PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE)DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIMATIS DAN CO-

FERMENTASI

Oleh :

LUTFI AL BAAQY

NRP. 2308 030 073ALVINO HEBOH W.

NRP. 2308 030 055dan

Ir. Agung Subyakto,MS

NIP. 19510729 198603 2 001

DOSEN PEMBIMBING :

LATAR BELAKANG

Energi Alternatif

Bioetanol dapat dibuat dari tiga jenis bahan baku, yaitu:

Bahan-bahan berserat (selulosa), misalnya dari batangjagung, ampas tebu, jerami, eceng gondok, kayu, limbahpertanian yang mengandung sellulosa dll.

Bahan – bahan yang mengandung gula, misalnya nira, legen, tetes dan sebagainya.

Bahan – bahan berpati, misalnya dari biji-bijian (jagung, beras, sorghum, dan lain-lain) atau dari umbi-umbian(kentang, ubi jalar, ubi kayu dan lain-lain).

Ampas Tebu

55% dari ampas tebu dimanfaatkan oleh pabrikgula sebagai bahan bakar, bahan baku untuk

kertas, bahan baku industri kanvas rem, industrijamur dan lain-lain. Oleh karena itu diperkirakansebanyak 45 % dari ampas tebu tersebut belum

dimanfaatkan

Komposisi Ampas Tebu

Kandungan Komposisi

Ash 5,6 %

Lignin 24,2 %

Selulosa 52,7 %

Hemiselulosa 17,5 %

•Sifat Fisika :

- Titik nyala 13.9 oC.

- Densitas pada 20 oC adalah 0,789 gr/cm3.

- Berat molekul 46,070 gr/mol.

- Titik didih 78.4oC .

- Cairan tidak berwarna, jernih

- Melting point (titik leleh) – 114 oC.

- Konstanta kesetimbangan (Ka) : 10-18

- Merupakan senyawa aromatik yang volatile

- Mudah terbakar

- Termasuk B3 (Bahan Beracun dan Berbahaya)

- Berbau tajam

- Spesifik Gravity 0,7851 pada suhu 20 oC.

- Larut dalam air dan senyawa organik lainnya(Fessenden & Fessenden, 1992)

Ethyl Alkohol (C2H5OH)

•Sifat Kimia :

- Dapat bereaksi dengan NaOH membentuk Sodium etoxida.

C2H5 + NaOH C2H5ONa + H2O

- Dapat mengalami reaksi Esterifikasi.

C2H5 + (RCO)2 RCOOCH2CH3 + RCOOH

- Dapat mengalami reaksi Dehidrasi.

CH3CH2OH CH2 = CH2 + H2O

2 CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O

- Dapat mengalami reaksi Dehidrogenasi.(Othmer, 1978)

LOKASI PABRIK & KAPASITAS PRODUKSI

Lokasi Pabrik yang dipilih :Malang, Jawa Timur

Dasar pertimbangan :Tersedianya bahan bakuSuplai air yang cukup memadai (Kali Brantas)Transportasi yang memadai

Kapasitas Produksi Pabrik :130.000 ton/tahun

• Bahan Baku :Bahan baku utama pabrik ini adalah ampas tebu.

• Bahan Pembantu :- H2SO4 - Ca(OH)2- Enzim selulase - Zimomonas Mobilis

• Produk Utama : Ethyl Alkohol (C2H5OH)• Produk Samping : Gypsum, furfural, asam asetat, lignin, dan

CO2

Bahan Baku dan Produk

Produksi bioetanol memiliki beberapa

tahap proses :

TAHAP Proses

1. Pre Treatment

2. Hidrolisis

3. Fermentasi

4. Purifikasi

Process Waktu reaksi yield costFISIKA

Vapour explosion 1-10 menit 45%-65% -

Thermohidrolisis 30 menit 88%-98% -

KIMIA

Dilute Acid

Hydrolysis

2-10 menit 75%-90% +

Alkaline

Hydrolysis

2 menit 60%-75% ++

Organosolv 40-60 menit 70%-80%

Biologic

KOMBINASI

Catalyzed Vapour

Explosion

1-4 menit 88% -

Afex (ammonia

fibre explosion)

50%-90%

Co2 Explosion 75%

• Pretreatment

Process Input Temperature Time Saccharification

Dilute Acid < 1% H2SO4 215o C 3 min 50% - 70%

Concentrated

Acid

30% - 70 %

H2SO4

40o C 2-6 h 90%

Enzymatic Cellulase 70o C 1,5

day

75% - 95%

• Proses Hidrolisis

Fermentasi

• SHF (Separated Hidrolysis and Fermentation)

• SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation )

• SSCF (Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation )

FLOWSHEET PROSES

NERACA MASSA

Cara perhitungan pada Distilasi

1. Menentukan T feed.

2. Menentukan pendekatan distribusidari komponen distilat danproduk bawah dengan menggunakan α pada T feed dan P = 1 atm.

3. Mencari Dew Point.

4. Mencari buble point

5. menghitung plate minimum : metode Fenske

Nm = log (XLK Distilat/ XHK Distilat) x (XHK Bottom/ XLK Bottom)

Log α light key average

6. Menentukan refluk minimum : Metode Short Cut

( )( )θαi

xfxαiΣ=q-1

Rm + 1 = Σ(αi*xd/αi-θ)

R = 1,2 – 1,5 Rm

Menghitung stage teoritis : Metode Ebar

Maddox

cara : mencari R/R+1 dan Rm/Rm + 1

Menentukan letak Feed plate : Metode

KirkBride

• Flow chart menentukan T feed

Stop

Pt = 1 atm

Xfi = diketahui

Trial T total

Pi diperoleh berdasarkan T total

Ki diperoleh

Kc = Ki heavy key

Kc = 1/αi x xf∑Ki x xi =1

tidak

α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key

Ya

• Flow chart menentukan Dew Point

Stop

Pt = 1 atm

XDfi = diketahui

Trial T total

Pi diperoleh berdasarkan T total

Ki diperoleh

Kc = Ki heavy key

Kc = XDfi /αi ∑y/iKi =1

tidak

α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key

Ya

• Flow chart menentukan Buble Point

Stop

Pt = 1 atm

XBfi = diketahui

Trial T total

Pi diperoleh berdasarkan T total

Ki diperoleh

Kc = Ki heavy key

Kc = 1/αi x xf∑Ki x Xi =1

tidak

α diperoleh dari Ki komponen/Ki Heavy key

Ya

Neraca Massa pada Kolom Distilasi (D-410)

Masuk Keluar

Komposisi Massa (kg) Komposisi Massa (kg)

aliran <38> feed Aliran <39> : Distilat

H2O 13232003,33 C2H5OH (LK) 417343,9072

Glukosa 44647,84473 H2O (HK) 23156,00583

Xylose 41806,76158 CH3COOH 0,00019684

furfural 3701,773678 glukose 2,0996E-101

C2H5OH 418075,5394 xylose 1,95751E-71

CH3COOH 1427,303995 Jumlah 440499,9132

H2SO4

352,8412558 Aliran <40> : Bottom

antifoam 141,5785167 C2H5OH (LK) 731,6321939

H2O (HK) 13208847,33

CH3COOH 1427,303798

glukose 44647,84473

xylose 41806,76158

furfural 3701,773678

H2SO4 352,8412558

antifoam 141,5785167

Jumlah 13.742.156,977 Jumlah 13.742.156,977

NERACA PANAS

Neraca Panas pada Kolom Distilasi (D-410)Masuk Keluar

Komposisi Entalpi Komposisi Entalpi

Distilat

H2O 573.952.781,5597 C2H5OH 18.168.399,9171

Xylose 1.338.669,2449 H2O 1.325.586,3784

Glukosa 880.336,4874 CH3COOH 0,006013058

C2H5OH 17.804.958,0863 Glukose 4,9823E-100

CH3COOH 40.726,3455 Xylose 6,47697E-70

H2SO4 9.742,4630 19.493.986,3015

Furfural 114.695,5150 Bottom

Anti foam 5.176,8528 C2H5OH 45.228,0497

H2O 997.571.954,6071

Q supply 495.541.977,3 CH3COOH 57.287,2593

Glukose 1.392.051,7480

Xylose 1.817.498,5981

Furfural 92.863,1757

H2SO4 8.851,4216

Antifoam 8.815,8317

1.000.994.550,6912

Q yang diserap air pendingin 44.423.428,0066

Q loss 24.777.098,8655

1.089.689.063,8649 1.089.689.063,8649

UTILITAS

-Densitas air pada 30 oC = 995,68 Kg/m3

-Air Sanitasi = 68 m3/hari-Air Pendingin = 128.954.396 m3/Hari-Air Proses= 13.074.759 m3/Hari-Air Umpan Boiler= 11.488.528 m3/Hari

Kebutuhan air Total saat Operasi= Kebutuhan air total saat awal + Make Up Water + Air Cadangan= 170.018.378 m3/Hari

KESELAMATAN DAN KESEHATAN KERJA

• Pemasangan level, pressure dan temperatur indicatoruntuk mengetahui dan mengontrol kondisi bahan dalam tangki.

• Pemasangan tanda bahan berbahaya disekitar tangki.

• Alat pelindung kepala safety helm, alat pelindung kaki sepatu karet, alat pelindung muka face shield.

INSTRUMENTASIInstrumentasi yang Digunakan Pada PabrikBioetanol :

• Flow Control (FC)• Level Indikator (LI)• Temperatur Control (TC)• Pressure Indikator

PENGOLAHAN LIMBAH

LIMBAH GAS

Limbah gas berupa gas CO2

•Pengolahan :

•Digunakan pada industri minuman berkarbonat

•Digunakan untuk pemadam kebakaran

•Sebagai bahan baku pembuatan dry ice

LIMBAH CAIR

Berasal dari kolom distilasi

Limbah cair berupa bottom product

(Furfural, asam asetat, H2O)

Pengolahan :

•Ditreatment terlebih dahulu sebelum dibuang kesungai

•Dapat dijual dan digunakan sebagai bahan baku kimia

LIMBAH PADAT

Dari rotary drum filter II

Lignin

Dijual sebagai furafil

Dari fermentor

Biomass

Dijual sebagai active sludge

Dari Overliming & Reacidification

Gypsum

Dijual sebagai bahan-bahan bangunan

Spesifikasi Alat HEATER (E-116)

Fungsi : untuk menaikkan suhu air proses dari 30˚C menjadi 100˚C sebelum menuju ke Reaktor Pre Treatment

Type : Shell and Tube Heat ExchangerUkuran :

Diameter shell , ID = 19,3 inUkuran baffle = 14 inJumlah pass = 8Ukuran tube = ¾ in OD 16 BWGPanjang tube = 8 ft

Jumlah tube = 210 buah

Jenis Pitch = Triangular

POMPA (L-323)

• Fungsi : Memompa bioetanol dari cooler ke tangkipenampung bioetanol

• Tekanan : 1 atm

• Jenis pompa : centrifugal

• Jumlah : 1 buah

• Rate volumetrik : 98,11 gal/min

• Bahan konstruksi : Commersial steel

• Power pompa : 38,35 Hp

KOLOM DISTILASI (D-160) Fungsi : Untuk memurnikan etanol hingga 95%Silinder Diameter dalam = 39,625 in Diameter luar = 40 in Tinggi = 7,988587 m Tebal = 3/16 in Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 24 grade MTutup atas dan tutup bawah Tinggi = 0,169294 in Tebal = 3/16 in Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 240 grade MTray Jumlah tray = 17 Tray Spacing = 0,45 m Susunan pitch = triangular Bahan Konstruksi = Carbon steel SA 240 grade M

KESIMPULAN• Bahan Baku :

Ampas tebu

• Bahan Pembantu :H2SO4 sebagai katalis asam dan penurun pH pada reacidifikasiCa(OH)2 pada tangki ovelimingEnzim selulase sebagai biokatalisH3PO4 dan (NH4)2SO4 sebagai nutrient pertumbuhan yeastZ.Mobilis sebagai bakteri dalam proses fermentasiAntifoam, untuk mencegah terjadinya (foam) pada prosesfermentasi

• Kapasitas produksi 130.000 ton/tahun bioetanol 99,6 %

• UtilitasTotal kebutuhan air 170.018.378 m3/hari

TERIMA KASIH

16