PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES ... · •Digunakan pada industri minuman...
Transcript of PABRIK BIOETANOL DARI AMPAS TEBU (BAGASSE) DENGAN PROSES ... · •Digunakan pada industri minuman...
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 )
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