Macam & Uraian Proses Pabrik Bioetanol

BABAB II – MACAM DAN URAIAN PROSES

BAB II

MACAM DAN URAIAN PROSES

II.1 MACAM PROSES

Bioethanol adalah etanol yang dihasilkan dengan proses fermentasi dari

bahan nabati. Etanol (Etil Alkohol) secara industri dapat diproduksi melalui proses

sintesis dari etilen dan fermentasi. Dalam bab ini dibatasi hanya untuk pembuatan

etanol secara fermentasi. Macam-macam bahan yang digunakan untuk pembuatan

bioetanol dengan proses fermentasi yaitu :

1. Fermentasi dari gula

2. Fermentasi dari pati

3. Fermentasi dari selulosa

II.1.1 Fermentasi dari gula

Bahan baku yang banyak digunakan dalam proses ini adalah black strap

molasses. Molases mengandung 55 % berat total gula, terdiri dari 35-40 % berat

selulosa dan 15-20 % berat gula (glukosa dan fruktosa). Proses pembuatan etanol

dari molases dengan cara fermentasi dapat dilihat pada Gambar II.1.

PABRIK BIOETHANOL DARI ECENG GONDOK DENGAN PROSES FERMENTASI

II-1


Gambar II.1 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol

secara Fermentasi dari Molases

Uraian Proses :

Black strap molasses dimasukkan dalam tangki pencampur dan

diencerkan dengan air hangat untuk mendapatkan konsentrasi gula 10-15 %.

H2SO4 ditambahkan hingga pH menjadi 4-5. Selanjutnya black strap molasses

dimasukkan dalam tangki fermentasi dengan penambahan yeast konsentrasi 5 %.

Fermentasi berlangsung pada temperatur 70-80 oF (21-27oC). Suhu reaksi dapat

mencapai 100oF (38oC) karena reaksinya eksotermis. Fermentasi berlangsung


II-2

Aldehydecolumn

Rectifyingcolumn

Scrubber

Yeasttub

Yeastculturemachine

Beer still

CO2

aldehyde

slop

benzena Anhydrouscolumn

waterFusel oil

water

Ammoniumsulfate

Mixing tank

fermenter

Strerilizer

Sulfuricacid

molases

water

Ethyl alcohol(95%)

Ethyl alkohol absolute

water


selama 28-72 jam (rata-rata 45 jam) untuk memproduksi alkohol dengan

konsentrasi 8-10 %.

Reaksi yang terjadi yaitu :

C12H22O11 + H2O 2C6H12O6

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Gas CO2 yang dihasilkan pada proses fermentasi diambil melalui

srubber dengan penambahan air, sedangkan hasil fermentasi lainnya dipompa

kedalam beer still. Proses pada beer still dimaksudkan untuk memisahkan alkohol

dengan bahan yang mudah menguap lainnya sebagai residu. Produk atas beer still

kemudian dilewatkan heat exchanger dan dikondensasi. Kondesat yang

mengandung 50-60% alcohol dimasukkan ke dalam aldyhide kolom dengan

maksud untuk memisahkan aldyhide dan mengurangi kadar air dalam larutan

gula. Selanjutnya larutan masuk ke kolom rectifying dengan maksud untuk

mendapatkan alkohol dengan kadar 95-95,6 % . Alkohol hasil destilasi

dikondensasi dan disimpan. Alkohol absolut diperoleh melalui distilasi azeotrop

dalam anhydrous kolom dengan menambahkan benzene. (Faith, W.L, Keyes. Donald B.,Clark

Ronald L,1961)

II.1.2 Fermentasi dari pati

Bahan baku yang banyak digunakan dalam proses ini adalah jagung,

gandum sorghum, padi, kentang dan sebagainya. Blok diagram proses pembuatan

etanol secara fermentasi dari jagung diberikan dalam Gambar 2.2

Uraian Proses :


II-3

Invertase

Zymase


Proses pembuatan etanol dari pati dibagi menjadi 3 tahap yaitu :

- Sakarifikasi

- Fermentasi

- Destilasi

Bahan baku berupa jagung digiling dengan maksud untuk mendapatkan

tepung pati. Tepung pati ditambah air sehingga berbentuk slurry. Slurry tersebut

dipompa melewati jet pemanas (precooker) dengan steam sebagai bahan pemanas

pada temperatur 350-360oF (177-182oF). Selanjutnya slurry didinginkan selama 1

– 2 menit melalui coil pada vacuum cooler. Slurry yang dingin dicampur dengan

malt dan air sehingga terjadi pengkonversian pati menjadi glukosa (sakarifikasi).

Pengkonversian pati dapat dilakukan secara kontinyu maupun batch dengan

menggunakan enzim atau asam mineral encer sebagai katalisator. Operasi secara

kontinyu dilakukan selama 6 menit sdangkan proses batch membutuhkan waktu 2

– 4 jam. Proses sakarifikasi menghasilkan 10-15 % larutan gula. Larutan gula

tersebut dimasukkan dalam tangki fermentasi dan diinokulasikan dengan yeast.

Fermentasi berlangsung pada suhu 65-85 oF (18,3-29,4 oC).(Faith, W.L, Keyes. Donald B.,Clark

Ronald L,1961)

Reaksi yang terjadi adalah

(C6H10O5)x + xH2O xC6H12O6


Hasil Fermentasi didestilasi untuk mendapatkan alkohol (etanol) dengan

kadar ± 95 %. Proses destilasi yang dilakukan sama dengan proses pembuatan

etanol dari bahan molases.


II-4

starch

Diastase

Zymase



secara Fermentasi dari Pati

II.1.3 Fermentasi dari selulosa

Proses pembuatan etanol secara umum melalui beberapa tahap yaitu :

- Pretreatment

- Fermentasi

- Purifikasi (Destilasi)

Pembuatan etanol dari bahan selulosa memerlukan pretreatment

tambahan sebelum masuk ke proses fermentasi. Pretreatment pada bahan baku

dimaksudkan untuk memisahkan selulosa dari impuritisnya seperti pentosan dan

lignin. Pretreatment ini dapat dilakukan secara kimia dan fisik. Salah satu cara


II-5

Refining column

Water

aldehyde

Ethyl alkohol(95%)

Water

Scrubber

Beer still

Aldehydecolumn

CO2

Slop

Entertainmentseperator

Continuous cooker

Vacuumcooler

Fermentor

Pre-cooker

Press cake

Water

Grain mill

Degerminator

Press

Corn

Corn oil

Steam

Conveter and cooler

Malt

Water

Vacuum

Yeast

Fusel Oil


kimia yang dapat dilakukan adalah hidrolisis menggunakan asam. Hidrolisa

pertama adalah menghidrolisis pentosan menjadi xylose dilakukan dalam reaktor

prehidrolisa pada temperature tinggi dengan asam sulfat encer. Hasil prehidrolisa

yaitu xylose pada filtrat akan dibuang melalui rotary vacum filter sedangkan pada

cake yang berupa lignoselulosa masuk rotary dryer sebelum masuk ke reaktor

hidrolisa. Hidrolisis kedua adalah menghidrolisis lignoselulosa menjadi glukosa

dengan asam pekat dalam reaktor hidrolisa. Larutan gula (glukosa) hasil hidrolisis

kedua dipisahkan dari lignin melalui rotary vacum filter selanjutnya difermentasi

dengan yeast (saccharomyses cerevisiae) menjadi etanol dalam fermentor. Hasil

fermentasi dimasukkan ke dalam distilation column dengan maksud untuk

memisahkan etanol dari impuritis yang titik didihnya lebih rendah, sehingga

diperoleh etanol dengan kemurnian 95%. Pembuatan etanol dari selulose

diberikan dalam gambar II.3


secara Fermentasi dari Selulosa


II-6

ReaktorPrehidrolisa

Wood, Air, H2SO4 4.4 %

Steam

ReaktorHidrolisa

Steam H2SO4 85%

Rotary vakum filter

Filtrat

Rotary Dryer

Uap air

Rotary vakum filter

Cake

Elektrodialisis

H2SO4

Fermentasi

Nutrisi Biakan

Biomassa

Destilasi

Steam

Ethanol 95%


II.2 Uraian Proses

Pembuatan Etanol dari eceng gondok dengan proses fermentasi dilakukan

melalui tahap :

- Pretreatment

- Proses Fermentasi

- Destilasi

II..2.1 Tahap Pre Treatment

Bahan Baku yang berupa eceng gondok dari gudang penyimpanan (F-111)

diangkut dengan belt conveyer (J-112) menuju rotary cutter (C-113) dengan

tujuan untuk memperkecil ukuran eceng gondok. Eceng gondok yang keluar dari

rotary cutter (C-113) ditampung didalam Hopper (J-115) selanjutnya menuju

reaktor pre hidrolisa (R-110). Proses pre hidrolisa dilakukan dengan maksud

untuk mendegradasi pentosan yang terkandung dalam eceng gondok menjadi

xylose yang berupa cairan, sehingga dapat dipisahkan. Pre hidrolisa dilakukan

dengan cara menambahkan asam sulfat (H2SO4) dengan konsentrasi 4,4 % dan air.

Proses pre hidrolisa dilakukan pada suhu 373 oK (100oC) dengan menggunakan

media pemanas steam. Pada reaktor Pre hidrolisa (R-110) terbentuk endapan

berupa lignoselulosa yaitu campuran selulosa dan lignin serta hasil samping

berupa larutan dengan kandungan terbesar yaitu xylose. Endapan lignoselulosa

dan larutan xylose yang terbentuk dipisahkan dengan menggunakan Rotary

Vacuum Filter (H-123). Endapan keluar RVF (H-123) diangkut menggunakan


II-7


screw conveyer (J-124) menuju rotary dryer (B-120) dengan maksud mengurangi

kadar air dari padatan lignoselulosa.

Lignoselulosa yang telah dikeringkan diangkut menuju reaktor Hidrolisa

(R-130). Proses hidrolisa dilakukan dengan menambahkan asam sulfat (H2SO4)

dengan konsentrasi 85 % dan air. Proses Hidrolisa dilakukan pada tekanan 1 atm

dan suhu 380 oK (100oC) dengan menggunakan media pemanas steam. Pada

proses tersebut sellulosa dalam lignoselulosa akan terhidrolisa menjadi glukosa

dan endapan yang tersisa sebagai hasil samping berupa lignin. Lignin dan glukosa

dipisahkan dengan Rotary Vaccum Filter (H-213). Asam yang terkandung dalam

glukosa dipisahkan dengan menggunakan elektrodialisis (H-215) sehingga

didapatkan glukosa dengan pH netral dan asam sulfat murni yang dapat direcycle

kembali.

II.2.2 Tahap Fermentasi

Glukosa yang keluar dari elektrodialisis dipompa menuju tangki sterilisasi

(M-210). Pada tangki sterilisasi ditambahkan nutrien (NH4)2SO4 sebanyak 400

gr/1000lt mash dan H3PO4 400 gr/1000lt mash dan H2SO4 98 %. Penambahan

(NH4)2SO4 dan H3PO4 dilakukan dengan maksud untuk memenuhi kebutuhan

unsur nitrogen dan fosfat sedangkan asam sulfat berfungsi untuk menurukan pH

larutan dari 6.5 menjadi pH 4.5. 10 % dari Substrat (Mash) yang keluar dari

tangki sterilisasi dipompa menuju tangki stater (R-223) sedangkan sisanya 90%

dari mash dipompa menuju tangki fermentasi (R-220). Pada tangki stater (R-223)

ditambahkan yeast Saccharomyces Cereviceae. Proses pada tangki stater


II-8


dimaksudkan untuk membiakkan bakteri Sacchaoromyces Cerevisiae. Proses ini

berlangsung pada suhu 30oC, tekanan 1 atm dan pH 3.5 - 5.5 selama 1 hari.

Setelah masa inkubasi selesai (1 hari), biomass yang terbentuk pada tangki starter

serta sisa mash dipompa ke dalam tangki fermentor untuk proses fermentasi.

Proses fermentasi dalam tangki fermentor (R-220) dilakukan selama 2 hari

(48 jam) dengan suhu 30oC, tekanan 1 atm dan pH 3.5 – 5.5. Pada saat fermentasi,

terbentuk buih akibat adanya pengadukan. Pengendalian buih dilakukan dengan

penambahan ICM sebagai antifoam sebanyak 10 ppm. Reaksi fermentasi yang

terjadi :

Reaksi I :


Glukosa Etanol Karbon dioksida

Reaksi II:

2C6H12O6 + H2O C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 + 2C3H8O3

Glukosa Etanol Asam asetat Gliserol

(Sherev’s,)

Produk utama fermentasi berupa etanol dengan kadar 5-10 %. Produk

samping yang dihasilkan berupa Karbon dioksida (CO2), Asam asetat

(CH3COOH) dan gliserol (C3H8O3).


II-9


II.2.3 Tahap Distilasi

Pemurnian ethanol dilakukan untuk mendapatkan ethanol dengan

konsentrasi sebesar 95.5%. Proses destilasi yang dilakukan diuraikan sebagai

berikut :

1. Distilation Column

Hasil dari tangki fermentor (R-220) yang mengandung 5% - 10% ethanol,

dipompa menuju Pre Heater (E-314) sebagai pemanas pendahuluan

sebelum masuk ke distilation column. Dari Pre Heater feed masuk

kedalam distilation column (D-310) untuk proses destilasi. Feed yang

masuk dalam distilation column dipisahkan menjadi 2 produk, yaitu

produk bawah yang mengandung H2SO4, Gliserol, CH3COOH dan H2O.

Sedangkan produk atas mengandung etanol dengan kadar ± 95 %. Produk

atas dikondensasikan dengan menggunakan kondensor (E-318) sedangkan

produk bawah dialirkan ke unit pengolahan limbah.. distillation column

ini menghasilkan ethanol dengan konsentrasi sebesar ± 60%.


II-10

Macam & Uraian Proses Pabrik Bioetanol

Documents

Transcript of Macam & Uraian Proses Pabrik Bioetanol