Download - BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
1/26
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Sejarah Bioethanol
Bioethanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai
bahan minuman beralkohol. Jejak peninggalan sejarah berupa keramik yang
ditemukan berusia lebih dari 9000 tahun yang lalu di China bagian utara
mengindikasikan bahwa minuman beralkohol telah dikonsumsi oleh manusia
prasejarah sejak jaman Neolitik.
Larutan bioethanol dengan kualitas mendekati murni, pertama kali
ditemukan oleh imiawan !uslim yang mengembangkan proses sistem distilasi
yaitu pada masa hali"ah #bbasid, yaitu dengan hadirnya peneliti terkenal pada
waktu itu yang bernama Jabir ibnu $ayyan %&eber', #l(indi %#lkindus' dan al(
)azi %)hazes'. Catatan yang disusun oleh Jabir ibnu $ayyan %*+(-!'
menyebutkan bahwa uap dari perasaan buah anggur yang mendidih mudah
terbakar. #l(indi %-0(-*/!' dengan tegas menjelaskan tentang proses sistem
distilasi pembuatan minuman anggur. edangkan bioethanol murni didapatkan
pada tahun *91 oleh Johann 2obias Lowitz, dengan menggunakan distilasi
saringan arang.
#ntoine La3oisier menggambarkan bahwa bioethanol adalah senyawa
yang terbentuk dari arbon, $idrogen dan 4ksigen %C, $, 4'. 5ada tahun -0-
Ni6olas(2h7odore de aussure telah menentukan rumus kimia dari ethanol. Lima
puluh tahun kemudian %--', #r6hibald 6ott Couper menerbitkan rumus bangun
ethanol. 8engan demikian ethanol adalah salah satu senyawa kimia yang pertama
kali ditemukan rumus bangunnya. thanol pertama kali dibuat se6ara sintetis pada
tahu -+9 di :nggris oleh $enry $ennel dan .&.erullas di 5eran6is. !i6hael
;araday membuat ethanol dengan menggunakan sistem katalis hidrasi asam pada
::(
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
2/26
::(+
ethilen pada tahun 9-+ yang digunakan pada proses produksi ethanol sintetis
hingga saat ini.
5ada tahun -
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
3/26
::(/
Bioethanol digunakan se6ara luas di Brasil dan #merika erikat.
edua negara ini memproduksi --A dari seluruh jumlah bahan bakar ethanol
yang diproduksi di dunia. ebanyakan mobil(mobil yang beredar di #merika
erikat saat ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kandungan
ethanol sampai 0A, dan penggunaan bensin ethanol 0A malah diwajibkan di
beberapa kota dan negara bagian #. ejak tahun 9*1, pemerintah Brasil telah
mewajibkan penggunaan bensin yang di6ampur dengan ethanol, dan sejak tahun
+00*, 6ampuran yang legal adalah berkisar +A ethanol dan *A
bensin %+'. 8i bulan 8esember +00 Brasil sudah mempunyai +
juta kendaraan dan truk ringan bahan bakar "leksibel dan lebih dari 00
ribu sepeda motor yang dapat menggunakan bahan bakar ethanol murni.
8i indonesia upaya peman"aatan BBN %bahan bakar nabati' sebagai
bahan bakar alternati" sebenarnya sudah dilakukan oleh pemerintah, khususnya
5ertamina sejak lama, payung hukumnya juga jelas, seperti ?ndang(undang No./0
tahun +00* tentang energi yang mengamanatkan pemerintah untuk meningkatkan
penggunaan energi terbarukan. ?ndang(undang ini kemudian diperkuat lagi oleh
peraturan !enteri %5)!N' 8! nomer /+ tahun +00- yang memuat
mandatori BBN di :ndonesia.
!eski demikian, "akta yang ada dilapangan menunjukkan bahwa
penggunaan BBN masih jauh dari harapan kita semua. pemakai kendaraan di
:ndonesia saat ini umumnya masih senang menikmati BB! bersubsidi karena
harganya yang relati" murah daripada menggunakan BB! ber6ampur BBN yang
lebih mahal.
5ersoalan pemakaian bioethanol sebagai substitusi BB! juga
terhambat pasokan ethanol pertahun yang relati" rendah. onsumsi bensin
premium di :ndonesia ter6atat men6apai , juta kiloliter=bulan sedangkan
pasokan ethanol untuk BBN di :ndonesia hanya men6apai 00 kiloliter=bulan
walaupun kita lihat data statistik, Tabel 2.2 menunjukan jumlah pabrik bioethanol
di :ndonesia 6ukup banyak dan kapasitas produksinya pun tinggi.
http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar_etanol_di_Brasilhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar_etanol_di_Amerika_Serikathttp://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E10_atau_kuranghttp://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E10_atau_kuranghttp://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sepeda_motorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar_etanol_di_Amerika_Serikathttp://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E10_atau_kuranghttp://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Campuran_bahan_bakar_etanol_umum#E20.2C_E25http://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kendaraan_bahan_bakar_fleksibelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sepeda_motorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar_etanol_di_Brasil
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
4/26
::(<
Tabel 2. 2 Pabri! bioethanol na"ional dan !a#a"ita" #rod!"in'a tahn 200(P"at Stdi
Ener$i U3,4
/
endala pengembangan industri bioethanol juga disebabkan oleh
kenaikan harga bahan baku bioethanol yang men6apai 00A %?8 1=ton pada
tahun +00- menjadi ?8 +(/0=ton pada tahun +009' dan akan dibukanya kran
impor bioethanol dari Brazil karena pertimbangan production cost berpotensi
menghan6urkan industri bioethanol di :ndonesia.
2.2 Bioethanol
Bioethanol merupakan alkohol yang diproduksi dari proses "ermentasi
dengan menggunakan bahan baku nabati dan dilanjutkan dengan proses destilasi.
thanol disebut juga etil(alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol
saja, adalah sejenis 6airan yang mudah menguap %vapor ', mudah terbakar
% flammable', tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan
dalam kehidupan sehari(hari. enyawa ini merupakan obat psikoakti" dan dapat
ditemukan pada minuman beralkohol dan thermometer moderen.
thanol termasuk dalam rantai tunggal alkohol, dengan rumus kimia
C+$(4$ dan rumus empiris C+$14. ethanol merupakan isomer konstitusional
dari di(metil(eter. thanol sering disingkat menjadi t4$, dengan t merupakan
singkatan dari gugus etil %C+$'.
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
5/26
::(
;ermentasi gula menjadi ethanol atau alkohol merupakan salah satu
reaksi organik paling awal yang pernah dilakukan manusia. 5ada zaman modern,
ethanol yang ditujukan untuk kegunaan industri dihasilkan dari produk sampingan
pengilangan minyak bumi.
thanol juga banyak digunakan sebagai pelarut % solvent ' berbagai
bahan(bahan kimia yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia.
Contohnya adalah pada par"um, perasa %ingredient ', pewarna makanan,
desin"ektan dan obat(obatan. 8alam ilmu kimia, ethanol adalah pelarut yang
penting sekaligus sebagai stok umpan %catalyst ' untuk sintesis senyawa kimia
lainnya.
5ada perkembangan zaman ini, bioethanol diramalkan akan
menggantikan tempat minyak bumi sebagai bahan bakar utama penghasil energi di
bumi ini yaitu sebagai bahan pengganti BB! pada kendaraan bermotor.
arbohidrat atau sakarida %C1$04' adalah golongan senyawa organik yang
paling melimpah di bumi. arbohidrat memiliki "ungsi sebagai sumber energi
kepada makhluk hidup terutama glukosa.
8iagram blok di bawah ini menggambarkan proses terbentuknya
bahan baku karbohidrat %nabati' menjadi bioethanol. arbohidrat dipe6ah menjadi
glukosa dengan bantuan enzim amylase pada proses saccharification glukosa,
selanjutnya dilakukan proses "ermentasi % fermentation) yaitu membentuk alkohol
dari glukosa dengan bantuan bakteri saccharomyces %ragi'.
a)bar 2. 1 Dia$ra) tran"5or)a"i !arbohidrat !e al!ohol,1
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
6/26
::(1
2.2.1 #lkohol dari Bahan Baku Nabati arbohidrat
#lkohol dapat diproduksi dengan bahan baku nabati atau tanaman
yang mengandung karbohidrat %pati' seperti ubi kayu, kentang, sagu dan jagung.
Jumlah produksi alkohol yang dapat diproduksi oleh tanaman yang mengandung
karbohidrat bergantung pada jumlah kandungan gula %glukosa' di dalam tanaman
tersebut.
a)bar 2. 2 Ja$n$6 !entan$ dan "in$!on$ )er#a!an bahan ba! ethanol nabati,7
5roses pembuatan alkohol dengan bahan karbohidrat atau nabati
diawali dengan mengkon3ersikan karbohidrat menjadi gula %glukosa'. on3ersi
karbohidrat menjadi ethanol dapat ditunjukan pada Tabel 2.8.
Tabel 2. 8 Kon9er"i bahan ba! tana)an 'an$ )en$andn$ #ati ata !arbohidrat dan
tete" )enjadi bioethanol (S)ber * BPPT6200:,;
/
2.2.2 #lkohol 8ari Bahan Baku Non Nabati atau &ula % glucose'
5roses pembuatan alkohol dari bahan baku nabati gula umumnya
hampir sama dengan proses pebuatan alkohol dari bahan baku nabati karbohidrat.
ang membedakan dari kedua proses tersebut yaitu proses pembuatan alkohol dari
bahan baku nabati gula tidak memerlukan kon3ersi dari karbohidrat menjadi
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
7/26
::(*
glukosa. $al ini disebabkan bahan yang digunakan sudah mengandung glukosa.
#dapun tanaman yang mengandung bahan nabati gula %glukosa' antara lain tebu
% sugar cane', tetes tebu, sweet sorghum, buah(buah manis, air kelapa, dan lain(
lain.
a)bar 2. 8 Teb "alah "at bahan ba! ethanol non nabati,7
2.2.3 etela
etela pohon, ubi kayu atau singkong %mahinot utilissima) adalah
perdu tahunan tropika dan subtropika dari suku euphorbiaceae. ?mbinya
diketahui sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya bisa
dijadikan sayuran.
etela bisa men6apai tinggi * meter, dengan 6abang agak jarang,
berakar tunggang dengan sejumlah akar 6abang yang kemudian membesar
menjadi umbi akar yang dapat dimakan. ?kuran umbi rata(rata berdiameter +(/
6m dan panjang 0(-0 6m, tergantung dari proses penanaman dan perawatan
tanaman. Bagian dalam umbinya berwarna putih atau kekuning(kuningan. ?mbi
singkong tidak tahan disimpan meskipun diletakan di lemari pendingin. &ejala
kerusakan ditandai dengan keluarnya warna biru gelap akibat terbentuknya asam
sianida %$CN' yang bersi"at ra6un bagi manusia.
?mbi ketela merupakan sumber energi kaya akan kabohidrat namum
minim akan protein. umber protein justru terkandung pada daun singkong karena
mengandung asam amino metionia.
?ntuk mengetahui kandungan gizi singkong per 00 gram dapat
dilihat pada Tabel 2.;.
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
8/26
::(-
Tabel 2. ; Kandn$an $i
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
9/26
::(9
Tabel 2. : Prod!ti9ita" #rod!"i tana)an bi !a' "elrh #ro9in"i di indone"ia (S)ber
*BPS6201;,7
/
UbiKayu
Ubi Jalar
Propinsi Luas Panen (Hektar) Luas Panen (Hektar)
2014 2013 2014 2013
ACEH 2543 2725 937 1094
SUMATERA UTARA 43134 47141 10128 9101
SUMATERA BARAT 5502 5503 5211 4530
RIAU 4133 3863 1058 1028
JAMBI 2005 2274 2753 2670
SUMATERA SELATAN 10870 9397 2093 1922
BENGKULU 4645 4861 3915 3277
LAMPUNG 372858 318107 4475 4630
KEP. BANGKABELITUNG 991 795 397 365
KEP. RIAU 741 715 226 237
DKI JAKARTA 0 - 0 -
JAA BARAT 96718 95505 24695 26635
JAA TENGAH 152595 161783 9149 10011
DI !"G!AKARTA 56151 58777 421 419
JAA TIMUR 158963 168194 14979 19139
BANTEN 5728 6391 2190 2125
BALI 8376 9085 4413 5119
NUSA TENGGARA
BARAT 4408 3866 1215 866NUSA TENGGARA
TIMUR 64235 79164 9112 9992
KALIMANTAN BARAT 13132 10821 1772 1818
KALIMANTAN TENGAH 3471 3406 1222 1292
KALIMANTAN SELATAN 4215 4902 1689 1336
KALIMANTAN TIMUR 3043 2809 1229 1269
KALIMANTAN UTARA 1956 2111 327 358
SULAESI UTARA 3521 4239 3943 4059
SULAESI TENGAH 3874 4844 1816 2001
SULAESI SELATAN 19312 24720 5013 4809
SULAESI TENGGARA 8703 8974 3006 2882
G"R"NTAL" 300 364 204 201
SULAESI BARAT 2189 2085 634 803
MALUKU 5252 4794 1782 1796
MALUKU UTARA 8388 9284 3690 3743
PAPUA BARAT 1206 1082 1187 1343
PAPUA 2626 3171 31810 30980
IND"NESIA 1075784 1065752 156691 161850
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
10/26
::(0
2.3 Pro"e" Pe)batan Bioethanol Den$an Bahan Ketela
e6ara umum proses produksi bioethanol melewati beberapa tahap,
yaitu tahap persiapan % !reparation' $idrolisis % Hydrolysis' ;ermentasi
"#ermentation), dan distilasi "$istillation), 5ada a)bar 2.; menunjukan
diagram blok proses sistem pembuatan bioethanol berbahan baku kabohidrat.
Preparation Hydrolysis Fermentation
Process Process Process
Distillation
Process
a)bar 2. ; Blo=! dia$ra) #ro"e" #e)batan al!ohol ata bioethanol,1
5roses pembuatan bioethanol dimulai dengan menghan6urkan bahan
baku hingga menjadi bubuk yang dikenal dengan preparation atau proses
persiapan. Bahan baku dimasukan kedalam mesin dan melalui berbagai tahap
proses diantaranya, proses men6u6i bahan baku, mengupas, memotong, dan
menghan6urkan bahan baku hingga menjadi bubuk atau tepung.
Bahan baku yang telah menjadi bubuk dimasukan kedalam benjana
"vessel) kemudian ditambahkan air, dipanaskan dan ditambahkan en%ym termamyl
proses tersebut disebut hidrolisis. $idrolisis bertujuan meme6ah karbohidrat pada
bahan baku menjadi glukosa agar dapat di"ermentasi menjadi alkohol. !enurut
penelitian %:ndyah Nurdyastuti,+00-E/F
) Bubur pati dipanaskan sampai /0oC
selama /0 menit, kemudian didinginkan sampai men6apai temperature 9oC yang
diperkirakan memerlukan waktu sekitar H jam. 2emperatur 9oC tersebut
dipertahankan selama sekitar H jam, sehingga total waktu yang dibutuhkan
men6apai + jam. 5ada langkah ini dimaksudkan untuk meme6ah bubur pati,
sehingga lebih mudah terjadi kontak dengan enzyme termamyl. 5erlakuan pada
suhu tinggi tersebut juga dapat ber"ungsi untuk sterilisasi bahan, sehingga bahan
tersebut tidak mudah terkontaminasi. >aktu yang dibutuhkan untuk menyelsaikan
proses perubahan karbohitdrat ke glukosa
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
11/26
::(
membutuhkan waktu +< jam atau hari. )eaksi kimia yang yang terjadi saat
proses hidrolisis dapat dilihat pada reaksi kimia dibawah ini.
enzim &'amylase
C+$++4 I $+4 +C1$,+41
5atiI #ir &lukosa
5roses "ermentasi "#ermentation !rocess) bertujuan untuk mengubah
glukosa %C1$+41' menjadi ethanol %C+$4$' dengan bantuan ragi % yeast)
dengan rumus reaksi kimia seperti di bawah ini.
C1$+41(accharomyces east
+C+$4$ I +C4+
&lukosa tanol I arbondioksida
5roses "ermentasi dimulai dengan memasukan glukosa hasil
sakari"ikasi ke dalam bejana bertekanan. menurut Biotechnology of Ethanol
Handbook, 1*1
EF
temperatur dan p$ ideal adalah hasil akhir dari proses ini adalahalkohol, namun karena kadar kemurnianya belum sesuai dengan standar, /0 ( aktu yang dibutuhkan untuk menyelsaikan proses perubahan glukosa
ke alkohol membutuhkan waktu
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
12/26
::(+
Tabel 2. 7 Si5at ethanol
Si5at Ethanol
)umus molekul C+$4$
!assa molar
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
13/26
::(/
Casava >ashing 5eeling Cutting Crushing
8rying ;a6ility
Fertilizer Stilage Facility torage Boiling
Ethanol 95%-Rectiication ! " !! Distillation Fermentation a66hari"i6ation
99%
a)bar 2. : Dia$ra) blo! #e)batan ethanol,1
2.4.1 5roses 5ersiapan % !reparation process'
5ada proses ini, dilakukan pekerjaan persiapan yang terdiri dariG
1- Bongkar muat %unloading)
2- 5enimbangan %weighing ,
3- 5embersihan %washing)
4- 5emotongan "cutting)
5- 5engupasan "peeling)
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
14/26
6- 5enghan6uran "crushing
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
15/26
::(<
2.4.1.1 Bongkar !uat %+nloading '
Bongkar muat %unloading) adalah suatu proses membongkar bahan
baku ketela pohon dari kendaraan pengangkut menuju tempat penampungan
sementara % pit) 5ada bagian ini tidak diperlukan peralatan otomatik yaitu dengan
sistem manual atau meman"aatkan tenaga manusia untuk membongkarnya.
2.4.1.2 5enimbangan %eighing '
5enimbangan %weighing ' yaitu proses untuk melihat kondisi bahan
baku dan menimbang untuk mengetahui beratnya. 5ada proses ini akan diketahui
serta dimonitor jumlah bahan baku yang akan diproses. #pabila kuota per hari dari
pengiriman bahan baku telah memenuhi atau bahkan lebih dari yang dihutuhkan,
maka kelebihan bahan baku akan disimpan digudang %werehouse' untuk menjamin
stok bahan baku agar produksi dapat beroperasi se6ara kontinyu. 8alam proses
penimbangan dilakukan juga proses penyortiran bahan baku.
2.4.1.3 5en6u6ian %ashing '
5en6u6ian bahan baku %washing) bertujuan membersihkan bahan baku
dari kotoran seperti tanah, kotoran lain, pestisida atau zat kimia yang masih
terkandung dalam bahan baku. 5roses pen6u6ian ini menggunakan mesin s-uirrel
cage rotary hori%ontal yang digerakan dengan motor listrik dan media air sebagai
pembersih. Bahan yang dibuang dari proses ini berupa kulit luar ketela pohon,
tanah dan air kotor hasil pen6u6ian.
2.4.1.4
5emotongan %.utting '
5emotongan bahan baku "cutting) bertujuan untuk memudahkan
proses pengupasan % peeling ' inti ketela dari kulitnya. 5roses pemotongan
dilakukan dengan mesin pemotong yang mempunyai bilah atau pisau %blade'
pemotong yang tajam yang dipasang pada porosnya yang digerakkan oleh motor
listrik. 5enentuan jarak antara bilah pisau paling bawah dengan bagian dasar
mesin akan menentukan besar ke6ilnya ukuran hasil pemotongan. Jika hasil
berlebih bahan baku dikeringkan sebagai chips cassava
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
16/26
::(
2.4.1.5 5engupasan % !eeling '
5engupasan % peeling) bertujuan untuk memisahkan inti bahan baku
dengan kulitnya. 5roses ini menggunakan mesin peeling rotary vertical dram,
yaitu mesin yang mempunyai drum yang dapat berputar yang digerakkan oleh
motor listrik. 5ermukaaan bagian dalam dari drum ini berlubang(lubang untuk
melepaskan air yang terbawa ole bahan baku se6ara sentri"ugal keluar dari mesin.
5ada permukaan dalam drum juga dipasang seperti duri tumpul %pin' yang
jumlahnya banyak untuk mengupas ketela pohon dari kulitnya.
$asil akhir dari proses ini, bahan baku yang sudah bersih masuk ke
dalam mesin penghan6ur %crushing) dan sisanya berupa kulit luar dikirim ke
gudang dan dikeringkan yang selanjutnya akan digunakan sebagai bahan pakan
ternak %animal feeding '.
2.3.1.6 5enghan6uran %.rushing '
5enghan6uran %crushing ' bertujuan untuk menghan6urkan bahan
ketela pohon yang sudah terkupas menjadi bubuk. agar luas permukaan ketela
pohon menjadi lebih besar untuk memudahkan proses hidrolisis.
!esin ini menggunakan dua buah silinder pejal yang dipasang se6ara
sejajar dengan jarak tertentu, yang berputar se6ara berlawanan arah %counter wise'
antara satu dengan yang lain, yang digerakkan oleh motor listrik. Bahan baku
silinder pejal ini terbuat dari bahan non metal untuk menghindari slip, seperti kayu
pilihan yang bahannya liat dan tidak mudah tergerus. $asil dari proses ini
dilanjutkan ke proses perebusan %boiling ' jika berlebih sebagian di keringkan
sebagai ketela tepung dan disimpan di gudang.
2.4.2 5roses $idrolisis % Hydrolysis !rocess'
etelah melewati proses persiapan di atas, selanjutnya dilakukan
proses hidrolisis dengan 6ara menambahkan air sehingga bubuk pati menjadi
bubur pati % starch pulp', yang mana proses ini terbagi menjadi + tahap yaituG
1- 5roses 5erebusan % Boiling !rocess' untuk menjadi gel
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
17/26
::(1
1- 5roses akari"ikasi %(accharification process'
2.4.2.1 5roses 5erebusan % Boiling !rocess'
Bubur pati % starch pulp' kemudian dimasak atau dipanaskan dengan
6ara merebus menggunakan bejana tertutup %vessel ' yang dilengkapi dengan
pemanas elektrik %heater ' atau steam boiler sebagai media penukar panas,
sehingga pulp tersebut akan menjadi gel. Bahan 6ampuran kemudian dipanaskan
hingga /0oC dalam /0 menit, kemudian didinginkan hingga 9
o dan
dipertahankan selama jam.
2.4.2.2 5roses akari"ikasi %(accharification'
5roses sakari"ikasi adalah proses meme6ah karbohidrat menjadi
glukosa dengan bantuan enzym theramyl. 5roses sakari"ikasi dimulai dengan
memasukan bahan baku kedalam bejana bertekanan % pressure vessel) yang
dilengkapi pengaduk, pemanas dan pendingin. Bahan baku kemudian di6ampur
dengan air. 8alam proses ini perlu diperhatikan p$ dan 2emperatur. 2emperatur
:deal proses sakari"ikasi adalah
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
18/26
::(*
2.4.5 5roses )ekti"ikasi : dan :: % /ectification 0 dan 00 '
5roses rekti"ikasi : %rectification process 0) bertujuan untuk
memisahkan alkohol dari air dengan 6ara menambahkan media katalis kapur %Ca4'. 5roses ini hampir sama dengan proses distilasi, yang membedakan dalam
proses ini dengan proses distilasi yaitu, sebelum alkohol hasil proses distilasi
masuk ke dalam menara rekti"ikasi %r ectification tower) terlebih dahulu alkohol
melalui tangki yang berisi apur %Ca4/'.
5roses rekti"ikasi %rectification 00 ' bertujuan sama dengan proses
rekti"ikasi, yang membedakan hanya penggunaan benzene sebagai katalis pengikat
alkohol. !ula(mula #lkohol hasil dari 5roses )ekti"ikasi yang telah diembunkan
dengan kondensor 8ialirkan ke menara tingkat % tower stage 1' se6ara bersamaan
dialirkan juga benzene ke dalam menara )ekti"ikasi ::.
#lkohol yang masih ber6ampur air kemudian di6ampur dengan benzene,
yang kemudian dipanaskan dengan tempertur yang bebeda, maka alkohol murni
dan benzene akan menguap terlebih dahulu, sedangkan air tertinggal di dasar
menara.
emudian 6ampuran alkohol dan benzene dialirkan ke menara tingkat +
%tower stage 2' yang dipanaskan dengan temperatur berbeda, maka benzene akan
menguap terlebih dahulu, sedangkan alkohol tertinggal di dasar menara menjadi
alkohol murni.
2.5 Si"te) Utilita" Pe)batan Biethanol
?ntuk menghasilkan produk ethanol yang sesuai dengan standar
maka, diperlukan sistem pendukung atau utilitas. sistem utilitas terdiri dari sistem
pengolahan air, sistem penghasil panas, sistem pendingin dan sistem pengolahan
limbah.
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
19/26
::(-
2.5.1 istem 5engolahan #ir %ater (ystem'
istem air untuk menyediakan air bersih dan pengolahan air limbah
yang berasal dari proses persiapan, destilasi dan rekti"ikasi, agar dapat digunakankembali. maka diperlukan sebuah "asilitas pengolahan air.
2.5.1.1 istem 5engolahan #ir Bersih %ater treatment (ystem'
istem pengolahan air mentah %water treatment system' ber"ungsi
untuk menyediakan air bersih dibeberapa "asilitas proses antara lain, proses
pen6u6ian %washing),cooling , hidrolisis, "ermentasi, distilasi dan rekti"ikasi.
5roses untuk mendapatkan air bersih sebagai berikutG #ir dipompa
dari sungai atau sumur ke kolam air %water pond) #ir dipompakan kembali
menuju saringan air %water filter ' untuk menghilangkan kotoran dan bakteri
kemudian ditampung sementara di tangki air %water tank ' sebelum didistribusikan
ke "asilitas yang membutuhkan.
2.5.1.2 istem 5engolahan #ir dari Limbah 8istilasi % $estillery ater '
(ystem'
#ir yang berasal dari proses distilasi dan mengandung beberapa unsur
yang dapat digunakan kembali yaitu, glukosa, alkohol, air lindi dan air. ?ntuk
memisahkan air dari semua unsur yang tergantung di dalam limbah destilasi,
mulai(mula air limbah destilasi ditampung di dalam tangki. kemudian
ditambahkan koloid untuk mengendapkan unsur selain air. air dipompa keluar
menuju kolam air %water pond ' hasil endapan koloid kemudian dikeluarkan
sebagian dipompa menuju tangki pembibitan % seeding tank ' dan sebagian lagi
dikeringkan menggunakan 6ahaya matahari untuk bahan pupuk organik.
$asil dari endapan koloid 6air dapat digunakan kembali untuk media
pembibitan, sementara endapan yang dikeringkan dapat diman"aatkan sebagai
pupuk.
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
20/26
::(9
2.5.1.3 ""luent >ater 2reatment
#ir yang berasal dari proses biologis dan "isika seperti dari proses
"ermentasi mengandung beberapa unsur yaitu karbohidrat, air dan beberapa unsur
lainnya. arbohidrat merupakan unsur yang berguna untuk proses pembibitan
% seeding process' untuk memisahkan air dengan karbohidrat dapat dilakukan
dengan 6ara diendapkan. water effluent ditampung di water effluent pond
dilakukan proses pengendapan dengan meman"aatkan beda berat jenis kedua zat
tersebut dan gra3itasi bumi. air yang memiliki berat jenis lebih rendah akan berada
diatas, sedangkan endapan water e""luent akan mengendap. #ir kemudian
dialirkan ke water pond , sementara endapan water effluent dialirkan ke istem
pengolahan air dari limbah distilasi %destillery water system'.
2.5.1.4 Non "luent >ater 2reatment
#ir yang berasal dari sisa proses non(kimia dan biologis umumnya
berupa kotoran, lumpur, dan kulit singkong. untuk membersihkan air dapat
menggunakan prinsip gra3itasi atau sama dengan proses water effluent treatment.
air bersih dipompakan kembali ke kolam air "water pond) sementara kulit, lumpur dan kotoran dikeringkan dan dijadikan pupuk organik.
2.5.1.5 istem #ir 5endingin %ater .ooling (ystem'
istem air pendingin ber"ungsi mendinginkan kembali air hasil
mendinginkan oil boiler dan mengembunkan alkohol pada kondensor. Cara kerja
nya dengan air yang mengalami kenaikan temperatur akibat mendinginkan oil
boiler atau mengembunkan alkohol dialirkan dalam suatu pipa berlubang. #ir
akan jatuh langsung dan mengalami proses pendinginan dengan udara sekitar. #ir
yang berjatuhan dari pipa ditampung ke dalam water pond dan dipompakan
kembali ke "asilitas proses dan "asilitas pendukung yang membutuhkan.
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
21/26
::(+0
2.5.2 istem 5endingin %.ooling (ystem '
istem pendingin %6ooling system' merupakan suatu sistem
pendinginan yang bertujuan menurunkan temperatur pada suatu zat, mesin dan,lingkungan. dengan 6ara perpindahan panas %heat transfer '.
2.5.3 istem 5enghasil 5anas % Heater (ystem'
elama pembuatan bioethanol temperatur memegang peran penting
dalam proses pembuatan. ?ntuk mendukung hal tersebut diperlukan sistem
penukar kalor %heat echanger ' ber"ungsi untuk menyediakan uap panas% steam)
untuk proses "ermentasi, distilasi dan rekti"ikasi. Boiler atau ketel uap adalah suatu
alat yang terbuat dari bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan steam.
(team diperoleh dari pemanasan air dengan bahan bakar kayu dan sisa bahan
produksi seperti kulit, batang sisa. dan lain(lain. steam dari boiler dalam keadaan
superheated, ber"ungsi antara lain G
1. ebagai media perpindahan panas "heat transfer) pada "ermentasi,
distilasi dan rekti"ikasi.
2. ebagai media pemanas, untuk memanaskan 6airan yang mudah beku
agar tetap 6air dan mudah untuk dipompa, misalnya menggunakan
heat oil untuk men6egah proses pengendapan pada proses "ermentasi.
3. ebagai media bantu untuk pemisahan ethanol dengan air melalui
proses distilasi, dengan prinsip perbedaan titik didih dan uap.
2.5.42angki 5embibitan %(eeding ank '
2angki pembibitan % seeding tank) disini ber"ungsi memperkembang(
biakan bakteri yang dibutuhkan dalam pembuatan bioethanol. 2ujuan dari
pembibitan ini yaitu menghemat pengeluaran yang diakibatkan harga bakteri
untuk proses pembuatan bioethanol sangat mahal. Cara kerja pada tangki
pembibitan tidak berbeda jauh dengan proses "ermentasi. Bahan berupa sisa dari
water e""luent yang telah diproses lebih lanjut dimasukan ke dalam tangki
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
22/26
::(+
pembibitan kemudian ditambahkan bakteri atau enzim yang dinginkan untuk
dikembang(biakan.
2.5.4.1 2angki 5embibitan ?ntuk 5roses akari"ikasi %(eed ank for '
(accharification !rocess'
2angki pembibitan untuk proses sakari"ikasi % seed tank for
saccharification process' ber"ungsi menyediakan bakteri dengan bahan baku
water effluent yang ditambahkan bakteri 3spergillus 4ri%ae sp untuk
menghasilkan enzim amylase untuk meme6ah karbohidrat menjadi glukosa pada
proses sakari"ikasi. e6ara umum perlakuan handling terhadap enzim tesebut
antara lain G
1 Bibit dari 3spergillus 4ri%ae sp harus disimpan pada temperature (
+0oC sebelum dikembangbiakan.
2 5erlakuan pada tangki perkembangbiakan sebelum terjadi reaksi
anaerob harus dengan 5h rata(rata 1 dan temperatur +0oC.
3 5erlakuan pada tangki perkembangbiakan selama terjadi reaksi
anaerob harus dengan 5$ rata(rata , M ,9 dan 2emperature
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
23/26
::(++
1 5erlakuan pada tangki perkembangbiakan sebelum terjadi reaksi
anaerob harus dengan 5h rata(rata 1 dan temperatur /*oC.
25erlakuan pada tangki perkembangbiakan selama terjadi reaksi
anaerob harus dengan 5$ rata(rata
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
24/26
::(+/
2.6 Anali"i" Si"te) O#era"i Prod!"i
#nalisis ini dimulai dari proses pembuatan 4peration !rocess .hart
dengan mempertimbangkan input yang diperlukan seperti penentuan kapasitas
mesin teoritis %unit=jam', waktu proses, A s6rap, e"isiensi mesin %dalam A',
reliabilitas mesin %dalam A', dan jumlah produk yang diharapkan untuk setiap
jenis operasi. Jumlah produk yang harus disiapkan %' akan menjadi input bagi
urutan operasi sebelumnya sebagai jumlah produk yang diharapkan %O'. Jumlah
yang harus disiapkan merupakan hasil perhitungan G
Q = QP− s
dimana G
G jumlah unit produk yang harus disiapkan,%unit=jam atau
unit=shi"t'
O G jumlah unit yang diharapkan
s G s6rap %sisa yang dibuang'
sedangkan untuk menghitung jumlah mesin teoritis pada tiap operasi adalah
# =
Q . a = . t . E . /. a . E . /
%+'
8imana G
; G jumlah mesin teoritis, %unit'
G e"isiensi mesin
) G "aktor reliabilitas mesin
Ct G kapasitas mesin teoritus
Ca G kapasitas mesin aktual
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
25/26
::(+<
2.7 S#e"i5i!a"i E>i#)ent
?ntuk melengkapi spesi"ikasi peran6angan maka harus dilengakapi
dengan beberapa analisa diantaranya
1. !enghitung daya motor
# $
8imana G
5@ 8aya !otor %>att'
2 @ 2orsi !esin %N.m'
23 @ e6epatan sudut%rad=s'
2. !enghitung kebutuhan kalor# $ $ %
8imana G
@ Jumlah kalor yang
dibutuhkan %J'
m @ Berat bahan yang
diproses %kg'
6 @ alor Jenis benda %J=kg.oC'
Q2 @ Beda temperatur %oC'
/. !enghitung daya pemanas
#
8imana G
16 @ 8aya pemanas %>att'
17 @
Jumlah
kalor
yang
dibutuhka
n %J' t @
Lama
proses
%detik'%
-
8/16/2019 BAB II Perancangan Sistem Pembuatan Bioe
26/26
::(+
2.8 S#e"i5i!a"i Plot Plant
pesi"ikasi digunakan dalam terminologi industri. ang berarti
keterbatasan komponen yang harus diran6ang dan dibuat. hampir semua
komponen yang akan dibeli, dibangun, atau diran6ang diatur oleh spesi"ikasi atau
standard.
pesi"ikasi mendorong keanekaragamanan dan meningkatkan kualitas
industri. ?ntuk peran6angan tata letak pabrik. pesi"ikasi adalah alat penting dari
ketidaktahuan atau kegagalan dalam memunuhi pedoman yang ditetapkan dalam
proses peran6angan. 5enentuan spesi"ikasi peran6angan industri dapat
mempengaruhi harga e-uipment dan bisa mempengaruhi kualitas desain.
pesi"ikasi menetapkan persyaratan untuk mengaturG eRuipment plant,
besar operasi, peren6anaan pemeliharaan, dan keamanan operator dalam tata letak
pabrik pengolahan dan detail persyaratan untuk memenuhi standar dan peraturan
nasional.