MAKALAH PEMBUATAN ALKOHOL
Oleh : KELOMPOK IV Mohd. Afiff Supit
21030115140177
Muhamad Iqbal Amali
21030115130210
Monica Evanty Pratiwi
21030115140178
Iva Nur Ilma
21030115120056
Rafieta Hyda Maharani
21030115130206
Shidibha Ryanvalan
21030115120089
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2016
KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kekuatan iman dan kemudahan dalam segala urusan sehingga dapat terselesaikannya tugas ini. Penyusunan makalah dengan judul “Alkohol” ini dimaksudkan guna menyelesaikan tugas mata kuliah proses industri kimia. Makalah ini memberi gambaran utuh tentang perancangan pabrik alkohol. Beberapa aspek mendasar yang perlu diketahui oleh para produsen alkohol, pemerintah, dan ilmuwan tersaji dalam makalah ini. Makalah ini disusun tidak lepas dari bantuan, bimbingan, dan petunjuk pembimbing serta berbagai pihak yang dengan penuh kesabaran, keikhlasan, dan kebijaksanaan sehingga dapat terselesaikan penyusunan tugas ini. Maka pada kesempatan ini ucapan terima kasih disampaikan kepada : 1. Kepada kedua orang tua kami yang telah memberikan doa, arahan, serta motivasi sampai penyelesaian karya tulis ini. 2.
Ir. Slamet Priyanto, M.S., selaku Dosen Mata kuliah Proses Industri Kimia.
3. Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Tak ada gading yang tak retak, demikian juga dengan makalah ini tentunya masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu segala saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini bermanfaat bagi para produsen alkohol, pemerintah dan ilmuwan serta tugas ini menjadi awal kesuksesan penyusun dalam tahap selanjutnya.
Semarang, 25 September 2016
Penyusun 2
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .................................................................................2 BAB I PENDAHULUAN ............................................................................4 A.Latar Belakang.............................................................................6 B.Rumusan Masalah .......................................................................6 C.Tujuan ..........................................................................................6 D.Manfaat ......................................................................................7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................8 A.PENGERTIAN...........................................................................8 B.Rumus Molekul dan RumusBangun...........................................8 C.Sifat Fisika dan Sifat Kimia ......................................................11 D.Reaksi Pembentukan dan Kondisi Operasi ...............................13 E.Manfaat.......................................................................................16 BAB III PERANCANGAN PROSES .......................................................19 A.Diagram Alir Proses yang Dipilih..............................................19 B.Tahap yang Digunakan ..............................................................21 C.Tinjauan Termodinamika ..........................................................25 D.Tinjauan Kinetika ......................................................................26 BAB V PENUTUP.....................................................................................29 A.Kesimpulan ................................................................................29 B.Saran ..........................................................................................29 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................30
3
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Sejarah Alkohol telah digunakan oleh orang di seluruh dunia, dalam makanan standar,untuk higienis / alasan medis, untuk relaksan dan efek euforia,untuk tujuan rekreasi, untuk inspirasi artistik,sebagaiaphrodisiacs,dan untuk alasan lain. Beberapa minuman
telah
diinvestasikan
dengan
makna
simbolis
atau
agama
mistis
menyarankanpenggunaan alkohol, misalnya denganagama Yunani-Romawidiekstatisritual Dionysus(juga disebut Bacchus), dewa anggur dan pesta pora; dalamKristenEkaristi, dan padaYahudi Sabat dan festival (terutamaPaskah). 1.1.2 Fermentasi Minuman. Analisis kimia jejak diserap dan disimpan dalam kendi tembikar dari Neolitikum desa Jiahu,di provinsi Henan, utara Cina,telah mengungkapkan bahwa minuman fermentasi campuran beras, madu, dan buah-buahan sedangdiproduksi sejak 9.000 tahun yang lalu. Ini adalah kira-kira saat yang sama birgandum dan anggur anggur mulai dibuat di Timur Tengah. Resep telah ditemukan di lapangan tanah liat tablet dan seni diMesopotamiayang menunjukkan individu menggunakan sedotan untuk minumbirdari tong-tong besar dan pot. dermawan baik menggambarkan penggunaanminuman beralkohol dan konsekuensi dari penyakit mabuk dan beralkohol.Sebagian besar masyarakat diIndiadan Cina, telah melanjutkan, seluruh,memfermentasi sebagian hasil panen mereka dan memelihara diri dengan produk alkohol. Namun demikian, penganut taatagama Buddha,yang muncul di Indiapada abad 5 dan 6 SM dan menyebar di selatan dan timur Asia, berpantang sampaihari ini, seperti saleh Hindu. Di Mesopotamia dan Mesir, tempat kelahiran bir dan anggur,Islam adalah agama yang dominan sekarang, dan jugamelarang minum dan bahkan penanganan minuman beralkohol.Anggur yang dikonsumsi diYunani klasik pada saat sarapan atau disimposium,dan pada abad ke-1 SM itu adalah bagian dari makanan yang paling Romawi warga. Namun, baik orang Yunani dan Romawi umumnya dikonsumsi diencerkan anggur (dengan kekuatan bervariasi dari 1 bagian anggur dan 1 bagianair untuk 1 bagian anggur dan 4 bagian air). Di Eropa pada Abad Pertengahan,bir yang dikonsumsi oleh seluruh keluarga, berkat proses fermentasi triple-orang-orang yang paling kuat, lalu perempuan, kemudian anak-anak. Sebuah dokumen menyebutkan zaman biarawati memiliki uang saku enam pint bir sehari.Ciderdananggur pomace juga tersedia 4
secara luas, sementara anggur anggur adalah hak prerogatif dari kelas yang lebih tinggi. Pada saat orang-orang Eropa tiba di Amerika pada abad ke-15, beberapaasliperadaban telah mengembangkan minuman beralkohol. Menurut pasca-PenaklukanAztek dokumen, konsumsi lokal "anggur" (pulque) pada umumnya terbatas pada upacara-upacara keagamaan, tetapi bebas diperbolehkan untuk yangdi atas 70 tahun. Penduduk asliAmerika Selatandibuat bir-seperti produk dariubi kayuatau jagung (cauim,Chicha), yang harus dikunyah sebelum fermentasi dalam rangka untuk mengubahpatimenjadi gula. Teknik mengunyah ini juga digunakan dalam kuno Jepang untuk membuat sake dari beras dan tepung lainnya tanaman.Penggunaan obat alkohol disebutkan dalam teks-teks Sumeria dan Mesirtanggal dari 2100 SM atau lebih awal. 1.1.3. Suling Minuman. Penyulingan alkohol dapat ditelusuri kembali ke Cina,Asia Tengah dan Timur Tengah.Secara khusus, kimiawan Muslim adalah yang pertama untuk
menghasilkan
alkohol sulingan sepenuhnya dimurnikan. ini kemudian menyebar ke Eropa pada pertengahan abad ke-12, dan pada awal abad ke-14 itu telah menyebar di seluruh benua. Hal ini juga menyebar ke timur, terutama disebabkan oleh Mongol,dan mulai di Cina tidak lebih dari abad ke-14.Para celsus alkohol memberikan nama modern, mengambil dari kata Arab yang berarti "halus dibagi",sebuah referensi untuk penyulingan. 1.1.4 Minuman Berakohol dalam Sejarah Amerika. Pada awal abad ke-19, Amerika telah mewarisi tradisi minum yanghangat. Banyak jenis minuman beralkohol yang dikonsumsi. Salah satu alasanberat ini minum adalah suatu hal meluap-luap dari jagung pada sebelah barat perbatasan.Hal meluap-luap ini mendorong produksi luas wiski murah. Pada saat itulah minuman beralkohol menjadi bagian penting dari diet Amerika. Pada pertengahan 1820-an, Amerika minum alkohol tujuh galon per kapita per tahun.Selama abad ke-19, Amerika minum alkohol yang berlimpah dan meminumnya dalam dua cara yang berbeda. Satu cara adalah untuk minum sehari-hari jumlah kecil dan secara teratur, biasanya di rumah atau sendirian. Cara lain terdiri dari binges komunal.Kelompok-kelompok orang-orang akan berkumpul di tempat umum untuk pemilihan, sidang pengadilan, milisi musters, perayaan hari libur, atau tetangga perayaan. Peserta biasanya akan minum hingga mereka menjadi mabuk. (Indera, Arbhy 2011)
5
1.2 Permasalahan Kebutuhan manusia akan tersedianya bahan bakar minyak semakin meningkat, namun cadangan minyak untuk saat ini tidak mampu menutupi kebutuhan masyarakat sepenuhnya. Oleh karena itu perlu adanya pengembangan sumber energi lain sebagai alternatif yang murah dan dapat diperbaharui guna mengurangi ketergantungan BBM. Salah
satu
energi alternatif untuk menunjang kebutuhan akan energi yaitu dengan
mengkonversi biomasa menjadi bioetanol. Potensi jagung Indonesia sangat besar dan memiliki multimanfaat. Selama ini jagung banyak dimanfaatkan untuk pakan ternak. Konversi jagung menjadi etanol melibatkan beberapa tahap meliputi tahap perlakuan awal (pretreatment) dan proses persiapan inokulum untuk proses fermentasi guna menghasilkan etanol. Proses hidrolisis dapat dilakukan menggunakan asam pekat, asam encer, konversi dengan enzim atau kombinasi antara asam encer dan enzim. Saat ini, penelitian tentang pengembangan proses produksi etanol dari jagung dalam skala industri tumbuh pesat. Kebutuhan etanol dibandingkan dengan produksi yang sudah ada tentunya tidak bisa memenuhi. Maka pembangunan pabrik etanol akan bernilai ekonomi tinggi. Sejalan dengan rencana pembangunan pabrik bioetanol ini, perlu
diketahui
bagaimana
karakteristik dari etanol. Etanol yang termasuk gugus alkohol ini memiliki rumus bangun dan rumus molekul. Selain itu, perlu diketahui juga sifat fisika dan sifat kimia dari alkohol, sehingga dapat mengetahui bagaimana kondisi operasi optimal pembuatan etanol dengan konversi maksimalnya. Lalu ada pula cara-cara untuk mendapatkan alkohol itu sendiri. Selain mengetahui apa saja karakteristik dari etanol, dapat pula diketahui apa saja manfaat lain dari etanol yang berdayaguna untuk masyarakat Indonesia. 1.3 Tujuan 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Untuk mengetahui reaksi dan mekanisme reaksi pembuatan alkohol. Untuk mengetahui bahan baku dan bahan pembantu alkohol. .Untuk mengetahui diagram alir dan proses pembuatan pabrik alkohol. Untuk mengetahui kondisi operasi optimal pembuatan alkohol. Untuk mengetahui karakterisasi alkohol. Untuk mengetahui konversi maksimum dan kondisi operasi optimal
1.4 Manfaat 1. Mahasiswa dapat mengetahui reaksi dan mekanisme reaksi pembuatan alkohol 2. Mahasiswa mampu mengetahui bahan baku dan bahan pembantu alkohol.
6
3. Mahasiswa mampu mengetahui diagram alir dan proses pembuatan pabrik alkohol. 4. Mahasiswa mampu merancang pabrik alkohol sesuai kondisi operasi optimal pembuatan alkohol dan konversi maksimalnya 5. Mahasiswa mampu mengetahui karakterisasi alkohol. 6. Untuk mengetahui konversi maksimum dan kondisi operasi optimal
BAB II 7
LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Alkohol Alkohol disebut juga etanol, alkanol. Alkanol adalah senyawa turunan alkana yang mengandung gugus fungsi hidroksil (-OH) pada rantai atom karbon. Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomerkonstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5). (Hasanudin, 2015) 2.2 Rumus Molekul dan Rumus Bangun Dalam bidang kimia, alkohol adalah istilah
yang umum untuk senyawa
organik apapun yang memiliki gugus hidroksil(-OH) yang terikat pada atom karbon, yang ia sendiri terikat pada atom hidrogen dan atau atom karbon lainnya. Gugus fungsional alkohol adalah hidroksil yang terikat pada 3
karbon hibridisasi sp . Ada tiga jenis utama alkohol–‘primer’, ‘skunder’, dan tersier’. Etanol dan metanol adalah alkohol primer. Alkohol skunder yang paling sederhana adalah propan-2-ol, dan alkohol tersier sederhana adalah 2- metilpropan-2-ol. Rumus kimia umum alkohol adalah Cn H2n+1OH
(Anonim, 2015)
Alkohol dapat dibagi berdasarkan dimana gugus –OH terikat pada atom karbon, yaitu (Anonim, 2011): 1.
Alkohol primer
Alkohol primer (1°) adalah suatu alkohol dengan gugus hidroksil (–OH) terikat pada atom karbon primer. Atom karbon primer adalah atom karbon yang mengikat satu atom karbon lain. Alkohol primer mempunyai rumus umum RCH2OH dimana R, R', dan R" melambangkan gugus alkil.
Gambar 2. Rumus Struktur Alkohol Primer (Anonim, 2015) 2.
Alkohol Sekunder
Alkohol sekunder (2°) adalah alkohol dengan gugus hidroksil (–OH) 8
terikat pada atom karbon sekunder. Atom karbon sekunder adalah atom
9
karbon yang mengikat dua atom karbon lain. Alkohol sekunder rumus umumnya RR'CHOH dimana R, R', dan R"melambangkan gugus alkil.
Gambar 3. Rumus Struktur Alkohol Sekunder (Anonim, 2015)
3.
Alkohol tersier
Alkohol tersier (3°) adalah alkohol dengan gugus hidroksil (–OH) terikat pada atom karbon tersier. Atom karbon tersier adalah atom karbon yang mengikat tiga atom karbon lain. Alkohol tersier rumus umumnya RR'R"COH dimana R, R', dan R" melambangkan gugus alkil.
Gambar 4. Rumus Struktur Alkohol Tersier Berikut merupakan struktur bangun dari alkohol.
(Anonim, 2015) Gambar 5. Gugus fungsi
Gambar 6. Model bola dan stik
(OH) dalam sebuah molekul
gugus fungsi hidroksil pada sebuah molekul alkohol
10
2.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia 1.
Sifat Fisika Tabel 4. Sifat Fisika pada Ethanol
Sifat Fisika 1. Berat Molekul: 46.07 gr/mol
2. Warna: tidak berwarna 3. Physical State: Liquid 4. Physical Form: Volatile Liquid 5. Bau: Enak 6. Titik Didih: 78.4°C 7. Titik Lebur: -112°C
8. Tekanan Uap: 40 mmHg pada suhu 19°C 9. Spesific 0.78920
Grafity:
Cara Ukur Dengan menghitung massa jenis, kemudian didapat massa lalu dimasukan ke dalam persamaan mol, hingga ketemu jumlah Berat 1 Molekul. Cara mengukur dengan 2 Destilasi Proses konduksi dari logam untuk penghantaran panas. Pada alat ini terdapat dua lubang di bagian atas yang digunakan untuk menaruh pipa kapiler dan termometer, sementara dua lubang disamping digunakan untuk mengamati keadaan padatan yang akan berubah menjadi 3 cairan. Dengan tekanan uap murni dikalikan dengan fraksi mol.
Alat Ukur Neraca
Indera Penglihatan Indera Penglihatan Indera Penglihatan Indera Penciuman Alat Destilasi Melting Block
Manometer Merkurium
4
Dengan alkoholmeter 5 larutan.
mencelupkan ke dalam
Alkoholmeter/ meterlak
4
11
(Anonim,2001) 2.
Sifat Kimia a. Kelarutan dalam Air
: larut
b. Volatilitas
: 100%
c. Larut dalam
: benzena, ether, aseton, kloroform, metanol, dan solven organik
Sumber : Perry, 1997 2.4 Bahan Baku Alkohol Dan Bahan Pembantu Alkohol Bahan Baku Alkohol BAHAN BAKU 1. Substansi Sakharin Pada umumnya sebagai media untuk produksi alkohol secara komersial pada industri fermentasi alkohol. Di Indonesia dipakai tetes (molase) yang bisadidapatkan setelah sakharosanya dikristalisasi dan disentrifuse dari sisi gula tebu. Proses penguapan dan pengkristslsn ini biasanya dilakukan tiga kali sampai tetestidak lagi ekonomis untuk diperoleh. Sisa tetes/cairan ini disebut sebagai “black strap mollase” yang merupakan campuran kompleks yang mengandung sakharosa, gula invert, garamgaram dan bahan-bahan non gula. Disamping sakharosa, glukosa dan fruktosa yang dapat difermentasi, molase juga mengandung substansi-substansi pereduksi yang tidak dapat di fermentasi. Bahan-bahan ini antara lain karamel yag terjadi karena pemanasan gula, melanoidin yang mengandung nitrogen dan terdapat pula hidroksi metil furfural, asam formiat dan lain-lain. Bahan yang tidak dapat difermentasi ini bisa mencapai 17% dalam black strap mollase, dan sebesar 5% dalam high test mollase. Tetes (molase) bersifat asam, mempunyai pH 5,5-6,5 yang disebabkan oleh adanya asam-asam organik yang bebas. Kualitas molase yang dihasilkan dari suatu industri gula dipengaruhi oleh cara pembersihan niranya. Bila kurang sempurna, maka kotoran banyak terdapat dalam molase. Warna molase pada umumnya berwarna coklat kemerahan. Hal ini disebabkan antara lain pigmen melanoidin, dekorasi thermal dan kimiawi dari komponen-komponen selain gula.(Irma,2013) 2. Mikroba Frementasi 12
Dalam proses fermentasi alkohol digunakan ragi. Ragi ini dapat merubah glukosa menjadi alkohol dan gas CO2. Ragi merupakan mikroorganisme bersel satu, tidak berklorofil dan termasuk golongan Eumycetes. Dari golongan ini dikenal beberapa jenis, antara lain Saccharomyces anamensis, Schizosacharomyces pompe dan Saccharomyces cerevisiae. Masing-masing mempunyai kemampuan memproduksi alkohol yang berbeda. Syarat-syarat yang diperlukan dalam memilih ragi untuk fermentasi adalah :
Cepat berkembang biak Tahap terhadap alkohol tinggi Tahan terhadap suhu tinggi Mempunyai sifat yang stabil Cepat mengadakan adaptasi terhadap media yang difermentasi Untuk memperoleh jenis ragi yang mempunyai sifat-sifat seperti diatas, harus dilakukan percobaan-percobaan dalam laboratorium dengan teliti. Pada umumnya ragi yang dipakai untuk membuat alkohol adalah jenis Saccharomyces cerevisiae, yang mempunyai pertumbuhan sempurna pada suhu ± 30oC dan pH 4,8. Ragi menurut kegiatan selama fermentasi terbagi atas dua bagian, yaitu : Top Yeast (Ragi Atas) Ragi yang aktif pada permukaan atas media, yang menghasilkan etanol dan CO 2 dengan segera. Jenis ini biasanya dijumpai pada industri alkohol dan anggur. Bottom Yeast (Ragi Bawah) Ragi yang aktif pada bagian bawah. Biasanya industri penghasil bir yang menggunakan ragi bawah ini yang menghasilkan etanol sedikit dan membutuhkan waktu yang lama untuk kesempurnaan fermentasi. Dalam kondisi yang normal, ragi atas cenderung untuk berflokulasi dan memisahkan diri dari larutan, ketika fermentasi berjalan sudah sempurna. Strain ragi yang bervariasi itu berbeda dalam kemampuan berflokulasi. (Irma,2013)
2.5 Macam-macam Cara Pembuatan Alkohol 1. Mereaksikan Alkil Halida (Haloalkana) dengan Basa Reaksi antara alkil halida dengan basa akan menghasilkan alkohol dan garam. RX + KOH → ROH + KX Cara ini digunakan secara khusus untuk membuat amil alkohol dalam skala besar, yaitu 13
dengan mereaksikan kloropentana dan KOH. Dari hasil eksperimen dapat disimpulkan bahwa alkil iodida lebih cepat reaksinya daripada alkil bromida maupun alkil klorida. Selain itu halida primer menghasilkan hasil alkohol yang lebih banyak dibandingkan dengan alkil halida sekunder maupun tersier. 2. Mereduksi Aldehida dan Keton Reaksi aldehida oleh hidrogen menghasilkan alkohol primer. RCHO + H2 → ROH Sedangkan reaksi keton oleh hidrogen menghasilkan alkohol sekunder. ROR + H2 → ROH Alkohol tersier tidak dapat dihasilkan melalui reaksi reduksi. 3. Hidrolisis Alkil Hidrogensulfat Pembuatan alkohol dengan cara hidrolisis alkil hidrogen sulfat banyak digunakan untuk membuat etanol perdagangan. Senyawa etil hidrogensulfat yang diperlukan dibuat dari reaksi adisi H2SO4 pada etena. Contoh: CH3-CH2-SO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4 4. Hidrasi Alkena Alkena jika dikenai reaksi hidrasi dengan adanya asam encer akan menghasilkan alkohol. Sebagai contoh, hidrasi etilena akan menghasilkan etil alkohol (etanol). Reaksinya adalah: CH2=CH2 + H2O ⇌ CH3CH2OH 5. Hidrolisis Ester Rumus ester suatu asam organik adalah RCOOR'. Bila ester tersebut dihidrolisis dapat menghasilkan alkohol dan asam karboksilat menurut persamaan reaksi: RCOOR' + H2O ⇌ RCOOH + R'OH Cara hidrolisis ini ditempuh saat tidak ada cara lain untuk membuat suatu alkohol yang diperlukan. 6. Menggunakan Reagen Grignard Alkohol primer, sekunder dan tersier dapat dibuat dengan reagen Grignard. Reagen Grignard adalah senyawa organometalik dengan rumus umum RMgX. Langkah 1: CH3-Mg-Cl + HCHO → CH3-CH2-OMgCl Langkah 2: CH3-CH2-OMgCl + H2O → CH3-CH2-OH + MgCl(OH) (Dwi Winarto,2012) 14
2.6 Reaksi Pembentukan dan Kondisi Operasi Proses pembentukan etanol dari pati jagung berlangsung dalam tiga tahap yaitu proses hidrolisa pati jagung menjadi dekstrin, proses konversi dekstrin menjadi glukosa (sakarifikasi) keduanya merupakan reaksi enzimatis dan proses fermentasi glukosa menjadi etanol. Reaksi hidolisa dengan enzim bersifat endotermis (membutuhkan panas) dan ireversibel. Reaksi yang terjadi pada proses hidrolisa pati dari jagung adalah : o
a-amylase 85 C, 1 atm [C6H10O5]n + nH2O (pati)
[C6H10O5]n
(air)
...........(1)
(dekstrin)
Reaksi sakarifikasi jagung adalah sebagai berikut : o
glukoamylase 65 C, 1 atm [C6H10O5]n
C6H12O6 ...........(2)
(dekstrin) Reaksi
fermentasi
(glukosa)
glukosa
berlangsung
pada
kondisi
anaerob. Sedangkan
untuk pertumbuhan inokulum berlangsung pada kondisi aerobik. Reaksi berjalan di dalam fermentor dan bereaksi secara stokiometris dan untuk menjaga agar pH tetap konstan digunakan larutan buffer NH3. Inokulum ditambahkan 1% dari jumlah pati dan konversi reaksi glukosa sebesar 95%. Reaksi aerobik pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae C6H12O6 + 2,28 O2 + 2,08 NH3 4 CH1,8N0,5O0,2+ 5,92 CO2 + 2 H2O ΔH= 1931,931 kJ ...(3) (glukosa) (oksigen)
(amoniak)
(sel ragi) (karbondioksida) (air) (Dunn, 2002) 0
Kondisi operasi : Temperatur inokulasi 30 C, 1 atm Reaksi anaerob proses fermentasi glukosa menjadi etanol : C6H12O6 + 0,05692 NH30,2846 CH1,8N0,5O0,2 + 1,9161 CO2 + 0,1393 H2O -7
-4
+ 1,8996 C2H5OH + 8,77 × 10 C2H4O + 1,845 × 10 C3H8O + 1,7973 × 10
-4
-4
C4H10O + 6,2847 × 10 C5H12O ΔH= -72,4404 kJ /mol ...(4) 15
0
Kondisi operasi : Temperatur fermentasi 35 C, 1 atm, waktu 48 jam, pH 4-5. (Dunn, 2002)
2.7 Manfaat Alkohol memiliki berbagai manfaat, antara lain: 1.
Digunakan dalam pembuatan minuman beralkohol Seseorang dengan konsentrasi alkohol dalam darah rendah kurang dari 0.3% dapat mencerna alkohol, dengan efek keracunan yang rendah. Alkohol dihasilkan dari fermentasi gula alam dan tepung yang dihidrolisa. (Anonim, 2012)
2.
Mengurangi resiko penyakit dan serangan jantung Bila dikonsumsi dalam dosis rendah, alkohol dapat mengurangi tekanan darah. Sebaliknya, ketika dikonsumsi berlebihan, alkohol memiliki efek negatif pada tubuh. Alkohol membantu untuk membersihkan lemak dari arteri dan mengurangi pembekuan darah. Hal ini dapat membatasi kemungkinan penyakit dan serangan jantung.
3.
Sebagai pelarut dan reagen dalam skala lab dan industri Etanol digunakan sebagai pelarut, karena toksisitasnya relatif rendah dibandingkan dengan alkohol lain dan kemampuan untuk melarutkan zat non-polar, etanol dapat digunakan sebagai pelarut pada obat-obatan medis, parfum, dan
esens nabati seperti vanili. Dan bisa melarutkan senyawa
organic yang tidak larut dalam air. Dalam sintesis organik, alkohol
16
berfungsi sebagai perantara serbaguna. (Clerk, 2007) 4.
Untuk mensintesis senyawa lain Dalam industri metanol diubah menjadi formaldehid atau digunakan untuk mensintesa bahan kimia lain. (Yusufat, 2012)
5.
Memperbanyak pertumbuhan tanaman dan Mengurangi kebutuhan air Pada awal tahun 1990-an Arthur Nonomura, seorang ilmuan yang menjadi petani melakukan riset yaitu menyemprot beberapa
tumbuhan dengan
larutan metanol yang sangat encer. Tumbuhan yang disemprot tidak lagi layu dan tumbuh lebih besar pada tingkat yang lebih cepat daripada tumbuhan yang tidak disemprot. Akan tetapi metanol akan efektif dalam kondisi panas atau terkena sinar matahari dan untuk tumbuhan kapas, gandum, strawberi, melon dan mawar. Kegunaanya dapat terlihat jelas, hasil tanaman lebih banyak dan lebih cepat, penggunaan air lebih efisien, dan tidak diperlukannya pestisida. (Fauzy, 2012) 6.
Campuran dalam Bensin pengganti MTBE Etanol dapat ditambahkan ke
dalam bensin sebagai pengganti MTBE
(methyl tertiarybuthyl ether) yang sulit didegradasi sehingga mencemari lingkungan.
Bensin yang ditambah etanol efisiensi pembakarannya
meningkat sehingga pembakarannya. Akibatnya akan mengurangi tingkat pencemaran udara. Campuran bensin-etanol biasa diberi nama gasohol. Gasohol E10 artinya campuran 10% etanol dan 90% bensin, gasohol dapat digunakan pada semua tipe mobil yang menggunakan bahan bakar bensin. (Fauzy, 2012) 7.
Sebagai antiseptik Etanol dapat
digunakan sebagai antiseptik untuk
mendisinfeksi kulit
sebelum suntikan yang diberikan, sering bersama dengan yodium. (Nawazir, 2012) 8.
Sebagai germisida alat-alat Agen yang menghancurkan mikroorganisme, terutama organisme patogen pada alat-alat. (Al-Jawi, 2006)
9.
Campuran bahan kosmetik (Yusufat, 2012) 17
10. Sebagai bahan baku (raw material) untuk membuat ratusan senyawa lain, seperti asetaldehid, etil asetat, asam asetat, etilene dibromida, glycol, etil klorida dan semua etil ester. (Yusufat, 2012) 11. Sebagai anti beku radiator mobil Alkohol dapat digunakan sebagai anti beku pada radiator. Untuk menambah penampilan mesin pembakaran dalam, metanol dapat disuntikan kedalam mesin Turbocharger dan Supercharger. Ini akan mendinginkan masuknya udara kedalam pipa masuk, menyediakan masuknya udara yang lebih
18
BAB III PEMBAHASAN 3.1 Diagram Alir Dan Proses Pembuatan Alkohol
19
Skema Pembuatan Alkohol Bahan yang telah difermentasi sudah mengalami perubahan menjadi alkohol dan air. Pemisahan alkohol dan air dilakukan dengan pemanasan pada tangki pemanasan dan pendinginan di ruang destilator. Pada destilator, pemisahan dilakukan dengan memanfaatkan perbedaan titik didihnya. Titik didih air berada pada 100 ̊ C dan titik didih alkohol berada pada 80 ̊ C. Pemanasan pada tangki pemanasan dilakukan pada suhu 80 ̊ C (termometer dibaca pada tangki destilator). Alkohol yang masih berupa uap didinginkan pada ruang destilator, sehingga kembali menjadi cairan. Alkohol yang dihasilkan pada ruang destilator adalah alkohol dengan kandungan 90-95 %. Skema di atas berlaku pada bahan yang sudah siap difermentasi, yaitu bahan yang sudah dalam bentuk gula sederhana, contohnya
: Mollases, aren, dan nira. Bahan yang masih
dalam bentuk pati harus diubah dahulu menjadi bentuk gula sederhana. Pengubahan pati menjadi gula disebut dengan hidrolisis. Hidrolisis menggunakan bantuan enzym alpha amilase dan beta amilase. Enzym ini telah tersedia dalam bentuk bubuk/powder atau dalam bentuk cairan.
Proses Pembuatan Alkohol(etanol) Rancangan proses pembuatan etanol dari jagung ini terdiri dari empat tahapan proses, yaitu tahap penyiapan inokulum, tahap pengolahan/perlakuan awal bahan baku, tahap fermentasi, dan tahap pemurnian etanol. Pada proses pembuatan etanol, dihasilkan pula limbah berupa air cucian, vinase/stillage, dan lutter water. Pada saat ini pengolahan limbah belum dilakukan, namun sedang dipikirkan cara untuk memanfaatkan limbah yang diperoleh atau penanganannya sehingga tidak berbahaya ataupun merusak lingkungan. 1. Tahap Persiapan Saccharomyces cerevisae Untuk memproduksi etanol secara fermentasi, digunakan biomassa aktif, yaitu ragi Saccharomyces cerevisae yang disiapkan secara aerobik. Saccharomyces cerevisae yang dipersiapkan tersebut dikembangkan terlebih dahulu bibitnya dalam suatu media. Media merupakan suatu campuran senyawa kimia yang berupa nutrien-nutrien yang dibutuhkan oleh biomassa aktif untuk dapat tumbuh. Pada rancangan proses ini, media 20
yang digunakan adalah bubur jagung itu sendiri dengan tambahan nutrisi nitrogen dari amoniak (NH3). Pengembangbiakan biomassa aktif dilakukan pada biakan agar miring yang biasa disebut liofilisasi. Langkah pertama, dengan teknik aseptik, tabung reaksi yang berisi sekitar 10 cc air steril diinokulasikan dengan kultur murni ragi untuk kemudian dituangkan pada media agar. Setelah inkubasi selama beberapa hari pada o
temperatur 25-30 C (temperatur optimum pertumbuhan ragi), kultur bisa digunakan sebagai bibit pada mash steril. Sampai pada tahap persiapan starter ini, biasanya dilakukan di laboratorium. Untuk mempertahankan keaktifannya, stock culture ini diregenerasi setelah disimpan beberapa waktu. Proses pengembangbiakan ini dilakukan secara bertahap (empat tahap), dari skala bejana Erlenmeyer volume kecil hingga skala bioreaktor dengan volume kerja yang besar. Peralihan dari volume kecil ke volume yang lebih besar ditentukan oleh waktu berkaitan dengan dengan laju pertumbuhan logaritmik biomassa. Aerasi sangat dibutuhkan dalam persiapan starter sampai pembibitannya ke dalam fermentor untuk menjaga keberadaan sel ragi pada jumlah minimum yang dibutuhkan. Tahap ini selalu berada di bawah pengawasan laboratorium, termasuk penyeleksian strain ragi, penambahan nutrien, pH, temperatur, serta pembersihan dan sterilisasi. 2. Tahap Pengolahan Awal Bahan Baku Pengolahan awal terhadap bahan baku jagung bertujuan untuk mengubah jagung menjadi glukosa yang siap digunakan sebagai substrat pada
proses
fermentasi.
Pada proses ini akan dilakukan treatment pengolahan jagung sebelum dilakukan proses fermentasi menjadi etanol. Tahap ini terdiri atas 4 (empat) langkah kerja yang dijabarkan sebagai berikut: a. Pembersihan Langkah pertama adalah membuang pengotor. Jagung dicuci dengan air. Kotoran yang terbawa air disaring sehingga air dipakai kembali
21
untuk mencuci bahan baku berikutnya. Jumlah kebutuhan air untuk pencucian terhadap jagung yang akan dicuci adalah 4 : 1 (massa). b. Penggilingan, Screening, dan Pembuburan Langkah kedua adalah penggilingan jagung untuk menjadikan struktur bahan baku supaya menjadi lebih halus (disebut tepung jagung). Penggilingan ini menggunakan hammer mill sehingga menghasilkan ukuran partikel sebesar 1-1,5 mm. Hammer mill dilengkapi dengan screening untuk memperoleh tepung yang berukuran seragam. Tepung oversize dikembalikan lagi ke aliran recycle dan dilakukan penggilingan ulang sehingga diperoleh ukuran yang lebih kecil (Roehr,2001). Setelah itu, tepung jagung dilarutkan dan dibuburkan dalam air sebanyak 4,25 (kali) beratnya. Hal ini dilakukan untuk menurunkan kekentalan/viskositas sehingga pengadukan lebih merata dan reaksi enzimatik mudah terjadi. c. Pemasakan (Cooking) Langkah berikutnya, bubur jagung dipanaskan/dimasak dengan steam 2 bar untuk menghidrolisis pati yang dikandung dalam jagung (75% minimum) menjadi amilosa o
dan amilopektin. Proses hidrolisis ini terjadi pada temperatur 121 C selama15 menit
dan
menyebabkan granula pati mengadsorbsi
air,
terurai,
dan
pecah.
Prosesnya seperti mengurai lilitan benang sehingga memanjang. Hal ini dilakukan untuk mempermudah enzim memotong rantai hidrokarbon pati. d. Hidrolisa pati Langkah keempat, proses hidrolisa pati diselenggarakan. Enzim α- amilase dan o
glukoamilase ditambahkan sebanyak 2% dari jumlah pati untuk pada suhu 85 C selama 45 menit. Sebenarnya,
enzim yang bekerja optimum pada temperatur ini
adalah enzim α-amilase yang akan menjadi katalis bagi reaksi hidrolisis dengan memutus ikatan α,1-4 glikosidik di tengah-tengah molekul pati secara acak, hingga dihasilkan dekstrin
22
e. Sakarifikasi Langkah kelima, enzim α-amilase dan glukoamilase ditambahkan sebanyak 12% dari o
jumlah pati untuk pada suhu 60 C selama 15-20 menit.
D
Pada
proses
ini
ditambahkan H2SO4 untuk membantu memecah dekstin dan membuat kondisi asam dengan pH 5. Dekstrin dipecah-pecah menjadi glukosa yang siap dikonsumsi mikroorganisme dalam proses fermentasi. Jumlah glukosa yang dihasilkan sekitar 35% dari jumlah pati. Enzim glukoamilase merupakan katalis bagi reaksi hidrolisis dengan memutus ikatan α,1-4 glikosidik dari amilosa pada bagian ujung non pereduksi hingga terlepas menjadi monomer glukosa. Enzim ini juga melepas ikatan α,1-6 glikosidik. 3. Tahap Reaksi Fermentasi Proses fermentasi yang diterapkan adalah proses batch (partaian). Proses ini diawali dengan produksi biomassa aktif (inokulum) dalam sebuah fermentor. Setelah volume fermentor telah terisi oleh medium (bubur jagung) 90% dari volume keseluruhan, maka inokulum dialirkan kedalam bejana. Hal ini dimaksudkan untuk kesempatan bagi biomassa aktif untuk dapat tumbuh selama sisa waktu pengisian fermentor. Glukosa yang diproduksi selama sakarifikasi akan dikonsumsi oleh ragi, Saccharomyces cerevisiae yang kemudian akan menghasilkan etanol, CO2, dan pada proses fermentasi dengan reaksi keseluruhan sebagaiberikut: C6H12O6
yeast
2C2H5OH + 2 CO2 + Energi
(3)
o
Selama proses fermentasi berlangsung, dijaga konstan 32 C dengan mengalirkan air pendingin melalui saluran atau alat penukar panas. Pendinginan perlu dilakukan mengingat proses fermentasi ini berlangsung secara eksotermik. Saat awal fermentasi, pH ditetapkan sekitar 4 – 5. Nilai ini akan menurun dengan lambat selama proses fermentasi, dan dijaga untuk tetap pada harga 4,0. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan buffer. Waktu fermentasi etanol dari jagung oleh ragi adalah 24 jam. Perolehan etanol terhadap glukosa adalah 0,4845 [Oura, 1977]. Produk
23
samping yang dihasilkan antara lain asetaldehid dan fusel oil. Untuk 5000 Liter etanol yang dihasilkan, jumlah asetaldehid yang dihasilkan sekitar 1 Liter, sedangkan fusel oil sebanyak 5 Liter. Dari stoikiometri reaksi, perolehan sel ragi terhadap glukosa bertambah tidak lebih dari 10%. Cairan hasil fermentasi terdiri atas produk etanol dan pengotornya yang ditampung dalam sebuah bejana (holding tank/intermediate tank). Pengotor tersebut berupa sel ragi, sisa glukosa, air, zat metabolit lain yang diasumsikan sebagai zat inert. Langkah pertama yang dilakukan adalah memisahkan sel ragi dan enzim dari larutan dengan menggunakan mikrofiltrasi. Sel ragi dan enzim ini masuk kedalam pengolahan limbah untuk dijadikan pakan ternak. Setelah itu, dialirkan ketahap pemurnian. Asetaldehid sebagai zat yang paling volatil di-recovery pada kolom pelucut (Flash Column). Tahap pemurnian selanjutnya adalah distilasi pada tekanan atmosfer dalam (atmospheric distillation column). Larutan etanol hasil fermentasi dimurnikan menjadi 95%-w/w etanol (azeotrop). Fusel oil diambil sebagai draw off , sedangkan produk bawahnya adalah lutter water yang kemudian masuk kepengolahan limbah. Etanol 95%-w/w ini kemudian diumpankan ke unit pervaporasi membran, sehingga dihasilkan produk etanol dengan kadar 99,9%. 4. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Pemisahan yang umum dilakukan untuk memisahkan etanol dari larutan fermentasi adalah distilasi. Pemisahan dan pemurnian etanol seringkali menjadi permasalahan tersendiri karena rendahnya konsentrasi etanol dalam curah fermentasi dan tuntutan kemurnian etanol yang tinggi agar dapat digunakan sebagai bahan bakar. Dengan demikian, proses pemisahan dan pemurnian dapat dikategorikan sebagai proses yang membutuhkan sejumlah besar energi. Agar proses distilasi dapat ekonomis, maka konsentrasi etanol dalam larutan fermentasi harus lebih besar dari 5%- volume. Campuran etanol-air membentuk azeotrop pada komposisi etanol 95% sehingga dehidrasi lebih lanjut untuk menghasilkan etanol fuel-grade
24
dengan kemurnian 99,9% sudah tidak dapat dilakukan. Untuk itu dilakukan proses dehidrasi dengan distilasi atmosfer dan membran pervaporasi. Membran pervaporasi merupakan proses pemisahan campuran cair- cair menggunakan membran, permeat mengalami perubahan fasa dari fasa cair menjadi uap. Campuran azeotrop dapat dipisahkan dengan membran pervaporasi karena pemisahan dengan pervaporasi tidak didasarkan pada kesetimbangan uap-cair melainkan didasarkan pada perbedaan kelarutan sebagai wujud interaksi antara komponen campuran dengan membran. Membran yang biasa digunakan adalah membran tidak berpori (non-porous) dimana material membran terbuat dari keramik dan bersifat hidrofilik. Membran keramik lebih banyak digunakan daripada membran polimer karena membran ini tahan terhadap temperatur tinggi. Gaya dorong (driving force) pada pemisahan dengan membran pervaporasi adalah perbedaan konsentrasi dan tekanan parsial diantara kedua sisi membran.
3.2Tinjauan Termodinamika Termodinamika adalah ilmu tentang temperatur, kalor, dan pertukaran energi. (Karim, 2000). Termodinamika memiliki penerapan praktis dalam semua cabang sains dan teknologi, seperti halnya semua kegiatan dalam berbagai aspek dalam hidup. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara kalor dan usaha, serta sifat-sifat yang mendukung hubungan tersebut. Dalam membangun suatu pabrik, diperlukan adanya tinjauan termodinamika. Hal ini diperlukan supaya kita dapat mengetahui kondisi operasi yang cocok untuk proses tersebut. Dalam pembuatan alkohol dengan cara fermentasi, reaksinya adalah sebagai berikut: C6H12O6 + NH3 → CH1,8N0,5O0,2 + CO2 + H2O + C2H5OH + C2H4O + C3H8O + C4H10O + C5H12O
ΔHof reaksi = ΔHof produk – ΔHof reaktan Nilai ΔHof (kJ/mol) : C6H12O6
: - 1273,3
NH3
: - 28,847
CH1,8N0,5O0,2 (ragi)
: - 91
CO2
: - 393,509
H2O
: - 285,83 25
C2H5OH
: - 277,6
C2H4O
: - 192,2
C3H8O
: - 302,6
C4H10O
: - 327,3
C5H12O
: - 351,6
C6H12O6 + 0,05692 NH3 → 0,2846 CH1,8N0,5O0,2 +1,9161 CO2 + 0,1393 H2O + 1,8996 C2H5OH + 8,77 × 10-7 C2H4O + 1,845 × 10-4 C3H8O + 1,7973 × 10-4 C4H10O + 6,2847 × 10-4 C5H12O ΔH= -72,4404 kJ /mol
... (4)
Dengan demikian reaksi yang berlangsung adalah reaksi eksotermis yang menghasilkan panas. Dari tinjauan termodinamika dapat diketahui bahwa sifat reaksi fermentasi glukosa menjadi etanol adalah eksotermis. Reaksi kimia yang bersifat eksotermis akan menyebabkan suhu reaksi akan bertambah dari waktu ke waktu dan menyebabkan konversi menjadi turun. Sehingga untuk menangani sifat rekasi yang eksotermis ini diperlukan kontrol suhu yang ketat agar diperoleh konversi yang efektif dan efisien. Salah satu cara untuk mengontrol suhu adalah dengan memberikan cooler pada dinding reaktor yang dapat berupa jaket pendingin atau aliaran air di sekitar dinding reaktor. Tinjauan termodinamika dengan persamaan Van't Hoff adalah sebagai berikut : d
( ∆RTG ° ) dt=−∆ H ° RT
dengan ∆ G ° RT =−ln K Dengan : ∆G° = energi gibs satandar R = tetapan gas umum T = temperatur reaksi K = konstanta kesetimbangan reaksi Apabila k ≥ 1, maka reaksi tersebut bolak-balik (reversible) Apabila k ≤ 1, maka reaksi tersebut searah (irreversible) Berikut ini merupakan tabel suhu vs konversi berdasarkan tinjauan termodinamika. Perhitungan terlampir. Tabel 5. Suhu vs Konversi (Termodinamika)
T (K) 343 348 353
k 0,000692 0,000702 0,000713
Xa 0,997433 0,997493 0,997547 26
358 363 368 373
0,000723 0,000734 0,000744 0,000741
0,997595 0,99763 0,997677 0,997741
Gambar 11. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan Termodinamika
3.3 Tinjauan Kinetika Kinetika berhubungan erat dengan kecepatan reaksi kimia. Konsentrasi, suhu dan tekanan sangat berpengaruh pada konstanta kecepatan reaksi maupun pada kecepatan reaksi. Reaksi yang terjadi pada pembuatan Benzil Alkohol : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O 2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2 Ditulis dalam bentuk sederhana : 2A + B 2D + 2E + F Maka kecepatan reaksi menjadi : -rA = kCA2 Dengan asumsi bahwa Cb berlebih. Maka A sebagai limiting reactant. Digunakan orde satu semu Penyelesaian persamaan reaksi :
27
Diketahui : Konversi design = 0,99 dengan waktu reaksi 5 jam atau 300 menit.
Maka :
(Abi, 2014)
28
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan Alkohol yang dikenal juga sebagai etanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam minuman beralkohol. Alkohol disebut juga etanol, alkanol. Alkanol adalah senyawa turunan alkana yang mengandung gugus fungsi hidroksil (-OH) pada rantai atom karbon. Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Reaksi Pembuatan Alkohol ada 6 yaitu Mereaksikan Alkil Halida (Haloalkana) dengan Basa, Mereduksi Aldehida dan Keton, Hidrolisis Alkil Hidrogensulfat, Hidrasi Alkena, Hidrolisis Ester, Menggunakan Reagen Grignard.Secara garis besar, langkah-langkah dalam proses pembuatan alkohol ada tiga macam, yaitu: proses fermentasi, destilasi, dan dehidrasi.Suhu yang digunakan ketika proses fermentasi yaitu sekitar 30oC.Alkohol memiliki sifat fisika, kimia dan beberapa kegunaan. Pemisahan alkohol dan air dilakukan dengan pemanasan pada tangki pemanasan dan pendinginan di ruang destilator. Karakterisasi alkohol adalah berat Molekul 46.07 gr/mol, w arna: tidak berwarna, memiliki titik Didih 78.4°C dan titik Lebur -112°C.
3.2 1.
Saran Diharapkan agar mahasiswa tidak menyalahgunakan alkohol untuk kepentingan
yang tidak jelas. 2.
Diharapkan setelah membaca makalah ini mahasiswa lebih mempertimbangkan
untuk mengkonsumsi minuman – minuman yang mengandung alkohol.
29
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Kegunaan dan Dampak dari penggunaan Senyawa Turunan Alkana. http://sobatkimia99.blogspot.com/2011/05/kegunaan-dandampak-dari-penggunaan.html di akses pada tanggal 26 Agustus 2016 Anonim,2001.Struktur Ethanol. Diakses dari http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18288/3/Chapter%20II.pdf. 25 September 2016 Anonim. 2011. Prarancangan Pabrik Bioetanol dari Jagung dengan Proses Fermentasi. Program Sarjana. Universitas Diponegoro. Semarang Anonim. 2012. Alkohol dalam Proses Industri. http://www.scribd.com/doc/55600832/Alkohol-Dalam-Proses-Industri di akses pada tanggal 20 Agustus 2016 Anonim. 2012. Manfaat Alkohol plus Bahayanya. http://pkmsungaiayak.wordpress.com/2012/09/03/6-manfaat-alkohol-plus1-bahayanya/ diakses tanggal 20 Agustus 2016 Anonim. 2012. Pembuatan Alkohol dari Fermentasi. http://prakkimor3a.blogspot.com/2012/09/pembuatan-alkohol-darifermentasi_6316.html diakses tanggal 20 Agustus 2016 Binasari, Abi.2014. Pembuatan Benzil Alkohol. Diakses dari http://digilib.unila.ac.id/2469/15/02%20BAB%20II.pdf. 25 September 2016 Indera, Arbhy. Alkohol. Diakses dari https://id.scribd.com/doc/92572615/Alkohol. 25 September 2016 Winarto,Dwi.2012.Pembuatan Alkohol.Diakses dari http://www.ilmukimia.org/2013/03/pembuatan-alkohol.html. 25 September 2016
30
