Macam & Uraian Proses Pabrik Bioetanol

II-1

BABAB II – MACAM DAN URAIAN PROSES

BAB II MACAM DAN URAIAN PROSES

II.1 MACAM PROSES

Bioethanol adalah etanol yang dihasilkan dengan proses fermentasi dari bahan nabati. Etanol ( Etil Alkohol ) secara industri dapat diproduksi melalui proses sintesis dari etilen dan fermentasi. fermentasi. Dalam bab ini dibatasi dibatasi hanya untuk pembuatan pembuatan etanol secara fermentasi. Macam-macam bahan yang digunakan untuk pembuatan bioetanol bioetan ol dengan dengan proses proses fermentasi fermentasi yaitu : 1. Fe Ferm rmen enta tasi si dar darii gul gulaa 2. Fe Ferm rmen enta tasi si da dari ri pa pati ti 3. Fe Ferme rmenta ntasi si da dari ri sel selul ulosa osa

II.1.1 Fermentasi dari gula

Bahan baku yang banyak digunakan dalam proses ini adalah black strap molasses. Molases mengandung 55 % berat total gula, terdiri dari 35-40 % berat selulosa dan 15-20 15-20 % berat gula (glukosa (glukosa dan fruktosa). fruktosa). Proses pembuatan pembuatan etanol dari molases dengan cara fermentasi dapat dilihat pada Gambar II.1.

PABRIK BIOETHANOL DARI ECENG GONDOK DENGAN PROSES FERMENTASI FERMENTASI

II-2


water water Scrubber

molases

Rectifying column

CO2 aldehyde

Sulfuric acid

Mixing tank

fermenter

water Aldehyde column

Ammonium sulfate

Ethyl alcohol (95%)

Strerilizer Beer still water Yeastt ub Yeastculture machine

Fusel oil slop

benzena

Anhydrous column

Ethyl alkohol absolute

Gambar II.1 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol secara Fermentasi dari Molases

Uraian Proses : Black strap molasses dimasukkan dalam tangki pencampur dan diencerkan dengan air hangat untuk mendapatkan konsentrasi gula 10-15 %. H 2SO4 ditambahkan hingga pH menjadi 4-5. Selanjutnya black strap molasses dimasukkan dalam tangki fermentasi dengan penambahan yeast konsentrasi 5 %. Fermentasi berlangsung pada temperatur 70-80 oF (21-27oC). Suhu reaksi dapat mencapai 100oF (38oC) karena reaksinya eksotermis. Fermentasi berlangsung selama 28-72 jam (rata-rata 45 jam) untuk memproduksi alkohol dengan konsentrasi 8-10 %.

PABRIK BIOETHANOL DARI ECENG GONDOK DENGAN PROSES FERMENTASI

II-3


Reaksi yang terjadi yaitu : C12H22O11 + H2O C6H12O6

Invertase Zymase

2C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Gas CO2 yang dihasilkan pada proses fermentasi diambil melalui srubber dengan penambahan air, sedangkan hasil fermentasi lainnya dipompa kedalam beer still. Proses pada beer still dimaksudkan untuk memisahkan alkohol dengan bahan yang mudah menguap lainnya sebagai residu. Produk atas beer still kemudian dilewatkan heat exchanger dan dikondensasi. Kondesat yang mengandung 50-60% alcohol dimasukkan ke dalam aldyhide kolom dengan maksud untuk memisahkan aldyhide dan mengurangi kadar air dalam larutan gula. Selanjutnya larutan masuk ke kolom rectifying dengan maksud untuk mendapatkan alkohol dengan kadar 9595,6 % . Alkohol hasil destilasi dikondensasi dan disimpan. Alkohol absolut diperoleh melalui distilasi azeotrop dalam anhydrous kolom dengan menambahkan benzene.

(Faith, W.L, Keyes. Donald B.,Clark Ronald L,1961)

II.1.2 Fermentasi dari pati

Bahan baku yang banyak digunakan dalam proses ini adalah jagung, gandum sorghum, padi, kentang dan sebagainya. Blok diagram proses pembuatan etanol secara fermentasi dari jagung diberikan dalam Gambar 2.2 Uraian Proses : Proses pembuatan etanol dari pati dibagi menjadi 3 tahap yaitu : -

Sakarifikasi

-

Fermentasi


II-4


-

Destilasi Bahan baku berupa jagung digiling dengan maksud untuk mendapatkan

tepung pati. Tepung pati ditambah air sehingga berbentuk slurry. Slurry tersebut dipompa melewati jet pemanas (precooker) dengan steam sebagai bahan pemanas pada temperatur 350-360oF (177-182 oF). Selanjutnya slurry didinginkan selama 1 – 2 menit melalui coil pada vacuum cooler. Slurry yang dingin dicampur dengan malt dan air sehingga terjadi pengkonversian pati menjadi glukosa (sakarifikasi). Pengkonversian pati

dapat dilakukan secara kontinyu maupun batch dengan

menggunakan enzim atau asam mineral encer sebagai katalisator. Operasi secara kontinyu dilakukan selama 6 menit sdangkan proses batch membutuhkan waktu 2 – 4 jam. Proses sakarifikasi menghasilkan

10-15 % larutan gula. Larutan gula

tersebut dimasukkan dalam tangki fermentasi dan diinokulasikan dengan yeast. Fermentasi berlangsung pada suhu 65-85 oF (18,3-29,4 oC).(Faith, W.L, Keyes. Donald B.,Clark Ronald L,1961)

Reaksi yang terjadi adalah Diastase

(C6H10O5)x + xH2O starch

xC6H12O6 Zymase

C6H12O6 Grain mill Water

kadar Corn

2C2H5OH + 2CO2

Hasil Fermentasi didestilasi untuk mendapatkan alkohol (etanol) dengan Water Steam Ethyl alkohol ± 95 %. Proses destilasi yang dilakukan sama dengan proses pembuatan CO2

Vacuum

etanol dari bahan molases. Pre-cooker

aldehyde Entertainment seperator

Degerminator

Press

Continuous cooker

(95%)

Scrubber

Yeas t

Refining column

Aldehyde column

Water

Fermentor Beer still

Press cake

Fusel Oil

Slop Water Vacuum cooler ECENG GONDOK DENGAN PROSES FERMENTASI PABRIK BIOETHANOL DARI Malt Corn oil Conveter and cooler

II-5


Gambar II.2 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol secara Fermentasi dari Pati

II.1.3 Fermentasi dari selulosa

Proses pembuatan etanol secara umum melalui beberapa tahap yaitu : -

Pretreatment

-

Fermentasi

-

Purifikasi (Destilasi) Pembuatan etanol dari bahan selulosa memerlukan pretreatment tambahan

sebelum masuk ke proses fermentasi. Pretreatment pada bahan baku dimaksudkan untuk memisahkan selulosa dari impuritisnya seperti pentosan dan lignin. Pretreatment ini dapat dilakukan secara kimia dan fisik. Salah satu cara kimia yang dapat dilakukan adalah hidrolisis menggunakan asam. Hidrolisa pertama adalah menghidrolisis pentosan menjadi xylose dilakukan dalam reaktor prehidrolisa pada temperature tinggi dengan asam sulfat encer. Hasil prehidrolisa yaitu xylose pada


II-6


filtrat akan dibuang melalui rotary vacum filter sedangkan pada cake yang berupa lignoselulosa masuk rotary dryer sebelum masuk ke reaktor hidrolisa. Hidrolisis kedua adalah menghidrolisis lignoselulosa menjadi glukosa dengan asam pekat dalam reaktor hidrolisa. Larutan gula (glukosa) hasil hidrolisis kedua dipisahkan dari lignin melalui rotary vacum filter selanjutnya difermentasi dengan yeast (saccharomyses cerevisiae) menjadi etanol dalam fermentor. Hasil fermentasi dimasukkan ke dalam distilation column dengan maksud untuk memisahkan etanol dari impuritis yang titik didihnya lebih rendah, sehingga diperoleh etanol dengan kemurnian 95%. Pembuatan etanol dari selulose diberikan dalam gambar II.3 Uap air

Steam Wood, Air, H2SO4 4.4 %

Reaktor Prehidrolisa

Steam Ethanol 95%

Destilasi

Rotary vakum filter

Steam

Rotary Dryer

H2SO4 85% Reaktor Hidrolisa

Filtrat Nutrisi

Biakan

Fermentasi Biomassa

Elektrodialisis H2SO4

Rotary vakum filter Cake

Gambar II.3 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol secara Fermentasi dari Selulosa II.2 Uraian Proses

Pembuatan Etanol dari eceng gondok dengan proses fermentasi dilakukan melalui tahap : -

Pretreatment


II-7


-

Proses Fermentasi

-

Destilasi

II..2.1 Tahap Pre Treatment

Bahan Baku yang berupa eceng gondok dari gudang penyimpanan (F-111) diangkut dengan belt conveyer (J-112) menuju rotary cutter (C-113) dengan tujuan untuk memperkecil ukuran eceng gondok. Eceng gondok yang keluar dari rotary cutter (C-113) ditampung didalam Hopper (J-115) selanjutnya menuju reaktor pre hidrolisa (R-110). Proses pre hidrolisa

dilakukan dengan maksud untuk

mendegradasi pentosan yang terkandung dalam eceng gondok menjadi xylose yang berupa cairan, sehingga dapat dipisahkan. Pre hidrolisa dilakukan dengan cara menambahkan asam sulfat (H2SO4) dengan konsentrasi 4,4 % dan air. Proses pre hidrolisa dilakukan pada suhu 373

o

K (100oC) dengan menggunakan media

pemanas steam. Pada reaktor Pre hidrolisa (R-110) terbentuk endapan berupa lignoselulosa yaitu campuran selulosa dan lignin serta hasil samping berupa larutan dengan kandungan terbesar yaitu xylose. Endapan lignoselulosa dan larutan xylose yang terbentuk dipisahkan dengan menggunakan Rotary Vacuum Filter (H-123). Endapan keluar RVF (H-123) diangkut menggunakan screw conveyer (J-124) menuju rotary dryer (B-120) dengan maksud mengurangi kadar air dari padatan lignoselulosa. Lignoselulosa yang telah dikeringkan diangkut menuju reaktor Hidrolisa (R-130). Proses hidrolisa dilakukan dengan menambahkan asam sulfat (H2SO4) dengan konsentrasi 85 % dan air. Proses Hidrolisa dilakukan pada tekanan 1 atm


II-8


dan suhu 380 oK (100oC) dengan menggunakan media pemanas steam. Pada proses tersebut sellulosa dalam lignoselulosa akan terhidrolisa menjadi glukosa dan endapan yang tersisa sebagai hasil samping berupa lignin. Lignin dan glukosa dipisahkan dengan Rotary Vaccum Filter (H-213). Asam yang terkandung dalam glukosa dipisahkan dengan menggunakan elektrodialisis (H-215) sehingga didapatkan glukosa dengan pH netral dan asam sulfat murni yang dapat direcycle kembali.

II.2.2 Tahap Fermentasi

Glukosa yang keluar dari elektrodialisis dipompa menuju tangki sterilisasi (M-210). Pada tangki sterilisasi ditambahkan nutrien (NH4)2SO4 sebanyak 400 gr/1000lt mash dan H 3PO4 400 gr/1000lt mash dan H 2SO4 98 %. Penambahan (NH4)2SO4 dan H3PO4 dilakukan dengan maksud untuk memenuhi kebutuhan unsur nitrogen dan fosfat sedangkan asam sulfat berfungsi untuk menurukan pH larutan dari 6.5 menjadi pH 4.5. 10 % dari Substrat (Mash) yang keluar dari tangki sterilisasi dipompa menuju tangki stater (R-223) sedangkan sisanya 90% dari mash dipompa menuju tangki fermentasi (R-220). Pada tangki stater

(R-223)

ditambahkan yeast Saccharomyces Cereviceae. Proses pada tangki stater dimaksudkan untuk membiakkan bakteri Sacchaoromyces Cerevisiae. Proses ini berlangsung pada suhu 30oC, tekanan 1 atm dan pH 3.5 - 5.5 selama 1 hari. Setelah masa inkubasi selesai (1 hari), biomass yang terbentuk pada tangki starter serta sisa mash dipompa ke dalam tangki fermentor untuk proses fermentasi.


II-9


Proses fermentasi dalam tangki fermentor (R-220) dilakukan selama 2 hari (48 jam) dengan suhu 30 oC, tekanan 1 atm dan pH 3.5 – 5.5. Pada saat fermentasi, terbentuk buih akibat adanya pengadukan. Pengendalian buih dilakukan dengan penambahan ICM sebagai antifoam sebanyak 10 ppm. Reaksi fermentasi yang terjadi : Reaksi I : C6H12O6

2C2H5OH

Glukosa

Etanol

+

2CO2

Karbon dioksida

Reaksi II: C6H12O6 + H2O

2

Glukosa

C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 + 2C3H8O3 Etanol

Asam asetat

Gliserol

(Sherev’s,)

Produk utama fermentasi berupa etanol dengan kadar 5-10 %. Produk samping yang dihasilkan berupa Karbon dioksida (CO 2), Asam asetat (CH3COOH) dan gliserol (C3H8O3).

II.2.3 Tahap Distilasi

Pemurnian ethanol dilakukan untuk mendapatkan ethanol dengan konsentrasi sebesar 95.5%. Proses destilasi yang dilakukan diuraikan sebagai berikut :


II-10


1. Distilation Column Hasil dari tangki fermentor (R-220) yang mengandung 5% - 10% ethanol, dipompa menuju Pre Heater (E-314) sebagai pemanas pendahuluan sebelum masuk ke distilation column. Dari Pre Heater feed masuk kedalam distilation column (D-310) untuk proses destilasi. Feed yang masuk dalam distilation column dipisahkan menjadi 2 produk, yaitu produk bawah yang mengandung H2SO4, Gliserol, CH3COOH dan H2O. Sedangkan produk atas mengandung etanol dengan kadar ± 95 %. Produk atas dikondensasikan dengan menggunakan kondensor (E-318) sedangkan produk bawah dialirkan ke unit pengolahan limbah.. distillation column ini menghasilkan ethanol dengan konsentrasi sebesar ± 60%.


Macam & Uraian Proses Pabrik Bioetanol

Recommend Documents