 2099478,59 2160598,33

2. UNIT PRE FERMENTOR Fungsi : adapsi bakteri pada molasses Kondisi operasi :

*takanan operasi

=1 atm (takanan atmosfer)

*suhu operasi

= 30o C (suhu kamar)

*waktu tinggal

= 24 jam (Prescott & Dumn)


Molasses encer

limbah gas

Molasses + ragi Ammonia Udara


Reaksi yang terjadi : Reaksi -1 : C12H22O11 + H2O Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C6H12O6 + C6H12O6

Neraca Panas

B - 11

Reaksi -2 : C6H12O6 + 1,8 O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8N0,2O0,5 + 2 CO2 +

3,6 H2O Neraca panas total : Entalpi bahan masuk + ΔH reaksi = entalpi bahan keluar + Q serap Entalpi bahan masuk : 1. Entalpi molasses dan ragi dari unit seed fermentor pada suhu 30oC, ∆𝐻 = 𝑇

𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan ditabelkan, sebagai berikut : 𝑇

Berat (kg/j)

Komponen Gula Air Sub tak ferm Ragi

BM

N (kmol/j)

2639,50 180 14,66387 12583,92 18 699,1069 156,75 60 2,6125 13,81 24,6 0,561179 15393,98

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝑇𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 151,251 40,2049 47,6123 151,251

(kkal/jam) 2217,931 28107,51 124,3871 84,87907 30534,71

2. Entalpi molasses encer dari unit mixer pada suhu 30oC, ∆𝐻 = 𝑇


Komponen Gula Air Sub tak ferm

Berat (kg/j) 2664,75 12574,83 156,75 15396,33

BM

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 180 14,80417 151,251 18 698,6019 40,2049 60 2,6125 47,6123


∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 2239,15 28087,21 124,3871 30450,74

Neraca Panas

B - 12

3. Entalpi udara dari air filter pada suhu = 30oC

(303,15 kelvin),

𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓 𝑇

Komponen

Berat (kg/j)

N (kmol/j)

BM

𝑇

∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 38,48 28,8 1,334287 34,8948 38,48

Udara

∆𝐻 = 𝑛 ∫

(kkal/jam) 46,55962 46,55962

4. Entalpi ammonia dari tangki ammonia pada suhu = 30oC (303,15 kelvin), 𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

Hasil perhitungan ditabelkan : ∆𝐻

𝑇

Komponen

Berat (kg/j)

BM

N (kmol/j)

∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

1,91 17,00 1,91

Total entalpi bahan masuk : = 30534,71+ 30450,74 + 4,784923 = 61036,8


0,11

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) NH3

𝑇

= 𝑛∫

42,63

(kkal/jam) 4,78 4,784923

Neraca Panas

B - 13

Entalpi bahan keluar : 1. Entalpi

produk

atas

pada

suuhu

30oC

=

(303,15

kelvin),

𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

Hasil perhitungan ditabelkan : 𝑇

Komponen

Berat (kg/j)

CO2 N2

2. Entalpi

BM

12,35 30,40 42,75 produk

𝑇

∫

N (kmol/j)

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

pada

suhu

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 44 0,280589 44,5165 28 1,085709 34,8429

bawah

∆𝐻 = 𝑛 ∫

=

30oC

(kkal/jam) 12,49085 37,82926 50,32012 (303,15

kelvin),

𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓


Komponen

Berat (kg/j)

BM

Gula Air (l) Sub Tak ferm Ragi

N (kmol/j)

5278,99 180 29,32774 25167,85 18 1398,214 313,50 60 5,225 27,61 24,6 1,122358 30787,95 Total entalpi bahan keluar : = 50,32012 + 61069,4 = 61119,74


∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 151,251 40,2049 47,6123 151,251

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 4435,861 56215,02 248,7742 169,7581 61069,42

Neraca Panas

B - 14

Panas reaksi : Berdasarkan himmelblau halaman 456 : Panas reaksi pada suhu 300C (303,15 K) : ΔH R,303,15 K


ΔHreaktan


ΔHproduk


ΔH R,Tref



ΔH R,303,15 K


ΔHoF



C6H12O6 + C6H12O6

Reaksi -2 : C6H12O6 + 1,8 O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8N0,2O0,5 + 2 CO2 +

3,6 H2O Tinjauan panas reaksi : Reaksi -1 : C12H22O11 + H2O

C6H12O6 + C6H12O6

Data HoF komponen : komponen

ΔHoF (kkal/mol)

Literature

C12H22O11

-68,34

(Sherwood, Appendix A : 266)

H2O

-68,32


C6H12O6

-70,40


C6H12O6

-67,84



= 5,35

kmol

= 5350 mol

Mol H2O

=5,35 kmol

=5350 mol

Mol C6H12O6

=5,35 kmol

=5350 mol

Mol C6H12O6

=5,35

=5350 mol

ΔH R,298,15 K

= [(5350 x (-70,40)) + (5350 x (-67,84))]


kmol

Neraca Panas

B - 15

-

[(5350 x (-68,34)) + (5350 x (-68,32))]

= -7913,889 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas) Reaksi -2 : C6H12O6 + 1,8 O2 + 0,8 NH3

4 CH1,8N0,2O0,5 + 2 CO2 + 3,6

H2O Data HoF komponen : ΔHoF (kkal/mol) -70,40 0,00 -10,92 68,60 -94,05 -68,32

Komponen C6H12O6 O2 NH3 CH1,8N0,2O0,5 CO2 H2O

Literatur (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997) (saras, 2005) (Sherwood, 1997) (Sherwood, 1997)


= 2,68 kmol

= 2680 mol

Mol O2

= 4,82 kmol

= 4820 mol

Mol NH3

= 2,140 kmol = 2140 mol

Mol CH1,8N0,2O0,5

= 10,72 kmol = 10720 mol

Mol CO2

= 5,36 kmol

= 5360 mol

Mol H2O

= 9,64 kmol

= 9640 mol

ΔH R,298,15 K

= [(10720 x (68,60)) + (5360 x (-94,05)) + (9640 x (-68,32))] -[(2680 x (-70,40)) + (4820 x (0,00)) + (2140 x (-10,92))] = -215280 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas)


Neraca Panas Σ ΔH R,298,15 K

B - 16

= -7913,89+ -215280 = -223194 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas)

ΔH R,303,15 K


(Himmelblau, 1989)

= -223194 + (61119,7–61036,8) = -223111 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas) Neraca panas total : Entalpi bahan masuk + ΔH reaksi 61036,8 + -223111 Q diserap

= Entalpi bahan Keluar + Q serap = 61119,7+ Q serap = 223028 kkal/jam


=30oC

(Ulrich, 427)


=45oC

(Ulrich, 427)

Cp air pendingin

=1 kkal/kgoC (perry 6ed, fig 3-11)

Q serap

=(m . Cp . ΔT)

M air pendingin

=



223028

= (1𝑥(45−30)) = 14868,5 kg/jam

Neraca Panas

B - 17

Tabel neraca panas : Komponen Input (kkal/j) * Molases dari fermentor Gula 2217,930646 Air 28107,51176 Sub tak terfermentasi 124,3870901 Ragi 84,87906875 30534,70857 * Molasses dr tangki Gula 2239,150413 Air 28087,20585 Sub tak terfm 124,3870901 30450,74335 * Udara udara 46,55961597 *Amunium NH3 4,78 delta Hrx 223110,9481 284147,74


Komponen * Produk Atas CO2 N2

Output (kkal) 12,49085456 37,82926133 50,32011589

Gula Air Sub tak terfermentasi Ragi

4435,861292 56215,02353 248,7741802 169,7581375 61069,41714

Q Serap

223028,0073 284147,7445

Neraca Panas

B - 18

3. UNIT FERMENTOR Fungsi : fermentasi molasses menjadi etanol Kondisi operasi :

*takanan operasi

=1 atm (takanan atmosfer)

*suhu operasi

= 30o C (suhu kamar)

*waktu tinggal

= 48 jam (Prescott & Dumn)


Molasses encer

limbah gas

Molasses + ragi Anti foam Amm Phosphate Asam sulfat



C6H12O6 + C6H12O6

Reaksi -2 : C6H12O6

2 C2H5OH + 1,955 CO2 + 0,021146

CH3CHO Neraca panas total : Entalpi bahan masuk + ΔH reaksi = entalpi bahan keluar + Q serap Entalpi bahan masuk : 1. Entalpi molasses dan ragi dari unit pre fermentor pada suhu 30oC, ∆𝐻 = 𝑇

𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 . Hasil perhitungan ditabelkan, sebagai berikut : 𝑇

Komponen Gula

Berat (kg/j) 5278,99


BM

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 180 29,3277439 151,251

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 4435,86129

Neraca Panas

Air Sub tak ferm Ragi

B - 19

25167,85 313,50 27,61

18 1398,21383 60 5,225 24,6 1,12235772

40,2049 47,6123 151,251

56215,0235 248,77418 169,758137 61069,4171

2. Entalpi molasses encer dari unit mixer pada suhu 30oC, ∆𝐻 = 𝑇


Komponen Gula Air Sub tak ferm

3. Entalpi

Berat (kg/j)

BM

dari

N (kmol/j)

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝑇𝑟𝑒𝑓

tangki

pada

suhu

30oC

=

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 180 266,475 151,251 18 12574,8333 40,2049 60 47,025 47,6123

47965,50 226347,00 2821,50 277134,00 antifoam

𝑇

∫

(kkal/jam) 40304,7074 505569,705 2238,96762 548113,38

(303,15

kelvin),

𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓


Komponen Antifoam

Berat (kg/j) 0,31 0,31

BM 62

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 0,0049658 116,603

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 0,57902514 0,57902514

4. Entalpi ammonium phosphate dari tangki pada suhu = 30oC (303,15 kelvin), 𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫ 𝑇𝑟𝑒𝑓


𝐶𝑝 𝑑𝑇

Neraca Panas

B - 20


Komponen

Berat (kg/j)

BM

∫

N (kmol/j)

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) Amonium phospat

153,94 153,94

132,00

1,17

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam)

34,8532

40,65 40,64617

5. Entalpi asam sulfat dari tangki pada suhu = 30oC (303,15 kelvin), 𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓


Komponen

Berat (kg/j)

H2SO4

53,04 53,04

BM

∫

N (kmol/j)

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 0,54 69,2173

98,00

∆𝐻 = 𝑛 ∫

(kkal/jam) 37,46 37,4638679

Total entalpi bahan masuk : = 61069,417 + 548113,38 + 0,57 + 40,646 + 37,46 = 609261,5 kkl/jam Entalpi bahan keluar : 1.

Entalpi

produk

atas

pada

suuhu

=

30oC

(303,15

kelvin),

𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

Hasil perhitungan ditabelkan : Komponen

Berat (kg/j)


BM

N (kmol/j)

𝑇

∫ 𝑇𝑟𝑒𝑓

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫ 𝑇𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Neraca Panas

B - 21

(kkal/kmol) CO2 Asetaldehid

24310,49 256,98 24567,47

44 552,511239 44 5,84034311

44,5165 64,5588

(kkal/jam) 24595,857 377,045666 24972,9027

2. Entalpi produk bawah pada suhu = 30oC (303,15 kelvin), 𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓


Berat (kg/j)

Komponen Gula Air Sub tak ferm Ragi Antifoam Amonium phospat H2SO4 Etanol

BM

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

2677,40 251514,85 3135,00 27,61 0,31

180 14,8744444 18 13973,0472 60 52,25 24,6 1,12235772 62 0,0049658

(kkal/kmol) 151,251 40,2049 47,6123 151,251 116,603

153,94 53,04 26000,53 283562,68

132 1,16621033 98 0,54124969 46 565,228889

34,8532 69,2173 78,6134

Total entalpi bahan keluar : = 24972,9027 + 611205,271 = 636178,2 kkal/jam

Panas reaksi : Berdasarkan himmelblau halaman 456 :


∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 2249,78002 561784,729 2487,7418 169,758137 0,57902514 40,64617 37,4638679 44434,5732 611205,271

Neraca Panas

B - 22

Panas reaksi pada suhu 300C (303,15 K) : ΔH R,303,15 K


ΔHReaktan


ΔHProduk


ΔH R,Tref



ΔH R,303,15 K


ΔHoF



C6H12O6 + C6H12O6

Reaksi -2 : C6H12O6

2 C2H5OH + 1,955 CO2 + 0,021146

CH3CHO Tinjauan panas reaksi : Reaksi -1 : C12H22O11 + H2O

C6H12O6 + C6H12O6

Data HoF komponen : ΔHoF (kkal/mol) -68,34 -68,32 -70,40 -67,84

komponen C12H22O11 H2O C6H12O6 C6H12O6

Literature (Sherwood, 1977) (Sherwood, 1977) (Sherwood, 1977) (Sherwood, 1977)


= 18,3799

kmol

=18379,9 mol

Mol H2O

= 18,3799 kmol

=18379,9 mol

Mol C6H12O6

=18,3799 kmol

=18379,9 mol

Mol C6H12O6

=18,3799

=18379,9 mol

ΔH R,298,15 K

= [(18379,9 x (-70,40)) + (18379,9 x (-67,84))] -


kmol

[(18379,9 x (-68,34)) + (18379,9 x (-68,32))]

Neraca Panas

B - 23

= - 27202,252 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas) Reaksi -2 : C6H12O6

2 C2H5OH + 1,955 CO2 + 0,021146 CH3CHO

Data HoF komponen : Komponen

ΔHoF (kkal/mol)

Literatur

C6H12O6

-70,40 (Sherwood, Appendix A : 264)

C2H5OH

-56,12 (Sherwood, Appendix A : 32 )

CO2


CH3CHO



= 53,97 kmol

= 539670 mol

Mol C2H5OH

= 107,94 kmol

= 107940 mol

Mol CO2

= 105,51 kmol

= 105510 mol

Mol CH3CHO

= 1,14 kmol

= 1140 mol

ΔH R,298,15 K

= [(107940

x (-56,12)) + (105510 x (-94,05)) + (1140 x

(39,76))] - [(539670 x (-70,40))] = -12226726,2 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas) Σ ΔH R,298,15 K

= -27202,252 - 12226726,2 = -12253928,5 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas)

ΔH R,303,15 K



(Himmelblau, 1989)

Neraca Panas

B - 24

= -12253928,5 + (636178,2 – 609261,5) = -12227011,78 kkal (reaksi bersifat eksotermis, melepas panas) Neraca panas total : Entalpi bahan masuk + ΔH reaksi

= Entalpi bahan keluar + Q serap

609261,5- 12227011,78

= 636178,2 + Q serap

Q diserap

= 12200095 kkal/jam


= 30oC

(Ulrich, 1984)


= 45oC

(Ulrich, 1984)

Cp air pendingin


Q serap

= (m . Cp . ΔT)

M air pendingin

=


12200095

= (1𝑥(45−30)) = 813339,673 kg/jam

Tabel neraca panas : Komponen Input (kkal/j) * Molases dr seed fermentor Gula 4435,861292 Air 56215,02353 Sub tak terfermentasi 248,7741802 ragi 169,7581375 61069,41714 * Molasses dr T. Mollases Gula 40304,70744 Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

Komponen * Produk Atas CO2 N2 Gula Air Sub tak fermentasi Ragi

Output (kkal) 24595,85704 377,0456661 24972,90271 2249,780023 561784,7287 2487,741802 169,7581375

Neraca Panas

Air Sub tak terfm * Antifoam Antifoam *Amunium phospat Amonium Phospat * Asam Sulfat H2SO4 delta Hrx

B - 25

505569,7052 Antifoam 2238,967622 Amonium phospat 548113,3803 H2SO4 Etanol 0,579025144

0,579025144 40,64616999 37,46386794 44434,57318 611205,271

40,65 37,46 12227011,78 Q Serap 12836273,27

12200095,10 12836273,27

4. UNIT DISTILASI – 1 Fungsi : memisahkan etanol dan gula Kondisi operasi :

*tekanan operasi

= 1 atm (tekanan atmosfer)

*suhu operasi

= trial bubble point

*sistem kerja

= kontinyu

Destilat (D).. 30oC Etanol, Air…. Feed (F).. 98,8359oC Etanol, Gula, Air… Bottom(B).. 100,126oC Etanol, Gula, Air

Neraca panas total : ΔH masuk + Q reboiling Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

= ΔH keluar + Q condensation + Q loss

Neraca Panas

B - 26

F.HF + Q reboiling

= D.HD + B.HB + Q condensation + Q loss

Entalpi feed masuk (F.HF) : Entalpi

liquid

masuk

pada

suhu

=

98,8359oC

(371,9859

kelvin)

𝑇

∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓


Komponen

Berat (kg/j)

Etanol Air Gula

BM

26000,53 46 249829,90 18 2677,40 180 278507,83

∫

N (kmol/j) 565,22889 13879,439 14,874444

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 1258,0535 598,32339 2526,3099

Dari neraca massa : (kapasitas 200.000 Ton/th) Berat Refluks (L) : Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) BM Kmol 24700,50 46 536,96744 12491,49 18 693,97194 37192,00

Berat Vapor (V) : Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) BM Kmol 24700,50 46 536,96744 12491,49 18 693,97194 37192,00

Neraca panas sekitar Condenser (Q condensation) : Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 711088,1819 8304392,86 37577,45578 9053058,498

Neraca Panas

B - 27

Q condensation = V.HV – D.HD – L.HL t2=30oC

Qc

T1=92,489oC

T2=30oC

t2=45oC

Entalpi Vapor (V.HV) pada suhu 81,94oC (355,09 Kelvin) : 𝑇

∆H = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 + 𝑛 . 𝝀 (terjadi perubahan fase) Hasil perhitungan ditabelkan : 𝑇

Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) 24700,50 12491,49 37192,00

BM 46 18

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝑇𝑟𝑒𝑓

𝛌

(kkal/kmol) 536,96744 952,11094 693,97194 460,50833

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 5483571,116 7062905,215 12546476,33

9260 9717

𝑇

Entalpi Distilat (D.HD) pada suhu 30oC (303,15 Kelvin) : ∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan ditabelkan : 𝑇

Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) 24700,50 12491,49 37192,00

BM 46 18

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 536,96744 78,613415 693,97194 40,204883

𝑇

(kkal/jam) 42212,84452 27901,06083 70113,90535

Entalpi Refluks (L.HL) pada suhu 30oC (303,15 Kelvin) : ∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇


𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

Neraca Panas

B - 28


Komponen

Berat (kg/j)

Etanol Air

Q condensation

24700,50 12491,49 37192,00

N (kmol/j)

BM

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 536,96744 78,613415 693,97194 40,204883

46 18

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 42212,84452 27901,06083 70113,90535

= V.HV - D.HD - L.HL = 12546476,33-700113,90535-700113,90535 = 12406248,52 kkal/jam


=30oC

(Ulrich, 1984)


=45oC

(Ulrich, 1984)

Cp air pendingin

=1 kkal/kgoC (perry 6ed, 1984)

Q serap

=(m . Cp . ΔT)

M air pendingin

=

Q condensation (𝐶𝑝 .ΔT)

=

12406248,52 (1𝑥(45−30))

= 827083,2347 kg/jam

Entalpi keluar : 𝑇

Entalpi bottom (B.HB) pada suhu 100,126oC (373,276 Kelvin) : Δ𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan ditabelkan :


Neraca Panas

B - 29

𝑇

Komponen

Berat (kg/j)

Etanol Air Gula

1300,03 237338,40 2677,40 241315,83

BM 46 18 180

N (kmol/j)

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 28,261444 1281,8429 13185,467 608,86928 14,874444 2575,8573

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 36226,73162 8028225,707 38314,44696 8102766,885

Neraca panas total : ΔH masuk + Q reboiling


F.HF + Q reboiling


ΔH Feed ; F.HF

= 9053058,498 kkal

ΔH Distilat ; D.HD

= 70113,90535 kkal

ΔH Bottom ; B.HB

= 8102766,885 kkal

Q condensation

= 12406248,52 kkal

Asumsi Q loss = 5% Q reboiling [kehilangan maksimum = 10% : Ulrich,hal 432] F.HF + Q reboiling

= D.HD + B.HB + Q condensation + 5% Q steam

95% Q reboiling

= D.HD + B.HB + Q condensation - F.HF

95% Q reboiling

= 70113,90535+8102766,885+12406248,52- 9053058,498

Q reboiling

= 11526070,81 kkal

Q loss

= 576303,5407 kkal


Neraca Panas

B - 30

Kebutuhan steam : Dipakai steam pada tekanan steam 4,5 atm dengan suhu steam 148oC, (Ulrich, 1984) 𝝀 steam

=653,1 kkal/kg (smith, table C-3)

Q reboiling

= M steam . 𝝀

Msteam

= Q reboiling / 𝝀

= 11526070,81/653,1 = 17648,24807 kg/jam

Table neraca panas : Komponen Input (kkal/j) * Filtrat dari filter press Etanol 711088,1819 Air 8304392,86 Gula 37577,45578

* Q reboiling

Komponen Output (kkal) * Produk atas ke Destilasi 2 Etanol 42212,84452 Air 27901,06083 70113,90535 *Produk 9053058,498 Bawah ke Etanol 36226,73162 Air 8028225,707 Gula 38314,44696 8102766,885 *Q condensation 12406248,52 11526070,81 * Q loss 576303,5407 21155432,85 21155432,85


Neraca Panas

B - 31

5. UNIT DISTILASI -2 Fungsi : memurnikan etanol. Kondisi operasi :

*tekanan operasi = 1 atm (tekanan atmosfer) *suhu operasi = trial bubble point *sistem kerja = kontinyu

Destilat (D).. 30oC Etanol, Air…. Feed (F).. 98,8359oC Etanol, Air Bottom(B).. 94,85oC Etanol, Air

Neraca panas total : ΔH masuk + Q reboiling = ΔH keluar + Q condensation + Q loss F.HF + Q reboiling = D.HD + B.HB + Q condensation + Q loss Entalpi feed masuk (F.HF) : Entalpi

liquid

masuk

pada

suhu

=

92,85oC

(366,00

kelvin)

𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

Hasil perhitungan ditabelkan : Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) BM n Cp dT n. Cp dT 24700,50 46 536,967 1148,4668 616689,299 12491,49 18 693,972 549,43458 381292,181 37192,00 997981,48


Neraca Panas

B - 32

Dari neraca massa : (kapasitas 200.000 Ton/th) Berat Refluks (L) : Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) BM Kkmol 23670,49 46 514,576 520,90 18 28,9386 24191,39

Berat Vapor (V) : Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) BM Kmol 23670,49 46 514,576 520,90 18 28,9386 24191,39

Neraca panas sekitar Condenser (Q condensation) Q condensation = V.HV – D.HD – L.HL t2=30oC

Qc

T1=89,85oC

T2=30oC

t2=45oC

Entalpi Vapor (V.HV) pada suhu 89,85oC (363,00 Kelvin) : 𝑇

∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 + 𝑛 . 𝝀 (terjadi perubahan fase) Hasil perhitungan ditabelkan : 𝑇

Komponen Etanol Air

N Berat (kg/j) BM (kmol/j) 23670,49 520,90 24191,39

∫

𝑇

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/kmol) 46 514,576 1094,0371 18 28,9386 524,95893


∆𝐻 = 𝑛 ∫

𝛌 9260 9717

𝐶𝑝 𝑑𝑇

𝑇𝑟𝑒𝑓

(kkal/jam) 5327937,99 296388,259 12546476,3

Neraca Panas

B - 33

𝑇

Entalpi Distilat (D.HD) pada suhu 30oC (303,15 Kelvin) : ∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan ditabelkan : Komponen Etanol Air

Berat (kg/j) BM n Cp dT 23670,49 46 514,576 78,613415 520,90 18 28,9386 40,204883 24191,39

n. Cp dT 40452,5689 1163,47424 41616,0431

𝑇

Entalpi Refluks (L.HL) pada suhu 30oC (303,15 Kelvin) : ∆𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan ditabelkan : Komponen Etanol Air

Q condensation


= V.HV - D.HD - L.HL = 12546476,3-12546476,3-12546476,3 = 12.463.244,24 kkal/jam


= 30oC

(Ulrich, 1984)


= 45oC

(Ulrich, 1984)

Cp air pendingin


Q serap

= (m . Cp . ΔT)

M air pendingin

=

Q condensation (𝐶𝑝 .ΔT)


=

12.463.244,24 (1𝑥(45−30))

= 830.882,95kg/jam

n. Cp dT 40452,5689 1163,47424 12546476,3

Neraca Panas

B - 34

Entalpi keluar : 𝑇

Entalpi bottom (B.HB) pada suhu 94,85oC (368,00 Kelvin) : Δ𝐻 = 𝑛 ∫𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐶𝑝 𝑑𝑇 Hasil perhitungan ditabelkan : Komponen Etanol Air


n. Cp dT 26513,3875 376250,195 402763,582

Neraca panas total : ΔH masuk + Q reboiling


F.HF + Q reboiling


ΔH Feed ; F.HF

= 997981,4797

ΔH Distilat ; D.HD

= 41616,04314

ΔH Bottom ; B.HB

= 402763,5821

Q condensation

= 12463244,24

Asumsi Q loss = 5% Q reboiling [kehilangan maksimum = 10% : Ulrich, 1984] F.HF + Q reboiling

= D.HD + B.HB + Q condensation + 5% Q steam

95% Q reboiling

= D.HD + B.HB + Q condensation - F.HF

95% Q reboiling

= 41616,04314+ 402763,582+ 12463244,24-997981,4797

Q reboiling

= 11909642,39

Q loss

= 595482,1195

Kebutuhan steam : Dipakai steam pada tekanan steam 4,5 atm dengan suhu steam 148oC, (Ulrich, 1984)


Neraca Panas

B - 35

𝝀steam

=653,1 kkal/kg (smith, table C-3)

Q reboiling

= M steam . 𝝀

Msteam

= Q reboiling / 𝝀

= 11909642,39/653,1 = 18235,55717

Table neraca panas : Komponen Input (kkal/j) * Filtrat dari filter press Etanol 42212,84452 Gula 27901,06083 70113,90535

* Q reboiling

Komponen Output (kkal) * Produk atas ke Destilasi 2 Etanol 40452,5689 Air 1163,474236 41616,04314 * Produk atas ke membran Etanol 26513,3875 Air 376250,1946 402763,5821 *Q 11909642,39 condensation 12463244,24 * Q loss 595482,1195 13503105,99 13503105,99


C-1

Spesifikasi Alat

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT 1. TANGKI PENYIMPANAN BAHAN BAKU MOLASE Fungsi : untuk menyimpan bahan baku molasses selama 30 hari Tujuan : 

Menentukan tipe tangki



Menentukan Bahan Konstruksi tangki



Menentukan Diameter, Tinggi dan Tebal Tangki

Gambar:

Langkah Perancangan : a) Memilih tipe tangki Tipe tangki yang dipilih adalah tangki slinder tegak dengan dasar rata (Flat Bottom) dan atap tetap (tipe Fixed Roof) dengan bentuk kerucut (conical) Dengan pertimbangan : Keterangan

Yang diijinkan

Fasa bahan yang disimpan

Cair

Waktu tinggal

Max 30 hari

Tekanan

Max 15 Bar

Kisaran suhu

-20 s/d 600oC (Ulrich, 1984)

b) Pemilihan Bahan Konstruksi Bahan konstruksi yang dipilih adalah carbon steel SA-283 Grade C dengan pertimbangan: Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C-2

Spesifikasi Alat 

Harga lebih murah dibandingkan dengan grade A dan B



Bahan yang disimpan adalah bahan pangan



Allowable working strees yang cukup besar untuk menahan akanan yang sama membutuhkan plate yang lebih bagus

c) Menghitung diameter, tinggi dan tebal tangki Kebutuhan molasses dalam satu jam

= 104.500 Kg

Kebutuhan molases selama 30 hari

= 75.240.000 Kg

Density

= 1.419 kg/m3 = 88,59 lb/ft3

Menentukan volume cairan dalam tangki = 53.023 m3

Volume cairan dalam waktu 30 hari

= 1.872.489,574 ft3 = 333.505 bbl Direncanakan : Volume tangki ditambah dengan ruang kosong sebesar (faktor keamanan 10%) = 2.059.739 ft3

Volume tangki

= 366.855 bbl Untuk perencanaan tangki conical roof komersil perbandingan antara H/D≤2 (Ulrich, 1984) Untuk menyimpan bahan baku sebesar 366.855 bbl digunakan tangki penyimpanan sebanyak 6 buah. Direncanakan menggunakan 6 buah tangki yang kapasitas standarnya mendekati 2.201.130 bbl dengan tetap memenuhi standar H/D≤2 Asumsi yang dipakai dalam persamaan untuk memperoleh H/D optimum adalah : 

Biaya tanah diabaikan



Biaya fondasi dan instalasinya diabaikan



Tebal shell hampir dengan tebal bottom 𝐻=

4𝑉 𝐷2 𝜋 (Brownel and Young Hal 43, Pers 3.) Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C-3

Spesifikasi Alat Subtisusi D menjadi 2H maka persamaan menjadi : 𝐻=

4𝑉 (2𝐻)2 𝜋

H3

= 26.467,2 ft

H

= 29,801 ft

D

= 59,6ft

Kapasitas standar yang mendekati 2.201.130 bbl, diameter dan Tinggi yang dipakai Diameter D

= 60 ft

Tinggi H

= 30 ft (Brownell and Young, 1959)

Menentukan tebal shell dan Dimensi courses 

Menggunakan 6 buah courses dengan ketebalan yang berbeda



Direncanakan menggunakan lebar plate komersial = 6 ft sehingga untuk tinggi 30 ft dipakai 5 plate ketebalan yang berbeda



Menggunakan shell plate 72 in Butt Welded Courses

Bahan yang diijinkan adalah carbon steel tipe SA-283 grade C 

Stress yabg diijinkan (f)

= 12.650 psia



Effisiensi (E)

= 0,80 (doble welded joint)



Allowable vertical welded joint = 0,16 in

Persamaan : 𝑃=

𝜌. (𝐻 − 1) 𝑝𝑠𝑙 144

𝑡𝑠 =

𝜌. 𝐷 𝜌(𝐻 − 1). 𝐷 = 2. 𝐹. 𝐸 2. 𝐹. 𝐸. 144 𝑙𝑏 𝑙𝑛 ) . (𝐻 − 1). (60𝑓𝑡). (12. ) 𝑓𝑡 𝑓𝑡 2 𝑙𝑏 2.288 (12650 2 ) . (0,8) 𝑡𝑛

1419 ( 𝑡𝑠 =


C-4

Spesifikasi Alat ts = 0,022 9 (H -1 ) Panjang Plate d = diameter tangki + tebal shell n = jumlah plate x allowable 10𝑥5 𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12 ) 𝐿1 = 12𝑥10 Jumlah plate dalam 1 course = 10 1) Tebal plate pada corse 1 H1

= 30 ft

ts

= 0.63 in

𝐿1 =

10𝑥5 ) 12

𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12𝑥10

2) Tebal plate pada course 2 H2

= ( 30 – 6 ) = 24 ft

ts

= 0,5 in

10𝑥5 𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12 ) 𝐿2 = 12𝑥10 L2 = 18,831 ft 3) Tebal plate pada course 3 H3

= (24 – 6) = 18 ft

ts

= 0.37

10𝑥5 𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12 ) 𝐿3 = 12𝑥10 L3 = 18,830 ft Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C-5

Spesifikasi Alat 4) Tebal plate pada course 4 H4

= (18 – 6) = 12 ft

ts

= 0,24 in

10𝑥5 𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12 ) 𝐿4 = 12𝑥10 L4 = 18,829 ft 5) Tebal plate pada course 5 H5 = (12 – 6) =6 ft ts = 0.11 in 10𝑥5 𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12 ) 𝐿5 = 12𝑥10 L5 = 18,828 ft Top Angel untuk conical tangki diameter diatas 60 ft adalah 3x3x3/8 (Brownell and Young, 1959) Bila digunakan 10 plate untuk tiap angle , maka panjang tiap section : 10𝑥5 𝜋(60𝑥12) + 0,63 − ( 12 ) 𝐿= 12𝑥10 L= 18,83


C-6

Spesifikasi Alat  Menentukan tinggi dan tebal head Gambar

𝑠𝑖𝑛𝜃 =

𝑑 𝑝 𝑥√ 1000. 𝑡𝑠 6 (Brownell and Young, 1959)

t = tebal atap tangki dengan diameter > 60 ft tebbal shell atap 3/8 in 𝜌= 14,70 psi

𝑠𝑖𝑛𝜃 =

60 14,7 𝑥√ 1000.3 6 8

Sin θ

= 0,25

Θ

= 14,50

Tinggi head (h) Aktor h = 7,76 ft Menghitung Tebal Head Tangki 𝑡ℎ =

𝜌. 𝑑 2. 𝑐𝑜𝑠𝜃(𝑓. 𝑒 − 0,6𝑝)

Diambil Faktor keamanan 10% P desain = P operasi x 110/100 P desain= 16.16 lb/in2 𝑡ℎ =

16,16𝑥60𝑥12 2. 𝑐𝑜𝑠. 22,07(12650𝑥0,8 − 0,6𝑥16,16)

= 0,59 in Tinggi Tangki = 7,76 + 0,59 in x 1ft/12in = 7,81 ft


C-7

Spesifikasi Alat  Nozzle Pengeluaran Volume molases yang dikeluarkan tiap jam = (104.500 kg x 2, 2642 lb/kg)/( 88,59lb/ (ft)3) = 20.961.419,06 ft3 Direncanakan waktu pengeluaran selama 1 jam Qt

= 20.961.419,06 cuft/jam (1jam)/(3600 s) = 5822.6 cuft/s

Digunakan faktor keamanan sebesar 10 % maka Qt

=1,1 x 5822.6 cuft/s = 6404,8cuft/s

Diameter Pipa Optimal Di Opt = 3,9 xQt 0,45 x rho0.13 = 3,06 in Dalam perancangan digunakan pipa standart dengan ukuran sebagai berikut : Dnom = 3,5 in OD

= 4,00 in

ID

= 3,55 in

Sch

= 40,00 (Fourst, 1960)

2. POMPA Fungsi : Mengalirkan molasses dan filter menuju ke mixer Tujuan : 1) Menentukan Tipe Pompa 2) Menentukan Bahan Konstruksi 3) Menghitung Dimensi Pompa 4) Mengitung Tenaga Motor


C-8

Spesifikasi Alat Gambar

Langkah Perancangan 1. Menentukan Tipe Pompa Dalam perancangan ini dipilih pompa jenis centrifugal dengan pertimbangan 

Range Viskositas yang cukup tinggi



Biaya Instalasi yang cukup murah



High solid content



Banyak tersedia di pasaran (Ulrich, 1984)

2. Menentukan bahan konstruksi Dari Tabel 3-1 Ludwig vol. 1 untuk larutan maka diperlukan bahan konstruksi sebagai barikut : 

Casing dan wear ring digunakan bahan cast iron



Impeller dan wear ring digunakan bahan cast iron



Shaft digunakan bahan carbon steel



Shaft sleeves digunakan bahan nikel moly stell



Seal cage digunakan bahan cast iron

3. Menghitung dimensi Pompa a. Menentukan Densitas dan Viskositas Molasses

𝝆

= 1419 kg/m3 = 88,585 lb/ft3

Viskositas campuran dapat diperkirakan dari peersmaaan modifikasi arrenius μ

= 0.01 𝝆 0.5

( Coulson Richardson, persamaan 8.8) Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C-9

Spesifikasi Alat μ

=0,3766 Ns/m2

1 lbf.s/sf2

= 47 Pa.s

μ

= 0,008014 lbf.s/ft2

b. Menentukan Laju Alir Fluida Kapasitas

= 307.926,67 kg/jam = 678862,1 lb/jam

Densitas (ρ)

= 88,585 lb/ft3

Debit pemompaan

= 678862.1 ft3/jam = 188,573 ft3/sec

Dengan Faktor keamanan

= 10%

Debit pemompaan (qf)

= 207.43 ft3 /sec

c. Menghitung Diameter Optimal Pipa Asumsi aliran dalam pipa adalah turbulen , Nre >2100 Di opt

= (3,9). qf0,45 .ρ0,13

(Peter, 1959)

Dalam hubungan ini : Di Opt

= diameter dalam pipa optimum (in)

Qf

= debit pemompaan ft3 /sec

Ρ

= densitas cairan, lb/ft3

Di opt

= 4,862 in

Dari appendix C –b6a 724 Foust, spesifikasi pipa standar dengan diameter dalam yang mendekati hasil perhitungan adalah : o Diameter

= 5 in

o Schedule Number

= 40

o Inside Diameter (ID)

= 5,047 in = 0,4206 ft

o Outside Diameter (OD)

= 5,563 in = 0,4636 ft

o Flow area pipe (A)

= 0,1390 ft2

d. Menghitung Kecepatan Linier fluida 𝑉=

𝑞𝑓 207.43 = 𝐴 0,1390

= 1492,3 ft/s


C - 10

Spesifikasi Alat e. Menghitung bilangan Reynold Bilangan Reynold (Nre) 𝑁𝑟𝑒 =

𝜌. 𝐷𝑙. 𝑣 𝜇

Dalam Hubungan ini: Di

= diameter dalam

V

= kecepatan linier (ft/s)

Ρ

= densitas larutan (lb/ft3)

μ

= Viscositas = 14.950,962 (Nre > 2100, Maka aliran turbulen )

f. Menghitung faktor friksi dalam pipa Dari Appendix C-1, hal 717, Foust untuk pipa komersial steel D nominal

= 5 in

harga e/D

= 0,00035

Dari Appendix C-3, hal 721, Foust Nre = 14.950,962 harga e/D

= 0,00035

faktor friksi ( f ) = 0,03 g. Menghitung panjang ekuivalen pipa (Le) Dengan menggunakan Appendix C-2a s/d C-2d, Hal, 542, Foust direncanakan sistem pemipaan terdiri dari: Instalasi pipa dirancang sebagai berikut Komponen Jumlah Pipa Lurus Vertikal 2 Pipa lurus horizontal 2 Elbow standart 90o 3 Check valve (fully Open) 1 Gate valve entrance (k=1) 1 Sharp edged entrance (k=1) 1 Rounded exit (k=0,5) 1 Total Jadi panjang ekivalen = 232,1114 ft

L/d

30 135 13 67 34

Le=ID.L/D.jml (ft) 55 40 37,85 56,781 5,47 28,18 14,3004 232,1114


C - 11

Spesifikasi Alat h. Menghitung energi yang hilang 

Gesekan



Kehilangan energi karena friksi dihitung dengan persamaan

D’archy (friction head) Maka: Persamaan Fanning: 𝑓𝑥𝐿𝑒𝑥𝑉 2 𝐹= 2𝑥𝐺𝑐𝑥𝐼𝐷 (Foust, 1960) f

= faktor friksi

ID

= inside diameter (ft)

V

= laju alir rata-rata , ft / S

Gc

= faktor koreksi = 32.174 ft. lbm / lbf. S

Friction Loss = 2,66 lbf.ft/lbm 

Fitting o Elbow standart 900 𝑓𝑡 2 (37,5𝑓𝑡) 0,03𝑥 (3,2158 𝑓𝑥𝐿𝑒𝑥𝑉 𝑠) ∑𝐹 = = 𝑓𝑡. 𝑙𝑏𝑚 2𝑥𝐺𝑐𝑥𝐼𝐷 2𝑥32,147 𝑥(0,4206) 𝑙𝑏𝑓. 𝑠 2

= 0,4302 lbf.ft/lbm o Check valve 𝑓𝑡 2 𝑓𝑥𝐿𝑒𝑥𝑉 2 0,03𝑥 (3,2158 𝑠 ) (56,781𝑓𝑡) ∑𝐹 = = 𝑓𝑡. 𝑙𝑏𝑚 2𝑥𝐺𝑐𝑥𝐼𝐷 2𝑥32,147 𝑥(0,4206) 𝑙𝑏𝑓. 𝑠 = 0,651lbf.ft/lbm


C - 12

Spesifikasi Alat o Gate Valve 𝑓𝑡 2 (5,47𝑓𝑡) 0,03𝑥 (3,2158 𝑓𝑥𝐿𝑒𝑥𝑉 𝑠) ∑𝐹 = = 𝑓𝑡. 𝑙𝑏𝑚 2𝑥𝐺𝑐𝑥𝐼𝐷 2𝑥32,147 𝑥(0,4206) 𝑙𝑏𝑓. 𝑠 2

= 0,0627 lbf.ft/lbm o Sharp edged entrance 𝑓𝑡 2 (28,18𝑓𝑡) 0,03𝑥 (3,2158 𝑓𝑥𝐿𝑒𝑥𝑉 𝑠) ∑𝐹 = = 𝑓𝑡. 𝑙𝑏𝑚 2𝑥𝐺𝑐𝑥𝐼𝐷 2𝑥32,147 𝑥(0,4206) 𝑙𝑏𝑓. 𝑠 2

o Rounded exit 𝑓𝑡 2 (14,300𝑓𝑡) 0,03𝑥 (3,2158 𝑓𝑥𝐿𝑒𝑥𝑉 𝑠) ∑𝐹 = = 𝑓𝑡. 𝑙𝑏𝑚 2𝑥𝐺𝑐𝑥𝐼𝐷 2𝑥32,147 𝑥(0,4206) 𝑙𝑏𝑓. 𝑠 2

= 0,167lbf.ft/lbm i. Menghitung Tenaga Pompa Tenaga pompa dihitung dengan persamaan Bernoulli : 𝑍1. 𝑔 𝑉2 𝑃1 𝑍2. 𝑔 𝑉2 𝑃2 + + − 𝑊𝑓 = + + − ∑𝑓 𝑔𝑐 2. 𝑔𝑐 𝜌 𝑔𝑐 2. 𝑔𝑐 𝜌 Dalam hubungan ini : ΔZ

= beda elevasi (ft)

ΔP

= beda tekanan (lbf/ft2)

ΔV

= beda kecepatan linier fluida (ft/s)

g

= konstanta kecepatan gravitasi (ft/s2)

gc

= faktor konversi (lb ft/lbf s2)

α

= faktor koreksi terhadap tenaga kinetis (ft/s2)


C - 13

Spesifikasi Alat ρ

= densitas larutan (lb/cuft)

ΔF

= total friksi pada sistem pemipaan (ft lbf / lbm)

-wf

= tenaga pompa (ft lbf/lb)

a. Menghitung Veocity Head ∆𝑉 2 2𝑎𝑔𝑐 V1 = Kecepatan linier fluida pada titik 1 V2 = Kecepatan linier fluida pada titik 2 Karena kecepatan linier cairan pada titik 1 dan titik 2 relatif sama, dimana titik 1 adalah yang masuk pompa dan titik 2 adalah yang keluar dari pompa, maka V1 = V2 ΔV = V1 – V2 =0 ΔV2 ∆𝑉 2 = 0ft. lbf/lbm 2𝑎𝑔𝑐 b. Menghitung potensial head (ΔZ x g/gc ) Direncanakan: Z1 = 3ft Z2 = 45 ft ΔZ x g/gc = 42 ft.lbf/lbm c. Menghitung pressure head ΔP/ρ ∆𝑃 𝑃2 − 𝑃1 ∆𝑃𝐹𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 =( + ) 𝜌 𝜌 𝜌 Dalam hubungan persamaan tersebut : P1 dianggap sama dengan tekanan dipermukaan cairan molases pada tangki penampungan Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C - 14

Spesifikasi Alat P1 ≈ Tangki Penampungan Molases = 14,7 psi = 2117 lbf/ft2 P2 dianggap sama dengan tekanan dipermukaan cairan pada mixer P2 ≈ tekanan pada mixer = 14,7 psi = 2117 lbf/ft2 Δpfilter = 2 psi = 288 lbf/ft2 Maka, ∆𝑃 𝑃2 − 𝑃1 ∆𝑃𝐹𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 =( + ) 𝜌 𝜌 𝜌 = 3,25 ft lbf/lbm d. menghitung total head (-Wf) −𝑊𝑓 =

∆𝑃 𝑔 ∆𝑉 2 + ∆𝑍 + +∑𝑓 𝜌 𝑔𝑐 2. 𝛼𝑔𝑐

= 3,25 +42+0+2,66 = 47,91 ft lbf/lbm 5. Menghitung BHP pompa Kapasitas pompa = 0.5724 ft3/sec = 256.905 gal/men P teoritis = q x Wf ( Tenaga pompa teoritis ) Dalam hubungan ini q = kapasitas massa (lb/ft) Dari Fig.13-37 Peter, Hal.460, untuk kapasitas : 256.905 gal/men BHP =

qxρx(−Wf) 550xγ


C - 15

Spesifikasi Alat Dengan efisiensi pompa 80% Maka, BHP =

0,4470x88,585x47,91 550x0,80

= 4,311 HP Dari Fig. 13-38 Peters, hal 460, untuk BHP 4,311 Hp diperoleh effisien motor 97.10% Maka tenaga pompa yang diperlukan: =

𝑃𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝜇𝑚

= 4,44 HP 3. FERMENTOR  Kode : T-203  Fungsi : Sebagai tempat pembentukan etanol dengan proses fermentasi  Bentuk : Tangki silinder tegak dengan pengaduk dan coil pemanas  Tujuan : 1. Memilih tipe reaktor 2. Memilih bahan konstruksi reaktor 3. Menghitung dimensi reaktor - Pemilihan tutup - Perhitungan diameter, tinggi dan tebal 4. Merancang pengaduk 5. Menghitung luas perpindahan panas jaket fermentor


C - 16

Spesifikasi Alat

Keterangan: Ds; Diameter shel Hs: Tinggi shel OA: tinggi dish Th: tebal dish D1 : diameter inlet D2: diameter Outlet Da: diameter Propeler C: jarak propellerdasar tangki H: tinggi liquid

 Langkah perancangan : 1. Memilih tipe reaktor Dalam perancangan ini digunakan reaktor tangki berpengaduk dilengkapi dengan jaket pendingin dengan pertimbangan : a. Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi fasa cair-cair b. Dengan tangki berpengaduk pengaturan suhu lebih mudah c. Proses Eksotermis d. Proses Batch (Ulrich, 1984)


C - 17

Spesifikasi Alat 2. Memilih bahan konstruksi reaktor Digunakan bahan konstruksi yang terbuat dari stainless stell dengan spesifikasi tipe 304 grade 3 (SA-167) dengan pertimbangan sebagai berikut : a. Bahan tahan korosi

b. Allowable working stress yang cukup besar hingga 18750 psi, jadi untuk kapasitas yang sama memiliki ketebalan yang lebih tipis

(Brownell and Young, 1959) 3. Menghitung dimensi reaktor Kondisi operasi : 

Tekanan operasi = 1atm = 14,7 psi



Suhu operasi



Rate massa reaktor = 308129,24 kg/jam



ρ larutan

= 1419 kg/m3



Waktu tinggal

= 48 jam



Rate volume

=

= 300C

308129,24 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 1419 𝑘𝑔/𝑚3

= 217,15 m3 Perencanaan : 1.

Volume ruang kosong pada tangki adalah 20% (Volume cairan yang menempati bejana adalah 80 %) untuk menghindari luapan cairan keluar reaktor ketika pengadukan

2.

Hs = 2D, dengan asumsi yang dipakai adalah a. Biaya tanah diabaikan b. Biaya Instalasi dan Fondasinya diabaikan c. Tebal shell hampir sama dengan tebal bottom (Brownell and Young, 1959)

3.

Bentuk reaktor berupa silinder tegak dengan tutup atas dan tutup bawah berbentuk Torispherical dengan pertimbangan kondisi operasi diantara 14-100 psi


C - 18

Spesifikasi Alat 3.1 Menghitung Volume, diameter dan tinggi tangki a. Volume Tangki

Untuk memproduksi etanol di butuhkan waktu 2 hari, maka volume cairan = Waktu tinggal x Rate volume = 48 jam x 217,15 m3/jam = 10422,9 m3= 368081.2 ft3 Karena waktu tinggalnya yang lama direncanakan menggunakan 6 buah tangki dengan kapasitas yang sama, maka volume cairan pada masingmasing tangki adalah 61346,87 ft3 b. Diameter Tangki Vtangki

= V tutup atas + Vtutup bawah + Vshell

Vtutup atas

= 0,000049 D3 (Brownell and Young, 1959)

Vtutup bawah = 0,000049 D3 Vshell = (π x D2 x Hs) / 4 Diasumsikan Hs = 2 D

Subtitusi Hs menjadi 2D, maka

Vshell = 1,57 D3 Dapat dihitung : V tangki

= V tutup atas + V tutup bawah + V shell

61346,87 ft3

= 0,000049 D3 + 0,000049 D3 + 1,57 D3

61346,87 ft3

= 1,570098 D3

D3

= 39071.9 ft3

Diameter tangki = 33,93 ft = 407,16 in c. Tinggi Tangki Hs = 2 D Tinggi tangki = 2 x 33,93 ft = 67,86 ft 3.2 Menghitung tinggi cairan dalam tangki Volume cairan = Volume cairan pada tutup bawah + Volume cairan dalam silinder = 0,000049 D3 + 1/4 π D2 H cairan


C - 19

Spesifikasi Alat

0,8 x 61346,87 ft3 = 0,000049 x (33,93 ft )3 + ¼ x 3,14 x (33,93 ft )2 x H cairan 49077,5 ft3

= 1,914 ft3 + (903,725 x H cairan) ft2

H cairan

= 54,3 ft

3.3 Menentukan tekanan desain bejana P operasi = 14,7 psi P total = 𝑝 hidrostatik + 𝑝 operasi =

𝜌 (H−I) 144

+ 𝜌 Operasi (Brownell and Young Persamaan 3.17)

𝑙𝑏 (67,86 ft−1) 𝑐𝑢𝑓𝑡

62,37

P total = (

) lbf/in2 + 14,7 psi

144

= (28,9 + 14,7) psi = 43,65 psi P design

= 1,05 x p total =1,05 x 43,65 psi = 45,84 psi

3.4 Menentukan Tebal Tangki Dipergunakan bahan konstruksi yang terbuat dari stainless steel dengan spesifikasi type 304, grade 3 (SA-167) fallovable

= 18750 psi

Faktor korosi (c)

= 0,125 in

(Brownell and Young, 1959)

Sambunbgan untuk pengelasan dipilih tipe double welded butt joint Efisiensi las. (E) ts

= 0,80

𝑃 𝑋 𝐷𝐼

= 2𝑥𝑓𝑥𝐸 + 𝐶


45,84𝑝𝑠𝑙 𝑥 407,16𝑖𝑛

= 2 𝑥 18750𝑝𝑠𝑙 𝑥 0,80 + 0,125 in = (0,63 – 0,125) in = 0,75 in Tebal shell standar = 3/4 in Check : OD

= ID + 2 ts = 407,16 + (2 x 3/4) in = 408,66 in

OD standar

= 408 in


= 34 ft Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C - 20

Spesifikasi Alat Sehingga koreksi terhadap ID menjadi ID

= OD – 2 ts = 408 in – (2 x 3/4) in = 407,27 in = 33,9375 ft

Tinggi bagian silinder tangki = 2 x ID Hs

= 2 x 33,9375 ft = 67,86 ft = 814,32 in

Mencari tinggi cairan dalam tangki sebenernya (ID) sebenarnya Volume cairan = vol. cairan pada tutup bawah + vol. cairan dalam silinder = 0,000049 D3 +1/4 π D2 H cairan 0,8 x 61346,87ft3 = 0,000049 x (33,937ft)3 + ¾ x 3,14 x (33,937 ft)2 x H cairan 49077,5 ft3 = 1,915 ft3 + (904,1x H cairan) ft2 H cairan = 54,28 ft Tutup atas dan bawah berupa standard dished head rc = ID = 651,36 in untuk tebal Torispherical head dapat di hitung menggunakan persamaan : tk =

𝑊 𝑥 𝑝 𝑥 𝑟𝑐 𝑓𝐸−0,1 𝑃

dimana : W adalah Stress Intensification dari torisprical Head 1

W = 4 (3 +√𝑟/𝑟𝑖) ri = inside radius = 6 % rc = 0,06 x 651,36 in = 39 in r = 180 in W=

1 4


(3 + √180⁄39) = 2,03


C - 21

Spesifikasi Alat Sehingga dapat dihitung tebal torispherical head : 2,03𝑥45,84𝑥651,36in

th = 11870𝑥0,8−0,1𝑥45,84 = 1,79 in Tebal head standar yang digunakan adalah 1,79 in 3.5 Menghitung tinggi tutup reactor Diketahui :

ID

= 651,36 in

th

= 1,79 in

icr

= 147/16 in

sf

= 25/8 in

r

= 180 in



C - 22

Spesifikasi Alat

AB

=

=

𝐼𝐷 2

– icr

651,36

2

– 14 7/16

= 319,55 in BC

= r- icr = 180 – 147/16 in = 173,87 in

b

= r – (BC2 – AB2) 0,5 = 180 – √(173,87)2 − (319,55 )2 = 180 +268,1 in = 448,1 in

Tinggi tutup atas

= tutup bawah (OA) = t + b + sf = (7/8 + 448,1 + 2 5/8) in = 450,225 in

Tinggi total tangki

= tinggi silinder + 2 x tinggi tutup = 814,32 + (2 x 450,225) in = 1714,77 in = 142,89 ft

4. Perancangan Pengaduk Direncanakan memakai flat six blade turbin agitator dengan pertimbangan a. Impeller banyak digunakan dalam industry b. Cocok digunakan untuk range viskositas yang cukup tinggi (Walas, 1988)


C - 23

Spesifikasi Alat 4.1 Menghitung dimensi pengaduk Di dapat rasio dimensinya : Dt/Di = 3 ZI/Di = 2,7 – 3,9 Zi/Di = 0,75 – 1,3 W/Dt = 0,17 (Walas, 1988) Dimana :

Dt = Diameter tangki Di = Diameter Pengaduk ZI = Tinggi cairan Zi = Tinggi Pengaduk dari dasar

Diameter Impeler = 0,4 x Diameter bejana (range 0,3 – 0,5) (Geankoplis, 1983) = 0,4 x 67,86 ft = 27,1 ft Putaran pengaduk (N) untuk six blade agitator dirancang 60 rpm N

= 60 rpm

(walas, “Ckemical Process Equipment”)

= 1,00 rps Tinggi pengaduk dari dasar

= 1,3 x 27,1 ft = 35,23 ft

Tinggi cairan

= 54,28ft


C - 24

Spesifikasi Alat = 1419 kg/m3

Berat jeins larutan

= 88,59 lb/ft3 4.2 Menghitung karakteristik fisis larutan Hubungan antara viskositas dan densitas 𝜋 = 0,01.𝜌0,5 Dimana :

(Coulson Richarson, halaman 316) π = Viskositas, N.s/m2 ρ = densitas, kg/m3 I lbf.s/ft2 = 47 N.s/m2

Viskositas campuran = 0,01 x (1419)0,5 = 0,376696 Ns/m2 π

= 0,008015 lbf.s/ft2

4.3 Menghitung Nre dan Np Nre (Impeler) = =

𝐷𝑎2 𝑁 𝑝 π 27,1 x 1 x 88,59 0,008015

= 8117452,5 Untuk mendapatkan nilai Np. Plot nilai Nre pada Garis reference no. 1 (Turbine with six blade) didapatkan Np : 7

(Geankoplis, 1983)

4.4 Menghitung P Kebutuhan tenaga pengaduk dapat dihitung dari persamaan dibawah ini : P=

𝑁𝑝 𝑥 𝑝 𝑥 𝑁 3 𝑥 𝐷 5 𝑔𝑐

(Geankoplis, 1983)


C - 25

Spesifikasi Alat

P=

7 𝑥 88,59 𝑥 1 𝑥 27,15 32,174

= 281724189,7 lb/Fts Factor Koreksi

F Koreksi

=√

=√

Jadi

(

(

𝐷𝑡 𝑍𝑙 )𝑥 ( ) 𝑑𝑖 𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑘𝑎𝑛 𝐷𝑖 𝐷𝑖 𝐷𝑡 𝑍𝑙 ( )𝑥 ( )𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘 𝐷𝑖 𝐷𝑖

67,86 54,28 )𝑥( ) 27,1 27,1

3 𝑥 3,9

= 0,65

= P x F koreksi =

281724189,7 550

𝑥 0,65

= 307335,4 Hp Power standar motor yang digunakan adalah 307335,4 Hp 5. Menghitung luas perpindahan panas pada jaket fermentor Dan yang diketahui adalah : L = 27,1 ft

(Panjang pedel pengaduk)

N = 60 rpm = 3600 revolution/jam (Banyaknya putaran) Ρ larutan = 1419 kg/m3 = 88,59 lb/ft3 T = 86oF k = 0,281 Btu/hr.ft2(oF/ft) c = 1 Btu/lb.oF µ = 0,009 x 2,42 = 0,02178 lb/ft.hr


C - 26

Spesifikasi Alat

L2 N ρ

Re

=

Re

=

(kern,1965)

𝜇 27,12 𝑥 3600 𝑥 88,59 0,02178

= 10753947421,5 Dari grafik 20,2 maka di dapatkan nilai j 1500 Menentukan koefisien konveksi dari dalam dan luar Pipe yang di gunakan pada jaket adalah 12 IPS sehingga di peroleh: ID

= 12,09 in = 1,0075 ft

OD

= 12,75 in = 1,0625 ft

(

µ

µ𝑤

(kern, 1965)

)0,14

𝑐𝜇

( )1/3 = ( 𝑘

hi = j

1𝑥0,02178 1/3 ) 0,281

= 0,42

𝑘 𝑐𝜇 1/3 𝜇 0,14 ( ) ( ) 𝐷 𝑘 𝜇𝑤 0,281

hi = 1500 x 1,0075x 0,42 x 1 = 175,71 Btu/hr.ft2.0F hio = hi x

𝐼𝐷 𝑂𝐷 1,0075

= 175,71 x 1,0625 = 166,62 Btu/hr.ft2.0F


C - 27

Spesifikasi Alat Menentukan overall coefficient design (Ud) dan Clean Overall coefficient (Uc)

Uc =

Uc =

ℎ𝑖 𝑥 ℎ𝑖𝑜 ℎ𝑖+ℎ𝑖𝑜

175,71 𝑥 166,62 175,71+166,62

Uc = 85,52 Btu/hr.ft2.0F Dirt factor yang diijinkan adalah Rd = 0,001 1

1

Hd = 𝑅 = 0,001

(kern, 1965)

𝑑

hd = 1000

𝑈 ℎ

Uc = 𝑈 𝑐+ ℎ𝑑 𝑐

UD =

𝑑

85,52 𝑥 1000 85,52+1000

UD =78,78 Btu/hr.ft2.0F A

= π Di h + ¼ π Di2 = (3,14 x1,0075 ft x 31,28 ft) + (1/4 x 3,14 x 1,0075 ft2) = 99,75 ft2

Jadi luas perpindahan panas pada jaket fermentor adalah 99,75 ft


C - 28

Spesifikasi Alat 4. MENARA DISTILASI  Kode : D-302  Fungsi : Memurnikan produk Etanol  Tujuan : 1. Menentukan tipe kolom 2. Menentukan bahan konstruksi kolom 3.Menentukan jumlah plate 4.Menghitung dimensi kolom meliputi : o Diameter plat o Design Plat o Tebal shell dan tutup kolom o Tinggi tutup o Tinggi kolom  Langkah Perancangan : 1. Menentukan Tipe Kolom

 Dalam perancangan ini dipilih jenis tray dengan pertimbangan sebagai berikut : a. Diameter lebih besar dari 3 Ft b. Campuran tidak bersifat korosif, mudah membentuk buih c. Rentang batas laju alir yang cukup besar tanpa menimbulkan flooding  Jenis tray yang digunakan adalah jenis sieve tray dengan pertimbangan : a. Kapasitas uap dan cairannya besar (perpindahan massa uap – cairan lebih efisien ) b. DP rendah, effisiensi tinggi (Foust, 1960) 2. Menentukan Bahan Konstruksi Kolom  Dipilih bahan konstruksi jenis Carbon Steel SA 285 Grade C dengan pertimbangan a. Mempunyai allowable working stress yang besar sehingga untuk kapasitas yang sama memerlukan ketebalan yang lebih tipis.


C - 29

Spesifikasi Alat b. Struktur kuat c. Tahan terhadap korosi

(Coulson Richardson, halaman 296) 3. Menentukan jumlah plate a. Penentuan kondisi operasi kolom distilasi 

Feed

Fraksi Komponen BM kg/jam masa Etanol 46 24700,5 0,6641349 Air 18 12491,49 0,3358651 Total 37192 1 

Fraksi Kmol/jam Mol 536,9674444 0,436226 693,9719411 0,563774 1230,939386 1

Distilat

Fraksi Fraksi Komponen BM kg/jam masa Kmol/jam Mol Etanol 46 19711,33 0,9583333 428,5071376 0,9 Air 18 857,0143 0,0416667 47,61190418 0,1 Total 20568,34 1 476,1190418 1 

Bottom

Fraksi Komponen BM kg/jam masa Etanol 46 1736,087 0,1185567 Air 18 12907,43 0,8814433 Total 14643,51 1

Fraksi Kmol/jam Mol 37,74101719 0,05 717,0793266 0,95 754,8203438 1

 Menghitung Pisat dengan menggunakan persamaan Antoine :

In

(Pisat)

=A-

dimana : T dalam kelvin

𝑩 𝑻+𝑪

Ki = Pisat / Ptotal Αi = Ki / KHK

(Coulson Richardson, halaman 331)


C - 30

Spesifikasi Alat Nilai konstanta Antoine masing-masing Komponen : Komponen A Etanol Air

B 18,91 18,3

C 3803,9 3816,4

-41,68 -46,13

 Langkah penentuan kondisi operasi kolom : 1.

Tantukan tekana uap murni masing-masing komponen (Pers.Antoine)

2.

Hitung nilai K masing masing komponen

3.

Trial nilai T hingga ∑x = 1 untuk bubble point dan ∑y = 1 untuk dew point 3.a.1 Kondisi Umpan Pada Kolom Adalah Cair jenuh P = 1 atm = 760 mmHg, T = 88,240C = 361,390K

Komponen Etanol Air Total

Fraksi Mol

Pi

0,43622574 0,56377426 1

Ki

Yi=xi*Ki ai

1109,63 1,460039 489,95 0,644671

0,636907 0,363449

2,26 1

3.a.2 Perhitungan Dew Point Distilat P = 1 atm = 760 mmHg, T = 81,450C = 354,60K Komponen Etanol Air Total

Destilat kmol Yi=XD 428,507138 0,9 47,6119042 0,1 476,119042 1

Pi

Ki

Xi=Yi/Ki

875 1,151316 0,781714 375 0,493421 0,202667

ai 2,28 1

3.a.3 Perhitungan Bubble Point Bottom P = 1 atm = 760 mmHg, T = 98,440C = 371,590K Komponen Etanol Air Total

Destilat kmol Yi=XD 37,7410172 0,05 717,079327 0,95 754,820344 1

Pi

Ki

Xi=Yi/Ki

1603,02 2,109237 0,023705 716,02 0,942132 1,008352

ai 2,24 1


C - 31

Spesifikasi Alat b. Penentuan Komponen Kunci Berat (Hk) dan Komponen kunci ringan (Lk) Hk : Air Lk : Etanol c. Perhitungan Plate Minimum Metode Fenske Perkiraan jumlah plate minimum dengan metode fenske dapat dihitung dengan persamaan :

log[(

Nm + 1 =

𝑋𝑙𝑘 𝑋ℎ𝑘 )𝑥 ( )] 𝑋ℎ𝑘 𝑋𝑙𝑘

log(𝑎𝐴𝐵)

= (Coulson Richardson, halaman 523)

Dalam hubungan ini : ααv = √𝛼𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑥 𝛼𝑝𝑢𝑛𝑐𝑎𝑘 𝐾𝑙𝐾

1,15

α puncak : 𝐾𝐻𝐾 = 0,49 = 2,34 α dasar :

𝐾𝑙𝐾 𝐾𝐻𝐾

2,1

= 0,94 = 2,23

𝛼𝛼𝑣 = √2,23𝑥2,34= 2,28

log[(

Nm + 1 =

0,9 0,95 )𝑥 ( )] 0,1 0,05

log 2,28

=

log(9 𝑥 19) log 2,28

= 6,23

Nm = 6,23 – 1 = 5,23 Jumlah plate harus dibulatkan ke atas untuk memenuhi kebutuhan pemisahannya, Maka Jumlah Plate minimum = 6


C - 32

Spesifikasi Alat d. Perhitungan Refluks Minimum Metode Underwood Minimum refluks ratio dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dari underwood : 𝜶𝒊 𝒙𝒊𝒅

∑

𝜶𝒊 − 𝜽

= Rm + 1

Dengan θ adalah nilai akar dari persamaan dibawah ini: 𝜶𝒊 𝒙𝒊,𝒇

∑

𝜶𝒊 − 𝜽

=1-q

(Coulson Richardson, halaman 525)

Umpan berada pada kondisi pada cair jenuh, maka dapat diperoleh : 𝐻𝑣 − 𝐻𝑓

q=𝐻

𝑣 − 𝐻𝐿

𝐻 − 𝐻𝐿

= 𝐻𝑣 − 𝐻 = 1 𝑣

𝐿

maka persamaan di atas menjadi :

∑

𝛼𝑖 𝑥𝑖,𝑓 𝛼𝑖 − 𝜃

=0

maka nilai θ dapat dicari dengan metode coba coba, θ bernilai benar jika hasil persamaan = 0 θ = 1,4597 Trial nilai θ (Trial Benar ) Komponen Etanol Air Total

αi *xif (αi - θ) 0,43622574 1,227 0,56377426 -1,227 1 0 Fraksi Mol

αi *xid (αi - θ) 0,9 2,532 0,1 -0,218 1 2,314

XD

Rm + 1 = αi*XiD / (αi-θ) = 2,314 Rm = 1,314


C - 33

Spesifikasi Alat

Untuk berbagai sistem pemisahan refluk ratio berada pada nilai diantara 1.2-1.5 kali dari refluks minimum. (Coulson Richardson, halaman 496) Pada perancangan di ambil nilai R op = 1,3 x Rm Rop = 1,3 x 1,314 = 1,709 e. Penentuan jumlah plate teoritis Jumlah plate teoritis dapat dicari dari grafik Erbar Maddox, yang menampilkan korelasi antara R / (R+1) dan Rm / (Rm+1).

(Coulson Richardson, halaman 524) 1,709

R / (R+1) = 1,709+1 = 0,631 1,314

Rm / (Rm+1) = 1,314+1 = 0,568

Dari hubungan tersebut dapat diplot ke dalam Grafik dan diperoleh nilai


C - 34

Spesifikasi Alat Nm / N = 0,525

(coulson, fig. 11-11)

Nm / N = 0,525 6

N = 0,525 = 11,429 Efisiensi = 80 % Naktual = 14,286 = 15 tray Jumlah tray tidak termasuk reboiler sebanyak 15 tray f. Feed Point Location Persamaan Kirkbride Lokasi dari masuknya feed dapat dihitung dari persamaan empiris yang di berikan oleh kirkbide 𝑁𝑟

𝐵

𝑋

𝑋

Log [𝑁𝑠 ] = 0,206 log [(𝐷) ( 𝑋𝑓 𝐻𝐾 ) (𝑋 𝑏𝐿𝐾 )2 𝑓 𝐿𝐾

Dimana :

𝑑𝐻𝐾

Nr

= jumlah stage diatas feed

Ns

= jumlah stage dibawah feed (Coulson Richardson, halaman 526)

B = 14643,51

kmol Xf,HK = 0,564

D = 476,11

kmol Xf,LK = 0,436

XB,LK

= 0,05 (Konsentrasi Light key dalam Bottom)

XD,HK

= 0,10 (Konsentrasi Heavy key dalam Destilat)

𝑁𝑟

Log[𝑁𝑠] = 0,206 log [ (

14643,51 476,11

0,564

0,05

) (0,436) (0,10)2 ]

Log [Nr/Ns] = 0,2056

Maka Nr/Ns = 1,605

Nr + Ns = 15

Nr = 15 – Ns

Substitusi Persamaan, maka akan di dapat : Nr = 9,24 Ns = 5,76 Jadi feed tray terletak antara tray ke 9 dan ke 10


C - 35

Spesifikasi Alat 4. Menghitung Dimensi Kolom a. Perhitungan Laju Alir Gas dan Liquid 

Asumsi : Equimolar Counter Flow (Laju alir Uap maupun Cair yang melewati Plate adalah sama) (Coulson Richardson, halaman 504) V=L+D Dimana R = L/D, maka L = D x R…………(1) V=DxR+D V = D (R + 1)...…………………………….(2)



Umpan masuk pada Kondisi Cair Jenuh F = Cair Jenuh 𝐻𝑣 − 𝐻𝑓

q=𝐻

𝑣 − 𝐻𝐿



𝐻 − 𝐻𝐿

= 𝐻𝑣 − 𝐻 = 1 𝑣

𝐿

Korelasi antara L, V, Li, Vi L = Laju alir Cairan di Enriching Section V = Laju alir uap di Enriching Section Li = Laju alir Cairan di Stripping Section Vi = Laju alir uap di stripping Section Persamaan Neraca di sekitar Umpan : F + L + Vi = Li + V Karena umpan berupa cair jenuh maka : Vi = V (laju alir uapnya tidak di pengaruhi oleh umpan)……(3) F + L = Li Li – L = F Li = L + F………….(4) Maka dapat di hitung : F = 1230,939386 kmol/jam D = 476,12 kmol/jam R = 1,709 L = 813,69kmol/jam (Sesuai dengan persamaan 1)


C - 36

Spesifikasi Alat V = 1288,38 kmol/jam (Sesuai dengan persamaan 2) Vi = 1288,38 kmol/jam (Sesuai dengan persamaan 3) Li = 2044,629 kmol/jam (Sesuai dengan persamaan 4) 

Resume : Daerah

Laju Alir Uap

Laju Alir Cairan

Kmol/jam

Kmol/jam

Enriching

1288,38

813,69

Stripping

1288,38

2044,629

b. Menentukan karakteristik Fisis (Density dan Teganngan muka) b.1 Enriching Section  Data : Tekanan

= 1 atm

Suhu

= 3630K


Fraksi Mol Laju Uap BM Yi kmol 0,9 1159,542 46 0,1 128,838 18 1 1288,38

Fraksi Laju Uap Massa Density Density Kg (Massa) PxBM/(RxT) campyran 53338,932 0,958 0,140801959 0,1349352 2319,084 0,041 0,495867769 0,0206612 55658,016 1 0,1555964

Maka ρV pada enriching section adalah = 1,555 kg/m3

Fraksi Laju Laju Cair Cairan Komponen Mol BM Yi kmol (Massa) Etanol 0,797 648,7822 46 29843,979 Air 0,202 164,9078 18 2968,341 Total 1 813,69 32812,320

Fraksi Massa Density Density Kg PxBM/(RxT) campuran 0,909 0,158 0,1445543 0,09 0,244 0,022134 1 0,1666883

Maka ρL pada enriching section adalah = 0,16 kg/m3 

Jika ρV dan ρL telah diketahui, Tegangan muka dapat dihitung dari persamaan sudgen:


C - 37

Spesifikasi Alat σ = Tegangan muka (dyne/cm) Pch = sugden parachor koefisien ρL = Liquid density (kg/m3) ρV = Density dari uap (kg/m3) M = Berat molekul (Coulson Richardson, halaman 335) [Pch(ρLxiKomponen

xi

yi

xi.pl

yi.pv

(Pch)

ρv.yi)/M]x 1012

Etanol

0,797

0,9

0,124

0,15

126,4

21,30

Air

0,202

0,1

0,031

0,033

48,4

0,085

1

1

Total

21,39

Jadi Surface Tension pada Enriching Section = 21,39 dyne/cm = 0,02139 N/m b.2 Stripping Section  Data : Tekanan = 1,160 atm Dengan asumsi bahwa pressure drop per tray = 0.1 Psi (Walas, 1988) o

Suhu = 371,59 K


Fraksi Fraksi Mol Laju Uap BM Laju Uap Massa Density Density Kg Yi kmol (Massa) PxBM/(RxT) campyran 0,0237 30,54138 46 1404,903395 0,058425662 5,345724228 0,3123275 0,9762 1257,839 18 22641,09519 0,941574338 0,050790785 0,0478233 1 1288,38 24045,99859 1 0,3601508

Maka ρV pada Stripping section adalah = 0,932 kg/m3


C - 38

Spesifikasi Alat

Fraksi Komponen Mol Yi Etanol 0,05 Air 0,95 Total 1

Laju Cair BM kmol 64,419 46 1223,961 18 1288,38

Fraksi Laju Uap Massa Density Density Kg (Massa) PxBM/(RxT) campyran 2963,274 0,11855 2,534435 0,3004743 22031,298 0,88144 0,052196 0,0460083 24994,572 1 0,3464826

Maka ρL pada Stripping section adalah = 0,346 kg/m3 Komponen Etanol Air Total

(pch(pl.xixi yi xi.pl yi.pv (Pch) pv.yi)/M)x10^-12 0,7973 0,05 0,124 0,0083 126,4 0,03 0,2026 0,95 0,031 0,1583 48,4 38,4 1 1 38,43

Jadi Surface Tension pada Stripping Section = 38,43 dyne/cm = 0,038437N/m c. Trial Plate spacing yang digunakan adalah 0, 45 m d. Menentukan Diameter kolom berdasar % flooding yang digunakan  Flooding merupakan batas kecepatan maksimum dari laju uap  Kecepatan uap akan menentukan effisien dari plate  Kecepatan uap yang sering digunakan dalam design adalah 70-90 % dari kecepatan uap yang menyebabkan flooding. (Coulson Richardson, halaman 504) Pada perancangan digunakan 80 % dari flooding d.1 Menghitung liquid - Vapor flow factor (FLV) Kecepatan flooding dapat dihitung dengan persamaan :

𝐹=

𝐿𝑤 𝜌𝑣 √ 𝑉𝑤 𝜌𝑙

(Coulson Richardson, Persamaan 11.82) Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C - 39

Spesifikasi Alat dimana : Lw = Laju alir massa cairan, kg/s Vw

= Laju alir massa uap, kg/s

Resume : Laju Alir Uap

kmol

Density

Laju Massa

Atas

1288,38

0,155596

55658,016

Bawah

1288,38

0,360151

24045,99859

Laju Alir Cairan

kmol

Density

Laju Massa

Atas

813,69

0,166688

32812,32048

Bawah

2044,629

0,346483

24994,572

FLV Top

=

813,69

0,155596

√ 1288,38 0,166688

= 0,65366

FLV Top

=

2044,629 1288,38

0,360151

√0,346483

= 1,5552 d.2 Menentukan konstanta flooding Konstanta flooding dapat ditentukan dengan menggunakan grafik 11.27 (Coulsonrichardson, halaman 568) hubungan antara flooding velocity, Plate spacing dan Konstanta flooding. Plot nilai FLV dan plate spacing yang digunakan (0,45 m) maka akan diperoleh K (konstanta flooding).


C - 40

Spesifikasi Alat

Dari Grafik 11.27 didapatkan : KTOP

= 0,08

KBOTTOM

= 0,07

Batasan penggunaan grafik 11.27 adalah pada surface tension 0,02 N/m, selain itu harus dikoreksi dengan mengalikan nilai K yang didapat dengan [σ/0.02]0.2. Koreksi Nilai K yang didapat : Top K1

=[

0,02139 0,2 ] 0,02

Base K1

=[

0,038437 0,2 ] 0,02

x 0,08

= 0,081

x 0,07 = 0,080

d.3 Menentukan kecepatan flooding Kecepatan uap saat terjadi flooding dapat dihitung dengan persamaan Fair :

Vf= K1

√𝜌𝑙−𝜌𝑣 𝜌𝑣


C - 41

Spesifikasi Alat dimana uf = flooding vapour velocity (m/s)

(Coulson Richardson persamaan 11.81, halaman 568) Uf TOP

= 2,04 m/s

Uf BOTTOM

= 2,58 m/s

d.4. Design untuk 80 % percent Flooding pada maximum flow rate Uf TOP

= 0,8 x 2,04m/s

= 1,634 m/s

Uf BOTTOM

= 0,8 x 2,58m/s

= 2,06 m/s

d.5. Laju Volumetrik Uap Maksimum

Top

=

Bottom =

𝑳𝒂𝒋𝒖 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝑼𝒂𝒑 𝝆

𝑳𝒂𝒋𝒖 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝑼𝒂𝒑 𝝆

𝟏 𝑱𝒂𝒎

𝒙 𝟑𝟔𝟎𝟎𝒔 = 225,15m3/s 𝟏 𝑱𝒂𝒎

𝒙 𝟑𝟔𝟎𝟎𝒔 = 225,15m3/s

d.6. Net Area yang dibutuhkan :

Top

𝟐𝟐𝟓,𝟏𝟓

= 𝟏,𝟔𝟑𝟒 = 137,79 m2

Bottom =

𝟏𝟖𝟎,𝟕𝟓 𝟐,𝟎𝟔

= 87,65 m2

d.7. Trial 1 downcomer area = 12% dari total area maka cross sectional areanya :

Top

𝟏𝟑𝟕,𝟕𝟗

=

𝟎,𝟖𝟖

= 156,58 m2

𝟎𝟕,𝟔𝟓

Bottom = 𝟎,𝟖𝟖 = 99,61 m2


C - 42

Spesifikasi Alat d.8. Menghitung Diameter Top

= ( A x 4/ 𝜋)1/2 = (156,58 x 4 /3,14) 1/2 = 5,8 m = 228,34 in

Bottom

= ( A x 4/ 𝜋)1/2 = (99,61 x 4 /3,14) ½

=5m

= 196,85 in

Standar shell yang mendekati adalah OD = 228 in dengan ketebalan = 1 in (Brownell & Young, 1959) Maka ID = 228 - 2 x (1) = 226 in = 5,74 m e. Perencanaan aliran cairan Maximum volumetric liquid rate

=

810235,364 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 1 𝑗𝑎𝑚 𝑥 974,985 𝑘𝑔/𝑚3 3600 𝑠

= 0,2308 m3/s


C - 43

Spesifikasi Alat

Dari grafik 11.28 (Coulson Richardson, halaman 569 ) ditentukan bahwa tipe liran single pass(cross flow) f. Optimasi Design f.1 Plate design sementara : Diameter kolom (Dc)

= 5,74 m

Luas Permukaan kolom (Ac)

= 25,864 m2

Downcomer Area (Ad) 10% Ac = 2,5864 m2 = Ac – Ad

= 23,277 m2

Active Area (Aa) = Ac-2Ad

= 20,691 m2

Net Area (An)

Hole Area(Ah)

= 10% dari Aa = 0,1 x Aa = 2,069 m2 (Coulson Richardon, halaman 569)

f.2 Menghitung tebal shell 

Bahan konstruksi yang dipilih adalah SA 283 Grade C dengan pertimbangan : a. Mempunyai allowable working stress yang besar untuk kapasitas yang sama memerlukan ketebalan yang lebih tipis b. Tahan terhadap korosif (Brownell & Young, 1959)

Adapun spesifikasi yang dipakai adalah sebagai berikut Allowable working stress

: 12650


C - 44

Spesifikasi Alat Efisiensi Pengelasan

: 0,8 (Tabel 13.2, Brownell and Young)

Tekanan operasi

: 14,7 psi

ts

𝑃𝑑𝑥𝐷𝑖

=2𝑥(𝑓𝑥𝐸−0,6𝑃𝑑) = 1,06 in

f.3 Menghitung tebal tutup kolom Digunakan tutup dengan bentuk torispherical karena reaktor bekerja pada tekanan 14.7-100 psi. Bahan konstruksi yang digunakan terbuat dari stainless steel dengan spesifikasi type 304, grade 3(SA-283) (Brownell & Young, 1959) F allowable (T = 55oC) = 12650 Sambungan untuk pengelasan dipilih tipe double welded butt joint Efisiensi las = 0,8 (Tabel 13.2, Brownell and Young) Untuk tebal Torispherical head dapat dihitung menggunakan persamaan :

Th =

𝑊𝑥𝑝𝑥𝑟𝑐 𝑓𝐸−0,1𝑝

dimana : W adalah Stress Intensification dari torisprical Head 1

W= (3 + √𝑟/𝑟𝑖) 4

ri = inside radius = 6 % rc = 0,06 x 226 in = 13,56 in r = 180 in


C - 45

Spesifikasi Alat 1

W= (3 + √180/13,56)= 1,66 4

Dapat dihitung tebal torispherical head :

Th =

1,66𝑥14.7𝑥226 12650x0.8−0.1x14.7

Tebal head standar yang digunakan adalah 1/2 in f.4 Menghitung tinggi total tray dan tutup 1 Tinggi total tray Jumlah tray aktual (N)

= 15 Tray

Tray Spacing = 0,45 m

= 1,35 Ft

Tinggi total tray = Tray spacing x (N-1) = 6,3 m = 18,9 Ft Tebal head standar yang digunakan adalah 1/2 in f.4 Menghitung tinggi total tray dan tutup 1 Tinggi total tray Jumlah tray aktual (N) = 15 Tray Tray Spacing = 0,45 m = 1,35 Ft Tinggi total tray = Tray spacing x (N-1) = 6,3 m = 18,9 Ft


C - 46

Spesifikasi Alat 2 Tinggi tutup ID

= 226 in

th

= 1/2

icr

= 13 3/4 in

sf

= 1 1/2 in

r

= 180 (Tabel 5.6, Brownell and Young)

AB=

𝐼𝐷 2

− 𝑖𝑐𝑟 =

226 2

− 13,75 = 99,25

BC = r – icr = 180 - 13 3/4 = 166,25 in b = r-(BC2-AB2)0.5 = 180 - √(166,252 − 99,252 ) Tinggi tutup atas

= tutup bawah (OA) = t + b + sf = 0,5 + 115,12 + 1,5 = 117,12 in

Tinggi total kolom

= Tinggi silinder + 2 x tinggi tutup = (18,9 x 12) + 2 x 117,12 = 461,04 in = 38,42 Ft Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C - 47

Spesifikasi Alat 5. MEMBRAN PERVAPORASI 

Kode : M-301



Fungsi : Memurnikan produk Etanol menjadi 99,7% v/v



Tujuan : 1. Menentukan bahan membran dan modul membran 2. Menentukan pola aliran 3. Menentukan dimensi membran , meliputi : a. Luas permukaan membran total b. Luas permukaan 1 chanel c. Menentukan jumlah modul dan housing yang diperlukan d.Menentukan cross section area chanel, diameter modul dan diameter housing



Langkah Perancangan :

1. a Menentukan Bahan Membran Dalam perancangan membran terbuat dari material keramik yang bersifat

hidrofilik

yang

dimodifikasi

dengan

Na-A

Zeolit

dengan

pertimbangan sebagai berikut : 1. Membran keramik lebih tahan terhadap temperatur, bahan kimia yang ekstrim dibanding membran polimer. 2. Membran

polimer

pada

temperatur

tinggi

sering

mengalami

penggelembungan (swelling). 3. Keunggulan Modifikasi membran dengan menggunakan NaA Zeolit : a. Membran bersifat lebih hidrofilik sehingga mudah menarik dan melewatkan air b. Selektivitas membran menjadi lebih tinggi (sesuai tabel) karena karakteristik membran zeolit yang memiliki pori nano, sehingga meminimalisasi etanol melewati pori.


C - 48

Spesifikasi Alat Temperatur Umpan Laju alir (0C) (% air) (kg/m2h) 75 5 1,1 NaA Zeolit 75 10 2,15 105 10 4,53 Silika/akrilamide 50 5 0,3 GFT 80 10 0,01 CMC (Na ion) 30 10 0,052 PAA/polyion complex 60 5 1,63 c. Fluks yang dihasilkan oleh membran lebih tinggi. Menbran

Selektivitas 10000 10000 10000 3200 9500 2430 3500

( Morigami, 2001) 1.b Menentukan Modul membran • Modul yang digunakan adalah jenis tubular. • Modul tubular tidak memiliki penyangga ( self-supporting) • Membran keramik pada modul ini diletakkan pada bagian dalam tube yang terbuat dari SS316 Stainless steel. Struktural modul membran dapat dilihat pada gambar berikut :

( Morigami, 2001) 2. Menentukan Pola Aliran Pada perancangan membran pervaporasi ini digunakan aliran cross flow dengan pertimbangan sebagai berikut : a. Pada pola cross flow, umpan dialirkan secara paralel dengan membran sehingga laju penumpukan cake pada permukaan membran lebih kecil dibandingkan pola aliran dead end.


C - 49

Spesifikasi Alat

b. Aliran cross flow mengurangi laju pembentukan fouling di sekitar permukaan

(a) = dead-end

(b) = cross-flow ( Mulder, 1996)

3. Menentukan Dimensi Membran 

Perancangan membran tubular dipengaruhi oleh geometri chanel yang terdapat di dalam membran tubular.



Geometri chanel meliputi jumlah dan bentuk chanel. Pemilihan geometri chanel akan mempengaruhi luas permukaan membran dan jumlah modul yang dibutuhkan.



Pada perancangan ini, digunakan geometri chanel berbentuk non circular. Untuk jumlah chanel yang sama, bentuk ini menghasilkan luas permukaan membran 30% lebih besar dibandingkan dengan chanel berbentuk lingkaran.



Pada perancangan ini, beberapa asumsi atau basis yang digunakan adalah :



Faktor selektifitas membran (α) = 1000 (Kondo, 1997)



Jumlah chanel dalam satu modul = 21



Jumlah modul dalam satu housing = 21



Fluks permeat (Jp) = 0,5 kg/m2jam (fluks berkisar antara 0,45 – 2,2 kg/m2.(Richardson, 2004))



Panjang tube (L) = 1,25 m



Diameter hidraulik chanel = 18 mm = 0,018 m



Luas membran tubular total = 1.5 kali cross sectional area membran tubular (untuk faktor keamanan) Pra Rancangan Pabrik Bioetanol

C - 50

Spesifikasi Alat 3.a Luas permukaan membran total Luas permukaan membran total yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan : Ast

= Qp / Jp

Dimana

Ast

= luas permukaan membran total (m2)

Qp

= laju alir permeat (kg/jam) (dari neraca massa)

Jp

= fluks permeat (kg/m2.jam) 𝑄𝑝

Ast= 𝐽𝑝 =

443481,02 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 0,5 𝑘𝑔/𝑚2.𝑗𝑎𝑚

= 886962,04

3.b Luas permukaan 1 chanel Luas permukaan 1 chanel diperoleh dengan persamaan :

Ac = π.Dh.L Dimana :

Ac

= luas permukaan 1 chanel (m2)

Dh

= diameter hidraulik chanel = 18 mm = 0,018 m

L

= panjang tube = 1,25 m

Ac = π.Dh.L = 3,14 x 0,018 x 1,25 = 0,07065 m2 3.c Menentukan jumlah modul dan housing yang diperlukan Karena pada 1 modul membran terdapat 21 chanel, maka luas permukaan 1 modul 1 modul

= Ac x Jumlah Chanel dalam 1 modul = 0,07065 m2 x 21 = 1,48365 m2

Untuk bentuk geometri chanel, digunakan bentuk non circular. Luas permukaan total untuk bentuk non circular adalah sebesar 1,3 x luas permukaan modul, sehingga : At

= 1,3 x luas 1 modul

At = 1,3 x 1,48365 m2 = 1,928745 m2 Jumlah modul yang diperlukan dapat ditentukan dengan : Ast / At Jumlah modul =

886962,04 𝑚2 1,928745 𝑚2

= 459864,86 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙

Sesuai dengan asumsi 1 housing terdiri dari 21 modul, maka jumlah housing yang dibutuhkan adalah =

459064,06 21

= 22941 housing


C - 51

Spesifikasi Alat 3.d Menentukan cross section area chanel, diameter modul dan diameter housing Untuk menentukan cross section area chanel dapat digunakan persamaan :

Acs = π x (Dh/2)2 Dimana : 

Acs

= cross section area chanel

Acs

= 3,14 x ( 0,018/2)2 = 0,00025434 m2

Luas cross section area chanel modul (Acst) dapat diperoleh melalui persamaan :



Acst

= 1,5 x Acs x jumlah chanel

Acst

= 1,5 x 0,00025 x 21 = 0,00801171 m2

Untuk memperoleh diameter modul, digunakan persamaan berikut : 𝐷𝑚 2 ) 2

Acst

= 𝜋(

0,00801171

= 3,14. (

0,0025515

=(

𝐷𝑚 2 ) 2

𝐷𝑚 2 ) 2

0,050512375 = Dm / 2 Dm

= 0,101024749 m = 10,10247494 cm

Dengan demikian, diameter modul pervaporasi adalah sebesar 10,1cm 

Housing

Luas 1 housing (Ah) = luas cross section area 1 modul x total modul dalam 1 housing = 0,00801171 x 21 = 0,168 m2 Untuk memperoleh diameter housing, digunakan persamaan sebagai berikut : 𝐷ℎ

Ah

= 𝜋( 2 )2

0,168

= 3,14 ( 2 )2

𝐷ℎ

𝐷ℎ

0,0535815

= ( 2 )2

0,231476781

= Dh / 2

Dh

= 0,462953561 m = 46,29535614 cm

Dengan demikian, diameter housing pervaporasi adalah sebesar 46,3 cm


Analisa Ekonomi

D-1

LAMPIRAN D PERHITUNGAN ANALISA EKONOMI D.I. Harga Peralatan Harga peralatan berubah menurut waktu resmi sesuai dengan kondisi ekonomi dunia. Untuk memperkirakan harga peralatan saat ini, digunakan indeks seperti pada persamaan sebagai berikut:

 Nx   Ex  Ey .   Ny  Dalam hubungan ini : Ex = Harga alat untuk tahun x Ey = Harga alat untuk tahun y Nx = Nilai index tahun x Ny = Nilai index tahun y Data harga peralatan yang digunakan diambil dari “ A Guide To Chemical Engineering Process Design And Economics” ; G.D. Ulrich. Cost Index berdasarkan Chemical Engineering Plant cost Index :


Analisa Ekonomi

D-2

Table D.1. Data Annual Index

Tahun

Indeks

2001

394,3

2002

395,6

2003

402,0

2004

444,2

2005

468,2

2006

499,6

2007

525,4

2008

575,4

2009

521,9

2010

550,8

2011

585,7

2012

572,7

2013

618,5

Harga indeks tahun 2018 dicari dengan Metode Regresi Linier pada Microsoft exel maka didapat persamaan : y =(19,05.X)-37747 maka didapat harga indeks pada tahun 2018 adalah sebesar : y = (19,05.x)-37747 = (19,05.2018)-37747 = 695,9


Analisa Ekonomi

D-3

Contoh perhitungan harga alat (Ulrich) : Nama Alat

: Tangki Molasses

Fungsi

: menampung molasses dari supplier

Type

: atmospheric storage

Dasar pemilihan : sesuai untuk bahan Dengan memplotkan volume tangki pada fig.5-61 (Ulrich), didapat : Harga tahun 2010

: $ 8682

Harga tahun 2018

: $ 8682 x 618,5 = $ 9.768,5

695,9

Berikut ini adalah daftar harga peralatan yang digunakan dalam proses dan utilitas Tabel D.2. Daftar harga peralatan proses

NO

KODE

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

( T - 101 ) ( T - 102 ) ( T - 103 ) ( T - 104 ) ( T - 105 ) ( T - 106 ) ( T - 107 ) ( T - 108 ) ( T - 201 ) ( T - 203A ) ( T - 203B ) ( T - 204A ) ( T - 204B ) ( T - 204C ) ( T - 301 ) ( T - 302 ) ( T - 303 )

Harga/Unit Unit US ($) Tangki Molasses 9768,5 6 Tangki Air 7513,7 1 Tangki Sacc. Cerev 6763,2 1 Tangki NH3 8265,3 1 Tangki Air Proses 6687,8 1 Tangki Antifoam 5260,0 1 Tangki Ammonium Phospat 4659,2 1 Tangki H2SO4 5786,6 1 Tangki Mixer 8491,4 1 Tangki Inolukasi ( seed fermentor) 37568,5 6 Tangki Inolukasi ( pre fermentor) 37568,5 6 Fermentor 112705,4 6 Fermentor 112705,4 6 Fermentor 112705,4 6 Tangki dari Fermentor 9843,9 1 Tangki Etanol 95 % 8716,5 1 Tangki Etanol 99,7 % 10219,7 1 NAMA ALAT

Harga US ($) 58610,9 7513,7 6763,2 8265,3 6687,8 5260,0 4659,2 5786,6 8491,4 225410,8 225410,8 676232,5 676232,5 676232,5 9843,9 8716,5 10219,7


Analisa Ekonomi

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

( RB - 301 ) ( RB - 302 ) ( P - 101 ) ( P - 102 ) ( P - 103 ) ( P - 104 ) ( P - 105 ) ( P - 106 ) ( P - 107 ) ( P - 201 ) ( P - 202 ) ( P - 302 ) ( P - 303 ) ( P - 304 ) ( P - 305 ) ( M - 311 ) ( HE - 102 ) ( HE - 104 ) ( F - 101 ) ( F - 102 ) ( F - 301 ) ( D - 310 ) ( D - 311 ) ( C - 101 ) ( C - 102 ) ( C - 301 ) ( C - 302 ) ( C - 303 )

Reboiler Distilasi-1 Reboiler Distilasi-2 Pompa Molasses Pompa Air 4007 2 8014 Pompa Sacc. Cerev Pompa Air Proses Pompa Antifoam Pompa Ammonium Phospat Pompa H2SO4 Pompa dari Mixer Pompa dari Inokulasi Pompa dari T-301 Pompa Distilasi-1 Pompa Distilasi-2 Pompa dari Membran Membran Pervaporasi Heat Exchanger Heat Exchanger Filter Plate and Frame Filter Udara Filter Plate and Frame Menara Distilasi-1 Menara Distilasi-2 Kompresor NH3 Kompresor Udara Kondensor Distilasi-1 Kondensor Distilasi-2 Cooler Total peralatan proses

D-4

6161,3 6161,3 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 4508,4 18784,2 6342,4 6342,4 8798,6 3756,8 8798,6 57855,9 46961,2 4884,2 3832,2 5041,8 4847,1 4681,7

1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1

6161,3 6161,3 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 9016,9 18784,2 6342,4 6342,4 8798,6 3756,8 8798,6 57855,9 46961,2 9768,5 7664,5 5041,8 4847,1 4681,7 2.939.523,23


Analisa Ekonomi

D-5

Table D.3. daftar harga peralatan utilitas NO 1 2 3 4 5

KODE Unit Unit Unit Unit Unit

6 Unit 7 Unit

NAMA ALAT Harga/Unit US ($) Unit Boiler Set 8265,289248 1 Generator Set 2330,167987 2 Tangki Bahan Bakar 2164,772191 1 Cooling Tower Set 1278,160711 1 Water Treatment Plant (Floculation, Sedimentation, Filtration, Chlorination) 113457,0157 1 Demineralizer Plant 45383,70639 1 Waste Treatment Plant 28364,81649 1 Total Harga Peralatan Utilitas

Harga US ($) 8265,29 4660,34 2164,77 1278,16

113457,02 45383,71 28364,82 203574,10

Harga peralatan total = $ 2.939.523,23 + $ 203574,10 = $ 3.143.097,33 = 37.717.167.923,04

(asumsi 1 $ = Rp. 10.000)

D.2. Gaji Karyawan Table D.4. Gaji Karyawan No . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

JABATAN Direktur Utama Sekretaris Direktur Direktur Teknik dan Proses Direktur Administrasi & Keuangan Staff Ahli Kepala Bagian Teknik Kepala Bagian Produksi Kepala Bagian Umum Kepala Bagian Pemasaran Kepala Bagian Keuangan Kasi Pemeliharaan & Perbaikan Kasi Utilitas dan Energi Kasi Riset & Pengembangan

Gaji (Rp. Jumlah Jumlah /Org) (Rupiah ) 1 15.000.000 15.000.000 3 4.500.000 13.500.000 1 12.000.000 12.000.000 1 12.000.000 12.000.000 4 7.500.000 30.000.000 1 6.000.000 6.000.000 1 6.000.000 6.000.000 1 6.000.000 6.000.000 1 6.000.000 6.000.000 1 6.000.000 6.000.000 1 4.500.000 4.500.000 1 4.500.000 4.500.000 1 4.500.000 4.500.000


Analisa Ekonomi

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

D-6

Kasi Produksi & Proses Kasi Personalia & Kesejahteraan Kasi Keamanan Kasi Administrasi Kasi Pemasaran & Penjualan Kasi Gudang Kasi Anggaran Kasi Pembelian Karyawan Bagian Proses ( Kepala Shift) Karyawan Bagian Proses (regu shift) Karyawan Bagian Laboratorium Karyawan Bagian Utilitas & Energi (Shift) Karyawan Bagian Personalia Karyawan Bagian Pemasaran Karyawan Bagian Administrasi Karyawan Bagian Pembelian Karyawan Bagian Pemeliharaan Karyawan Bagian Gudang Karyawan Bagian Keamanan (Shift) Karyawan Bagian Kebersihan Supir Pesuruh Dokter Perawat Jumlah

1 1 1 1 1 1 1 1

4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000

4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000

4

2.250.000

9.000.000

56 6

1.500.000 1.500.000

84.000.000 9.000.000

28 3 3 3 3 4 8

1.500.000 1.500.000 1.500.000 1.500.000 1.500.000 1.500.000 1.500.000

42.000.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 4.500.000 6.000.000 12.000.000

36 8 6 8 2 6 210

1.125.000 750.000 900.000 750.000 3.000.000 1.350.000

40.500.000 6.000.000 5.400.000 6.000.000 6.000.000 8.100.000 414.000.000

Gaji karyawan per bulan

Rp.

414.000.000

Gaji karyawan per tahun (13 bulan)

Rp.

5.382.000.000

( Tunjangan Hari Raya = gaji 1 bulan penuh)


Analisa Ekonomi

D-7

D.3. Biaya Utilitas Air sanitasi Kebutuhan air sanitasi

=

Harga air sanitasi (diolah sendiri) m3

Rp.

300,00

Jumlah hari kerja per tahun

=

365,00 hari

Biaya air sanitasi per tahun Rp. Air Umpan Boiler

40,00

m3/hari per

4.380.000,00

Kebutuhan air umpan boiler

=

Harga air umpan (diolah sendiri)

Rp.

600,00


=

360,00 hari

Biaya air umpan boiler per tahun Rp. Air Pendingin

36,00

m3/hari per

7.776.000,00

Kebutuhan air pendingin

=

246,00

m3/hari

Harga air pendingin (diolah sendiri)

Rp.

400,00

per


=

360,00 hari

Biaya air pendingin per tahun Rp. Tawas (koagulan)

35.424.000,00

Kebutuhan Tawas

=

9.504,00 Tahun

Harga tawas per kg

Rp.

1.200,00

Biaya tawas per tahun Rp. Chlorine liquid (disinfectan)

11.404.800,00 per Kg

Kebutuhan chlorine liquid

=

per 3.300,00 Tahun

Harga chlorine per kg

Rp.

1.200,00

Biaya chlorine per tahun Rp. Resin Kation - Anion

3.960.000,00


Analisa Ekonomi

D-8

Kebutuhan resin kation Anion

=

Harga resin kation-anion

Rp.


=

Biaya resin per tahun Rp. Bahan Bakar (Diesel oil 33oAPI)

1,20 kg/hari 3.600,00 per m3 360,00 Hari 1.555.200,00

Kebutuhan bahan bakar

=

199,00 lt/jam

(1 hari 24 jam proses)

=

4.776,00 lt/hari

Harga bahan bakar

Rp.

8.000,00 per lt

Jumlah hari kerja per tahun = Biaya bahan bakar per tahun Rp. Listrik (PLN) Biaya Beban per kVA per bulan

Rp.

Biaya Beban per tahun Rp.

360,00 hari 13.754.880.000,00 kVA/bl 30.000,00 n 360.000,00

Kebutuhan listrik alat proses

=

782,00 kWh

Kebutuhan listrik penerangan

=

46,00 kWh

Harga pemakaian per kWh

Rp.

Biaya listrik alat proses per tahun

Rp.

Biaya listrik penerangan per tahun

Rp.

Biaya listrik total per tahun Rp. Total biaya utilitas per tahun Rp.

550,00 per kWh (360 3.406.392.000,00 hari) (365 221.628.000,00 hari) 3.628.020.000,00 17.447.400.000,00


Analisa Ekonomi

D-9

Molasses Kebutuhan bahan Harga beli per kg Rp. Biaya pembelian per tahun Rp. Sacc. Cerev Kebutuhan bahan Harga beli per kg Rp. Biaya pembelian per tahun Rp. Ammonia Kebutuhan bahan Harga beli per kg Rp. Biaya pembelian per tahun Rp. Antifoam Kebutuhan bahan Harga beli per kg Rp. Biaya pembelian per tahun Rp. Ammonium Phospat Kebutuhan bahan Harga beli per kg Rp. Biaya pembelian per tahun Rp. Asam sulfat Kebutuhan bahan Harga beli per kg Rp. Biaya pembelian per tahun Rp. Total biaya bahan baku per tahun

902.880.000,00 kg/jam 1.800,00 per kg 1.625.184.000.000,00

13,81 kg/jam 3.300,00 per kg 393.608.160,00

3,82 kg/jam 2.400,00 per kg 79.128.913,17

0,31 kg/jam 1.500,00 per kg 3.990.118,68

153,94 kg/jam 1.200,00 per kg 1.596.047.471,30

53,04 kg/jam 2.850,00 per kg 1.306.117.769,27 1.628.562.892.432,41


Analisa Ekonomi

D - 10

D.4.b. Produk Etanol Produk yang dihasilkan

23.148,15 kg/jam 200.000.000,00 kg/tahun

Harga jual per kg Rp. Hasil penjualan per tahun Rp. Slag (pakan ternak) Produk yang dihasilkan

10.800,00 2.160.000.000.000,00

27.170,00 kg/jam 238.009.200,00 kg/tahun

Harga jual per kg Hasil penjualan per tahun Rp. Total harga jual produk per tahun Rp.

2.300,00 per kg 547.421.160.000,00 2.707.421.160.000,00

Biaya Pengemasan Produk Etanol Produk yang dihasilkan

200.000.000,00 kg/th

Densitas produk

0,79 kg/lt

Volume produk (Kemasan produk = drum 200 lt)

157.800.000,00 lt/th

Kebutuhan drum per tahun

789.000,00 drum/th

Harga 1 buah drum Rp. Biaya pengemasan produk per tahun Rp.

125.000,00 98.625.000.000,00

Biaya pengemasan total per tahun

Rp.

98.625.000.000,00

Biaya pendukung (10% pengemasan) Rp. Total biaya pengemasan per tahun Rp.

9.862.500.000,00 108.487.500.000,00


TAHUN. Oleh: DEWANTO

Recommend Documents