Proses Industri Kimia Industri Ethanol

OLEH : Irawan Setiadi Teknik kimia - UNILAPage 1

EtanolEtanol (C2H5OH) dikenal dengan nama garam alkohol atau alkohol, ethyl alcohol atau methyl carbitnol. Merupakan produk hasil fermentasi dari substrat yang mengandung karbohidrat. Etanol merupakan cairan tidak berwarna dan memiliki bau khas. Selain itu etanol adalah zat yang biodegradable, memiliki kadar racun yang rendah dan sangat sedikit menimbulkan polusi bagi lingkungan apabila tertumpah.

Page 2

EtanolTabel 1. Sifat Fisik dan Kimia EtanolNo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Sifat Fisik & Kimia Nama IUPAC Rumus Molekul Berat Molekul Synonims Wujud Kemurnian Melting Point Boiling Point Flash Point SP. Grav. Nilai Kalor Kelarutan Ethanol C2H5OH 46,07 g/mol Alcohol, Ethyl Alcohol, Methyl Carbitnol Cairan bening tidak berwarna 95% - 99% -114oC 78,3oC 14oC 0,7864 (pada 20oC) 7080 Kcal/kg Larutan sempurna Page 3 Keterangan

Sumber: MEL, 2008

EtanolEtanol (C2H5OH) adalah senyawa kimia yang dihasilkan dari proses fermentasi dari bahan baku glukosa dan pati dengan mikroorganisme khamir atau yeast. Glukosa dapat dihasilkan dari tanaman yg mengandung gula dan pati. Gula dihasilkan dari tanaman yg mengandung gula seperti tebu dan aren, sedangkan pati dihasilkan dari tanaman seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu. Tanaman penghasil gula dan pati merupakan tanaman penghasil pangan yg biasa ditanam rakyat hampir diseluruh Indonesia, sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yg potensial sebagai sumber bahan baku pembuatan bioethanol. Bioetanol memiliki fungsi yang bermacam-macam, baik dalam industri makanan, obat-obatan maupun industri kimia.

Page 4

EtanolTabel 2. Kegunaan Ethanol dalam IndustriNo 1 2 3 4 5 6 7 8 Pharmatical Makanan Cosmetic Detergent Tinta Chemical Intermediate Bahan bakar Industri Painting/Coating Kegunaan Solvent Pewarna Solvent pengharum, solven obat, antibiotik Bahan baku asam cuka Blending Solvent Blending Solvent Solvent pewarna Ethyl Acrylate, Ethyl Acetate, Ethylamines, Ethoxypropanol. Additive bensin

Sumber: MEL, 2008

Page 5

EtanolJika dibakar Etanol (C2H5OH) menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Dengan mencampurkan etanol dan bensin, maka dapat dihasilkan bahan bakar campuran yang dapat terbakar dengan sempurna serta dapat mengurangi emisi pencemaran udara pembakaran. Bahan bakar campuran ini telah banyak digunakan secara luas di Amerika Serikat. Etanol merupakan salah satu produk industri hilir. Produksi etanol cendrung meningkat dalam 10 tahun terakhir ini. Etanol digunakan sebagai pelarut dan zat antara di industri farmasi dan kimia. Etanol dapat diproduksi dengan dua cara: (1) Sintesis dan (2) Fermentasi.

Page 6

EtanolProduksi etanol secara sintesis merupakan proses esterifikasi-hidrolisis etilen (CH2CH2) menggunakan asam sulfat, dengan persamaan reaksi sebagai berikut:3CH2CH2 + 2H2SO4 CH3CH2OSO3H + H2O CH3CH2OSO3H + (CH2CH2)2SO4 CH3CH2OH + H2SO4

Ada 2 proses utama untuk mensintesis etilen menjadi etanol yakni hidrasi tidak langsung dan hidrasi langsung. Pada tahun 1930, Union Carbide Corporation mengembangkan proses hidrasi tidak langsung, dimana ada berbagai nama sebutan seperti proses asam sulfat pekat etilen, etil sulfat, esterifikasi hidrolisis, atau sulfitasi hidrolisis.

Page 7

EtanolAda 3 tahapan untuk proses esterifikasi hidrolisis untuk menghasilkan etanol, yaitu: A. Absorpsi etilen dalam konsentrasi asam sulfat membentuk monoetil sulfat dan dietil sulfat.CH2 = CH2 + H2SO4 2CH 2 = CH2 + H2SO4 CH3CH2OSO3H (CH3CH2O)2SO2

B. Hidrolisis etil sulfat membentuk etanol. CH3CH2OSO3H + H2O (CH3CH2O)2SO2 + 2 H2O (CH3CH2O)2SO2 + CH3CH2OH CH3CH2OH + H2SO4 2 CH3CH2OH + H2SO4 CH3CH2OSO3H + (CH3CH2)2O

Page 8

EtanolC. Rekonsentrasi Asam Sulfat Encer

Dietil eter merupakan hasil samping dari reaksi etanol dan dietil sulfat. Proses rekonsentrasi asam sulfat encer merupakan salah satu masalah dari proses ini, karena memerlukan biaya operasi yang besar. Pada proses hidrasi langsung yang pertama kali dilakukan orang, yaitu etilen menjadi etanol melalui fasa cair yang dikatalisis oleh asam sulfat encer. Ada dua proses utama pada hidrasi langsung etilen menjadi etanol, yaitu proses fasa uap dan fasa campuran. Pada fasa uap terjadi pengontakan katalis padat atau cair dengan reaktan berupa gas. Sedangkan pada fasa campuran terjadi pengontakan katalis padat atau cair dengan reaktan berupa cairan dan gas.Page 9

EtanolTabel 3. Pembuatan Etanol secara Sintesis dan FermentasiNo1 2

ParameterBahan Baku Proses

SintesisProduk minyak bumi berupa etilen Hidrasi langsung dan hidrasi tak langsung (menggunakan katalis)

FermentasiBiomassa berupa gula, pati dan selulosa. Fermentasi langsung, sakarifikasifermentasi-simultan, Hidrolisafermentasi (keduanya menggunakan mikroorganisme berupa yeast dan bakteri

3

Kondisi Operasi

Suhu tinggi (250-300oC), Suhu sedang (3050oC) memerlukan material khusus untuk reaktor Besar Kecil, karena mendapatkan suplai energi dari sisa bahan baku yg tidak digunakan

4

Kebutuhan Energi

Page 10

EtanolFermentasi Etanol Fermentasi merupakan suatu proses perubahan substrat menjadi produk tertentu dengan bantuan aktivitas mikroorganisme sebagai biokatalis. Fermentasi etanol adalah proses pemecahan asam piruvat menjadi etanol. Etanol hasil proses fermentasi adalah merupakan produk metabolisme sel khamir. Proses fermentasi yang menghasilkan etanol pada umumnya dilakukan pada kondisi anaerob. Etanol yg dihasilkan pada proses fermentasi anaerob jauh lebih banyak daripada etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi aerob. Secara stoikiometri,glukosa diubah menjadi etanol melalui reaksi: CH O 2C H OH + 2CO6 12 6 2 5 2

Glukosa yang diubah menjadi etanol berasal dari substrat yang digunakan sebagai bahan baku fermentasi. Substrat tersebut harus mengandung karbohidrat.Page 11

Aplikasi di Dunia IndustriFermentasi Etanol Pabrik Medco Etanol Lampung Deskripsi Proses Secara garis besar, keseluruhan proses yang terdapat di pabrik Medco Etanol Lampung terbagi menjadi 4 bagian utama, yaitu: 1.Unit Utilitas 2.Unit Pretreatment 3.Unit Proses 4.Unit Pengolahan Produk

Page 12

Aplikasi di Dunia Industri1. Unit Utilitas Unit utilitas merupakan unit yang mengelola dan menyediakan sarana untuk menunjang unit-unit lain, sehingga proses dapat berjalan dengan baik. 1. Unit utilitas ini terdiri dari: 2. Unit water intake 3. Unit Pengolahan Air 4. Unit Pembangkit Steam 5. Unit Pembangkit Listrik 6. Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling water) 7. Unit Pengolahan Limbah Padat dan Cair (Waste Management)Page 13

Aplikasi di Dunia Industri2. Unit Pretreatment Unit pretreatment merupakan unit mengolah bahan baku, yaitu ubi menjadi bubur (cassava slurry) diolah di proses. Unit pretreatment 1. Penimbangan Singkong 2. Penghilangan Tanah/kulit ari 3. Pencucian 4. Pencacahan 5. Pemarutan yang berfungsi untuk kayu segar (cassava) sebelum bahan baku terdiri dari:

Page 14

Aplikasi di Dunia Industri3. Unit Proses Unit ini berfungsi untuk menghasilkan etanol dengan cara memecah pati menjadi dekstrin dengan menggunakan enzime -amilase, lalu dekstrin dipecah menjadi glukosa dengan menggunakan enzim glukoamilase dan glukosa difermentasi menjadi etanol dengan menggunakan yeast. Kemudian etanol dimurnikan dengan menggunakan distilasi agar didapatkan etanol dengan kemurnian 96%. Dalam unit ini terdapat 3 unit utama, yaitu: 1. Liquefaksi 2. Fermentasi 3. DistilasiPage 15

Aplikasi di Dunia Industri4. Unit Pengelolaan Produk Unit ini berfungsi untuk mendistribusikan etanol. Pada proses pendistribusiannya, digunakan 2 tahap, yaitu: 1. Menggunakan road tanker sebagai transportasi ke pelabuhan 2. Memindahkan etanol dari road tanker ke ship tanker. Tiap road tanker memiliki kapasitas 20 KL dan ship tanker rata-rata memiliki kapasitas 2000 3000 KL.

Page 16

BAHAN BAKUPabrik etanol PT. MEL dalam proses pembuatan bioetanol menggunakan singkong dengan kadar pati rata-rata 25% yang difermentasi hingga menghasilkan etanol dengan konsentrasi 97%. Kadar pati dalam singkong tergantung pada jenis singkong, umur singkong, dan iklim/ musim.

Bahan Baku UtamaPada proses pembuatan bioetanol, MEL menggunakan 80% singkong jenis Kasesa dan Thailand. Kasesa Singkong jenis Kasesa adalah jenis singkong tahunan yang berumur lebih panjang (12 bulan), tahan hujan dan penyakit, serta mempunyai kadar pati yang lebih bagus. Thailand Singkong jenis Thailand berumur lebih pendek (6-8 bulan), tidak tahan hujan, dan kadar patinya lebih rendah. Page 17

BAHAN BAKUBahan Baku Penunjang1. Saccharomyces cerevisiae

1. Enzim -amilase 2. Enzim Glukoamilase 3. NH4OH 4. H2SO4 atau HNO3 5. Antifoam

Page 18

Keterangan :Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae merupakan salah satu spesies khamir yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi. Produk metabolik utamanya adalah etanol, CO2 dan air sedangkan beberapa produk lain dihasilkan dalam jumlah sangat sedikit. Khamir ini bersifat fakultatif anaerobik. Saccharomyces cerevisiae memerlukan suhu 30oC dan pH 4,0-4,6 agar dapat tumbuh dengan baik.

Page 19

Keterangan :Enzim -amilase Enzime -amilase diproduksi oleh mikroorganisme, seperti Bachillus lichenformis, Bacillus subtilis, dan tersedia dalam beberapa konsentrasi yang berbeda. Enzim ini digunakan pada proses Likuifaksi untuk memutus gula yang berantai panjang (starch) menjadi gula yang berantai lebih pendek (dekstrin). Untuk menstabilkan enzim ini dapat digunakan ion Ca yang ditambahkan dalam bentuk CaCl.Page 20

Enzim Glukoamilase Glukoamilase dihasilkan dari Aspergilus niger. Enzim ini akan memotong ikatan alfa-1,4 pada molekul pati pada proses sakarifikasi sehingga dihasilkan glukosa. NH4OH NH4OH akan ditambahkan pada cassava slurry dalam tangki penampungan sementara sebelum masuk fermentor jika pHnya kurang dari 5,5. NH4OH yang digunakan selain dapat mengontrol pH agar tidak terlalu rendah juga dapat menjadi nutrisi bagi yeast berupa nitrogen.Page 21

H2SO4 atau HNO3 H2SO4 akan ditambahkan pada cassava slurry dalam tangki penampungan sementara sebelum masuk fermentor jika pHnya lebih dari 6,6. Antifoam Antifoam digunakan untuk menghilangkan busa (foam) di unit fermentasi yang timbul akibat adanya reaksi perubahan glukosa menjadi etanol oleh enzime saccharomyces cerevisiae. Karena dengan adanya busa (foam) yang timbul pada saat reaksi akan mengakibatkan reaksi tidak berjalan dengan sempurna.Page 22

Gambar Blok Diagram Unit PretreatmentProcess water Unloade r Hopper ConveyorRoot Peeler

Washer

Conveyor A

Hopper

Weighing Pretreatme nt Process water Rasper Slurry tank

Conveyor B

Choper

Metric Screw

Tangki T-105

Starch Mill

Liquefaction process Page 23

Blok Diagram Proses Likuifaksi & Sakarifikasi FermentasiCooling water

Slurry dari pretreatment

H-211 A/B

H-212 A/B

H-213

T-216 dibuan g

T-211

T-212

T-213

T214 A/B /C

T21 5

T-334

T33 5 A/B

R-311 R-316

Page 24

Blok Diagram Proses Likuifaksi & Sakarifikasi Fermentasi

Page 25

LimbahSetiap proses pengolahan bahan baku menjadi produk akan diikuti dengan terbentuknya produk yang tidak bernilai jual atau limbah. Selain tidak berguna limbah juga dapat mencemari lingkungan sekitar pabrik. Namun di MEL limbah yang dihasilkan dari proses produksi etanol dapat dimanfaatkan kembali. Limbah yang dihasilkan MEL beserta kegunaannya dapat dilihat pada tabel di bawah ini:Page 26

Tabel Limbah dan KegunaannyaLimbahWet cake Thin slop

Kapasitas150 ton/ hari 60 ton/hari

KegunaanDijual ke PT. NEA untuk dijadikan bahan glukosa Sebagian digunakan untuk pengencer pada proses fermentasi jika viskositas terlalu tinggi dan sebagian lagi dikirim ke methane reactor untuk diolah menjadi biogas. Dapat dijadikan pupuk organik. Dapat dijadikan bahan industri lainnya seperti urea dan minuman berkarbonasi, namun untuk saat ini belum diterapkan. Dijadikan bahan bakar untuk mencukupi kebutuhan energi di MEL, namun masih dalam tahap persiapan. Page 27

Cassava skin & menir CO2

1300 m3/ hari 160 ton/ hari

Biogas

27,450 Nm3/ hari