BAB II

SELEKSI PROSES

II.1 Seleksi Proses Pembuatan Etanol secara Fermentasi

Etanol merupakan produk fermentasi yang paling tersebar luas. Etanol (CH3-

CH2-OH) juga dikenal dengan nama alkohol. Dalam pembuatan alkohol melalui proses

fermentasi, mikroorganisme yang paling banyak digunakan adalah ragi (Saccharomyces

cerevisiae). Seperti kebanyakan fungi, ragi merupakan organisme yang membutuhkan

oksigen untuk melakukan proses fermentasi. Organisme ini memfermentasi karbohidrat

menjadi etanol dan karbondioksida. (Schlegel, 1994)

Pada proses fermentasi, bahan baku untuk pembuatan etanol dapat berupa bahan

yang mengandung karbohidrat, pati, ataupun bahan berserat dan juga bahan-bahan yang

mengandung gula. (Othmer, 1978)

II.1.1Fermentasi dengan Bahan Baku Gula (Molasses)

Proses pembuatan etanol dengan cara melakukan fermentasi terhadap gula

mempunyai tahapan reaksi yang sama dengan tahapan reaksi pembuatan etanol

melalui fermentasi karbohidrat. Tahapan reaksinya adalah :

(C12H22O11) + H2O invertase 2 C6H12O6

C6H12O6 zymase 2 C2H5OH + 2 CO2

Proses :

Etil alkohol diproduksi dari bahan yang mempunyai kandungan gula

dengan proses fermentasi menggunakan enzim berupa yeast untuk mengubah gula

menjadi alkohol. Bahan baku yang biasa di gunakan dalam proses ini adalah black

molasses. Kandungan bahan baku ini adalah gula 55 % berat, sukrosa 35 %,

glukosa dan fruktosa 15 % berat. Molasses tersebut dimasukkan ke dalam tangki

pengencer sehingga konsentrasi gulanya menjadi 10-15%. Asam sulfat

ditambahkan untuk menurunkan pH tetes dari sekitar 5,3 menjadi 4,5 tergantung

pada peralatan yang dipergunakan.

Outputnya dinamakan mash yang kemudian dialirkan ke tangki fermentasi

dimana ke dalamnya akan ditambahkan enzim (yeast) yang sudah disterilisasi. Pada

fermenter, reaksi berlangsung pada suhu 20 - 30oC. Karena reaksinya eksotermis

maka perlu menggunakan coil pendingin atau menggunakan spray. Mendekati akhir

proses fermentasi, suhunya dapat mencapai 38oC. Proses fermentasi ini

membutuhkan waktu 28-72 jam (rata-rata 32 jam) untuk memproduksi alkohol

dengan konsentrasi 8-10 %. Setelah proses fermentasi selesai, produk yang

II-1

dihasilkan dinamakan beer yang mengandung 8-10 % kadar alkohol. Selanjutnya

beer dipisahkan dari fermentornya dan kemudian dimasukkan dalam beer still.

Alkohol dan bahan-bahan yang volatile seperti aldehid didistilasi lebih lanjut.

Bagian residunya (slop atau stillage) dipisahkan dari bagian bawah kolom dan

melalui HE untuk kemudian dibuang atau digunakan untuk kebutuhan-kebutuhan

lainnya. Sedangkan produknya bagian atas dialirkan melalui HE untuk kemudian

dikondensasi. Kondensatnya mengandung 50-60 % alkohol yang selanjutnya

dipisahkan dari bahan kandungan yang lain (utamanya aldehid). Aldehid dan

senyawa-senyawa impuritis dengan titik didih rendah dipisahkan melalui bagian

atas kolom sedangkan larutan alkoholnya diproses lebih lanjut dalam kolom

rectifying. Pada kolom ini, sisa aldehid yang ada di bagian atas dikembalikan ke

aldehyde column. Sedangkan dekat bagian atas (near the top) mengandung

campuran alkohol-air yang berkadar 95-95,6 % dan dikeluarkan untuk selanjutnya

dikondensasi dan dialirkan ke tangki penampung. (Faith, dkk., 1975)

Gambar 2.1 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol dari Gula secara Fermentasi

II.1.2Fermentasi dengan Bahan Baku Pati

Untuk proses pembuatan etanol dari pati ini, reaksinya adalah :

(C6H10O5)x + x H2O invertase x C6H12O6

C6H12O6 zymase 2 C2H5OH + 2 CO2

Proses :

Walaupun banyak jenis bahan mengandung pati yang bisa diproduksi

menjadi etil alkohol tetapi hanya beberapa yang bisa digunakan dalam industri

II-2

alkohol. Untuk pembuatan alkohol dari jagung misalnya, membutuhkan tahap

tambahan yaitu melakukan penggilingan bahan baku dalam grain mill. Selanjutnya

dimasak dan diproses sedemikian hingga dapat berubah menjadi gula yang dapat

difermentasi. Proses ini dilakukan secara kontinyu atau batch dengan menggunakan

enzim atau asam mineral encer lainnya. Dalam proses pematangannya terjadi

kenaikan suhu grain yang untuk selanjutnya didinginkan dengan continous cooler

selama kurang lebih enam menit (bila perlu sampai 2-4 menit). Proses

pematangannya sendiri secara batch.

Bahan yang dihasilkan tersebut selanjutnya dicampur dengan air dan

enzim atau asam encer dalam suatu tangki yang kemudian dipanaskan pada suhu

140oC dengan steam dan juga diaduk untuk menyempurnakan reaksinya. Campuran

selanjutnya didinginkan dan siap untuk difermentasi. Larutan gula produk (yang

mengandung 10-15% gula yang dapat difermentasi) dimasukkan tangki fermentasi

dan kemudian difermentasi dengan yeast. Kondisi fermentasi 65-85oC dan secara

umum kondisi prosesnya sama dengan produksi alkohol yang menggunakan tetes.

Perbedaannya adalah pada pembuangan slop atau stillage dan jumlah by-product

yang diperoleh. (Faith, dkk., 1975)

Gambar 2.2 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol dari Pati secara Fermentasi

II.1.3Fermentasi dengan Bahan Baku Selulosa

Pembuatan etanol dari bahan selulosa memerlukan pretreatment

(pengolahan awal) sebelum masuk ke proses fermentasi. Perlakuan pretreatment

pada bahan dimaksudkan untuk menghidrolisa selulosa menjadi gula sederhana.

Bahan baku yang mengandung serat terlebih dahulu melalui pre hidrolisis untuk

menghidrolisis hemiselulosa menjadi senyawa gula sederhana, pre hidrolisis

II-3

diperlukan karena hemiselulosa lebih cepat terhidrolisis daripada selulosa. Pre

hidrolisis ini dilakukan dengan menggunakan asam encer 4,4 % pada suhu 100OC.

Setelah pre hidrolisis produknya difilter untuk memisahkan liquid dengan padatan

lignoselulosa. Filtrat yang mengandung asam dilewatkan elektrodialisis untuk

merecovery asam sulfat. Padatan lignoselulosa selanjutnya dikurangi kadar airnya

menggunakan rotary dryer. Setelah kering lignoselulosa dihidrolisis menggunakan

asam sulfat pekat 85% untuk menghasilkan glukosa, lignin yang berupa padatan

dipisahkan dari glukosa menggunakan filter. Larutan glukosa yang mangandung

asam dielektrodialisis untuk merecovery asam sulfat. Glukosa selanjunya

difermentasi sehingga menghasilkan ethanol sebesar 5-10%. Untuk meninggikan

kadar ethanol dilakukan distilasi sehingga menghasilkan ethanol 95%. (Faith, dkk.,

1975).

Pembuatan etanol dari selulose diberikan dalam Gambar 2.3 di bawah ini:

Gambar 2.3 Blok Diagram Proses Pembuatan Etanol dari Selulosa secara

Fermentasi

Berdasarkan uraian proses pembuatan etanol diatas, perlu dilakukan suatu

pemilihan proses untuk proses yang efisien dan menguntungkan. Pemilihan proses

meliputi berbagai faktor, antara lain sebagai berikut :

Tabel 2.1 Seleksi Berdasarkan Bahan Baku

II-4

Dasar Seleksi

Gula

(Monosakarida

/Disakarida)

Selulosa

(Polisakarida)Pati (Polisakarida)

1.Pretreatment Tidak perlu

Perlu (selulosa diubah

menjadi glukosa

dahulu)

Perlu (pati diubah

menjadi glukosa

dahulu)

2. Ketersediaan

bahan baku

Mudah

(tebu, gula bit,

sorghum,

molasses)

Mudah

(kayu, bagasse, jerami)

Mudah

(jagung, singkong,

kentang)

3. Yield

160-187 L/t (tebu)

280-288 L/t

(molase)

259 L/t355-370 L/t

(jagung)

Pemanfaatan sorgum dengan mengambil perasan nira dari batangnya dapat

digunakan sebagai bahan baku alternative untuk pembuatan etanol. Pada proses

pembuatan etanol dengan fermentasi, nira sorgum manis diubah menjadi etanol dengan

melibatkan bakteri tertentu. Kandungan sukrosa pada nira sorgum manis termasuk tinggi,

yaitu 11,5%.

Dasar penggunaan proses fermentasi adalah karena proses fermentasi

merupakan proses yang cukup sederhana jika dibandingkan dengan proses lainnya. Hal

ini disebabkan karena proses fermentasi tidak membutuhkan katalis, tidak membutuhkan

suhu yang terlalu tinggi, dan terjadi pada kondisi atmosfer (Ullman’s, 2003).

Pada proses pembuatan etanol dengan fermentasi glukosa di ubah menjadi

etanol dengan melibatkan bakteri Saccharomyces Cereviceae. Bahan untuk membuat

etanol haruslah dipilih bahan dengan kandungan nira tinggi. Pada tanaman sorghum

manis kandungan sukrosa cukup tinggi 11,5%. Sehingga berdasarkan karakteristik

sorghum manis, dapat disimpulkan bahwa sorghum manis layak digunakan sebagai bahan

pembuat etanol dengan proses fermentasi.

II.2 Seleksi Proses Purifikasi Etanol

Setelah melalui proses fermentasi, selajutnya dilakukan proses purifikasi untuk

memperoleh etanol dengan kadar yang lebih tinggi. Proses purifikasi etanol dilakukan

dengan dua cara yaitu distilasi dan dehidrasi.

II.2.1Distilasi

II-5

Proses pemurnian campuran yang homogen pada fasa liquid dapat

dilakukan dengan menggunakan proses distilasi. Unit operasi distilasi merupakan

metode pemisahan komponen-komponen dari campuran liquid yang bergantung

pada distribusi semua komponen pada fase liquid dan fase uap. Adapun semua

komponen terdapat pada kedua fase. Fase uap terbentuk dari fase liquid dengan

vaporisasi pada titik didihnya. Dasar pemisahan komponen dengan distilasi adalah

bahwa komposisi uap berbeda dengan komposisi liquid dengan kesetimbangan

pada titik didih liquidanya. Distilasi digunakan untuk larutan yang semua

komponennya volatil sehingga masing-masing komponen terdapat pada fase uap.

Komponen yang lebih volatil cenderung berada dalam fase uap sedangkan

komponen yang kurang volatil cenderung ke fase cair. Akhirnya fase uap yang kaya

komponen yang volatil naik ke atas kolom dan berkontak dengan liquid pada setiap

tray sehingga fase liquid menjadi kaya akan komponen yang kurang volatil secara

bertingkat ke bawah dari tray ke tray. Pada pola aliran keseluruhan di dalam kolom

distilasi terdapat kontak counter-current antara aliran uap dan liquid pada semua

tray di seluruh kolom. Fase liquid dan uap pada suatu tray mendekati

kesetimbangan thermal, tekanan, dan komposisi. Selain itu juga tergantung pada

efisiensi kontak tray.

Liquid yang mencapai dasar kolom sebagian teruapkan pada reboiler

karena adanya pemanasan sehingga dihasilkan uap yang kemudian dimasukkan

kembali ke kolom. Sisa liquid pada bagian bawah dikeluarkan sebagai produk

bawah. Uap yang mencapai bagian atas kolom akan terkondensasi secara

keseluruhan dan didinginkan menjadi liquid pada overhead kondensor. Sebagian

liquid dikembalikan ke kolom sebagai reflux untuk overflow liquid dan sisanya

sebagai produk overhead.

Distilasi Azeotrop

Distilasi azeotrop digunakan untuk pemurnian bahan kimia dari campuran

azeotropnya. Distilasi azeotrop melibatkan penambahan bahan ketiga yang disebut

sebagai entrainer pada sistem selama proses distilasi. Bahan kimia ketiga ini

berinteraksi dengan kedua bahan kimia pada sistem untuk membentuk azeotrop

terner (azeotrop tiga komponen) yang lebih kuat daripada azeotrop biner. Ketika

pemisahan etanol dari air dilakukan dengan distilasi azeotrop, benzene atau

sikloheksana biasanya dipakai sebagai bahan entrainer. Ketika benzene

ditambahkan sebagai entrainer, tiga region yang berbeda akan muncul dengan

II-6

komposisi yang berbeda pada kolom distilasi. Bagian bottom kolom mengandung

fraksi pertama di mana komposisinya hampir murni air. Bagian tengah kolom

mengandung campuran yang mendekati azeotrop terner dari air, benzene, dan

etanol. Sedangkan pada bagian top kolom mengandung alkohol anhidrat.

Jumlah air pada etanol dapat dikontrol dengan energi input ke kolom, rate

produk, dan desain spesifik kolom. Kelemahan dari sistem azeotrop adalah

membutuhkan input energi yang besar, sistem yang kompleks dari kolom untuk

meregenerasi entrainer, dan kontaminasi dari entrainer pada produk ketika proses

mengalami gangguan. Selain itu, bahan entrainer yang bersifat mudah terbakar dan

karsinogenik sehingga memberikan permasalahan dalam hal penyimpanan dan

keamanan.

II.2.2Dehidrasi dengan Molecular Sieve

Adsorbsi merupakan pemisahan dimana molekul-molekul terdifusi dari

badan fluida ke permukaan dari solid adsorben membentuk fase teradsorb.

Biasanya adsorber gas digunakan untuk memisahkan sejumlah komponen dari

campuran gas. Pada proses pemisahan mengeksploitasi perbedaan properti dari

komponen-komponen yang akan dipisahkan. Pemisahan dengan adsorbsi

bergantung pada lebih mudahnya salah satu komponen teradsorb dari pada

komponen yang lain. Pemilihan proses yang sesuai juga tergantung pada

kemudahan untuk me-recovery komponen yang dipisahkan.

Pemisahan dua senyawa dalam suatu campuran fluida dimana ukuran

molekulnya masing-masing 0,489 dan 0,558 nm dapat dilakukan dengan

menggunakan adsorben berukuran pori 0,5 nm. Molekul yang lebih kecil dari

ukuran pori dari adsorben terdifusi pada permukaan adsorben dan tertinggal di sana,

sementara molekul yang lebih besar tidak dapat terdifusi sehingga akan keluar dari

bed. Pada proses selanjutnya, molekul yang tertinggal tersebut dapat didesorbsi

dengan menurunkan tekanan atau menaikkan temperatur. Proses adsorbsi ini

memiliki kelemahan bahwa kapasitas adsorben untuk mengikat adsorbat terbatas.

Adsorben dapat diregenerasi dan dikembalikan seperti kondisi semula.

Molecular sieve merupakan adsorber yang menggunakan zeolite

(aluminosilicate sintesis) yang memiliki 3 dimensi dengan silikat dan alumina

tetrahedral yang saling terhubung atau sering disebut zeolit sintetik. Air yang terikat

pada aluminasilikat disingkirkan dengan pemanasan sehingga menghasilkan pori

yang seragam yang akan mengabsorbsi molekul dengan ukuran spesifik. Jenis sieve

yang digunakan dalam pemurnian etanol adalah tipe 3A yang berbentuk bubuk

II-7

dengan ukuran pori ± 3 angstrom. Pemilihan sieve ini spesifik untuk pemisahan

molekul air yang memiliki diameter 2,8 angstrom sedangkan etanol memiliki

diameter 4,4 angstrom.

Proses dehidrasi etanol dengan molekular sieve dijelaskan sebagai berikut.

Umpan yaitu etanol 95% dipompa masuk ke dalam kolom stripper. Steam parsial

yang mengandung uap etanol dipanaskan dengan super heater kemudian masuk ke

dalam unit molecular sieve untuk proses dehidrasi. Uap kemudian dilewatkan ke

tumpukan molecular sieve. Uap etanol anhidrat kemudian masuk ke dalam

condensor lalu didinginkan lebih lanjut dalam cooler hingga mendekati temperatur

ambient. Etanol cair kemudian ditampung dalam tangki etanol.

Proses molekular molecular sieve terdiri dari dua kolom yang bekerja

bergantian dimana operasi berjalan di kolom yang satu dan regenerasi di kolom

yang lainnya. Regenerasi dilakukan dengan menjadikan kondisi kolom menjadi

vakum. Air yang teradsorbsi pada molecular sieve akan terdesorbsi kemudian

terevaporasi. Uap hasil evaporasi kemudian dimasukkan kembali ke dalam kolom

stripper.

Keunggulan molecular sieve dibandingkan distilasi azeotrop:

1. Proses sederhana sehingga mudah dioperasikan

2. Tidak memerlukan penambahan bahan kimia (inert)

3. Sieve dapat digunakan untuk pemisahan beberapa jenis kontaminan, dengan

menggunakan beberapa jenis ukuran sieve yang spesifik untuk masing-masing

molekul yang ingin dipisahkan.

4. Memiliki umur yang panjang. Permasalahan yang umum terjadi hanya pada

terjadinya fouling dan kerusakan akibat destrusi mekanik.

5. Dapat didesain sebagai sisterm terpisah atau terintegrasi dengan sistem distilasi.

6. Jika diintegrasikan dengan sistem distilasi, penambahan steam hanya sedikit di

atas kebutuhan teoritis sistem distilasi itu sendiri.

7. Tidak memerlukan kontrol yang ketat pada kualitas produk.

Tabel 2.2 Perbandingan Adsorbsi dan Distilasi Azeotrop

Dasar seleksiAdsorbsi dengan

Molecular sieveDistilasi Azeotrop

Teknologi Sederhana Lebih kompleks

Bahan TambahanNitrogen (Untuk

regenerasi)

Benzene (Untuk

entrainer)

Limbah tidak ada Benzene

II-8

Yield 99,5% berat 99,5% berat

Dasar seleksiAdsorbsi dengan

Molecular sieveDistilasi Azeotrop

Operating CostLebih Rendah

(untuk regenerasi saja)

Lebih tinggi (Untuk

steam, cooling water,

etnrainer)

Capital cost

Lebih rendah

(alatnya berukuran

lebih kecil)

Lebih tinggi

(diperlukan kolom

tambahan)

II.3 Uraian Proses Terpilih

Berdasarkan tipe – tipe proses, pemilihan proses yang digunakan untuk

pembuatan bioetanol dari nira batang sorgum antara lain :

1. Tahap Penggilingan

2. Tahap Prefermentasi

3. Tahap Fermentasi dengan Bahan Baku Gula (Molases)

4. Tahap Purifikasi :

a. Distilasi azeotrop

b. Dehidrasi dengan Molecular sieve

II.4 Potensi dan Spesifikasi Bahan Baku

Sumber genetik tanaman sorghum berasal dari pantai selatan laut tengah.

Penyebaran tanaman sorghum meluas di berbagai negara dunia, baik negara-negara

beriklim tropis maupun subtropis. Tanaman ini mampu beradaptasi pada daerah yang luas

mulai 45 LU sampai dengan 40 LS, mulai dari daerah dengan iklim tropis-kering (semi

arid) sampai daerah beriklim basah. Tanaman sorgum masih dapat menghasilkan pada

lahan marginal. Budidayanya mudah dengan biaya yang relatif murah, dapat ditanam

monokultur maupun tumpangsari, produktifitas sangat tinggi dan dapat diratun (dapat

dipanen lebih dari 1x dalam sekali tanam dengan hasil yang tidak jauh berbeda,

tergantung pemeliharaan.

II-9

Gambar 2.4 Tanaman Sorghum Gambar 2.5 Penampang Biji Sorghum

Kingdom : Plantae (tumbuh-tumbuhan)

Divisi : Spermatiphyta (tumbuhan berbiji)

Subdivisi : Angiospermae (berbiji tertutup)

Kelas : Monocotyledonae (biji berkeping satu)

Ordo : Poales

Famili : Poaceae (Gramineae)

Genus : Andropogon

Spesies : Andropogon halepensis (L) Pers. sinonim Sorghum halepense sin. S.

nitidium (Vahl.) Pers. atau S. Saccharatum (L) Moench. sin. S. vulgare Pers. atau kini

dikenal dengan nama Andropogonsorghum Brot. varietas vulgaris Hack.

Sorghum dikenal dengan banyak nama, diantaranya jagung centrik, gandrung,

gandum, degem, gandrung kumpay, gandrung terigu (Jawa Barat, Sunda); jagung pari,

jagung cantel, gandum, oncer (Jawa Tengah dan Jawa Timur), sela (Flores); bata (Bugis);

jagung garai atau gandum (Minangkabau), dan enjelai (Sumatra Barat). Di luar negeri,

sorghum dikenal dengan nama kaoliang (Cina); jowar atau jaur (India); gerst (Belanda);

sorgo, zahina atau milulo (Spanyol); sargo atau sorghum (Inggris); sorgho (Prancis); dan

sorgo (Portugis).

Tabel 2.3. Bagan Komposisi Shorghum

Komponen KomposisiAir 67,20%

Gula 16,30%Selulosa 6,40%

Hemiselulosa 5,00%Lignin 4,60%

Ash 0,50%Sumber: Paturau (1982)

II.5 Target Produk (Kualitas)

II-10

Target produk pabrik bioethanol dari batang sorghum ini adalah menghasilkan

produk etanol dengan kemurnian 99,5 % untuk memenuhi 22% kebutuhan bioetanol di

Indonesia.

II.6 Kapasitas

Kapasitas Produksi yang akan digunakan berdasarkan ketersediaan bahan baku :

1 ha menghasilkan 50 ton batang

50 ton batang = 37 ton juice sorghum

1 ton juice = 87 L etanol

Sumber : “Refining Sweet Sorghum to Ethanol and Sugar”, A. Dauriat et all,

Bioresource Technology, 2004

10.000 ha lahan yang dapat dipanen bergantian. Dalam setahun bisa dipanen sampai 2x.

Sehingga tiap tahun dapat terus beroperasi

10.000 x 50 x 2 = 1.000.000 ton batang

1.000.000 ton batang = 740.000 ton juice

740.000 ton juice = 64.380 kL etanol/tahun

Kapasitas produksi per hari = 195 kL

Batang Sorgum yang diperlukan per hari = 3030,30 ton

Sehingga pabrik dapat menyuplai 2,04% dari kebutuhan etanol 99% nasional.

Pertimbangan diambilnya kapasitas pabrik di atas antara lain memperhatikan kapasitas

pabrik etanol yang telah berdiri serta kemungkinan adanya pendirian pabrik etanol yang

lain baik berbahan baku biomassa lignoselulosa maupun pati atau molases.

II.7 Basis Perhitungan

Basis perhitungan yang digunakan desain pabrik bioethanol dari batang sorghum ini

adalah sebagai berikut :

a. Kapasitas produksi = 195 kL/hari

b. Hari kerja = 330 hari

c. Jam kerja = 24 jam

d. Basis operasi = 1 jam operasi

II.8 Basis Desain Data

II-11

Pabrik ini direncanakan dibangun di Kota Surakarta, Propinsi Jawa Tengah. Dengan

kondisi alam sebagai berikut :

Kelembaban udara : ± 75 %

Suhu : 21 – 32,5 ⁰C

Curah hujan : ± 2,200 mm

Gempa : -

Angin : 4 knot dengan arah angin sebesar 240o.

( Sumber : BMG )

II.9 Uraian Proses

Proses produksi alkohol dengan teknologi fermentasi secara semi kontinyu dari bahan

gula (nira sorgum manis) dapat dibagi menjadi 5 tahap, yaitu :

1. Tahap Penggilingan

2. Tahap Prefermentasi

3. Tahap Fermentasi

4. Tahap Distilasi

5. Tahap Dehidrasi Molecular sieve

II.9.1 Tahap Persiapan

Batang sorgum disimpan dalam suatu gudang penyimpanan (F-111),

yang kemudian dialirkan menggunakan belt conveyor (J-113) menuju cutter (C-

112). Kemudian batang sorgum yang telah terpotong lebih kecil dialirkan lagi

menggunakan belt conveyor (J-114) menuju ke roll mill (C-110). Pada roll mill

dialirkan air imbibisi sehingga terjadi proses ekstraksi hingga menghasilkan nira.

kemudian nira ditampung di dalam tangki penampung (F-122). Dari tangki

penampung nira dialirkan menuju rotary drum filter (H-121) untuk memisahkan

kotoran padat yang masih terikut dengan nira. Kotoran padat dialirkan melalui

screw conveyor (J-123) menuju pengolahan limbah beserta bagas dari roll mill.

II.9.2 Tahap Pre Fermentasi

Tahap ini bertujuan untuk mendapatkan bahan baku yang sesuai untuk

diumpankan ke fermentor.

1. Proses Penurunan pH

Nira yang keluar dari rotary drum filter ditampung di dalam tangki

penampung (F-124), yang kemudian dipompa masuk ke dalam tangki

pencampur (M-120) dengan ditambahkan urea dan H2SO4 98% untuk

menurunkan pH dari 5,6 menjadi 4-4,5.

II-12

2. Proses Sterilisasi

Output dari Tangki pencampur berupa nira mentah yang selanjutnya

dipompa menuju Tangki Sterilisasi (F-212). Tujuan dari proses sterilisasi yaitu

agar di dalam proses tidak terjadi kontaminan terhadap bakteri lain. Sterilisasi

dilakukan dengan menggunakan steam 148oC. Kemudian dipompa menuju ke

Tangki Penampung Nira Steril (F-214) yang dilengkapi dengan coil pendingin

agar suhunya turun mencapai 30oC.

3. Tahap Pembuatan Starter (Pengembangbiakan Yeast)

Nira dari Tangki Penampung Nira Steril dibagi menjadi dua, 5 %

nira steril dipompa ke Tangki Starter (R-211) dan 95% masuk ke Tangki

Fermentor (R-210). Proses dalam Tangki Starter berlangsung pada suhu 32oC

selama 24 jam. Pada Tangki Starter ditambahkan nutrient berupa Ammonium

phospat (NH4)2HPO4 dan urea (CO(NH2)2) yang merupakan sumber unsur N

dan P, untuk keperluan pertumbuhan yeast. Kemudian ditambahkan anti foam

(Turkey Red Oil).

Tahap ini bertujuan untuk melatih yeast agar dapat beradaptasi

dengan lingkungannya sehingga dapat berkembang biak dengan baik dan

untuk mempersiapkan bibit agar mampu melakukan proses pengubahan gula

menjadi alkohol.

Yeast yang dipakai pada produksi ini adalah yeast Saccharomyces

Cereviceae. Saccharomyces Cereviceae menghasilkan enzim invertase yang

mengubah sukrosa menjadi glukosa dan enzim zymase yang mengubah

glukosa menjadi etanol. Di dalam Tangki Starter dilengkapi coil pendingin

yang berfungsi untuk menstabilkan suhu di dalam Tangki Starter selama

proses berlangsung. Tahap ini berlangsung selama 20 jam. Reaksi yang

terjadi pada tahap pembuatan starter adalah pembentukan sel-sel yeast dan

reaksi pembentukan alkohol serta beberapa reaksi samping menghasilkan

acetaldehyde, fusel oil, dan asam asetat. Pembuatan larutan starter dilakukan

pada kondisi aerob karena adanya oksigen akan menghambat pembentukan

alcohol, tetapi dapat meningkatkan jumlah sel ragi yang tumbuh.

Reaksi yang terjadi pada tahap starter :

a. Reaksi penguraian sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa.

C12H22O11 + H2O 2 C6H12O6

b. Reaksi pembentukan etanol.

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

II-13

invertase

zymase

c. Reaksi pembentukan sel

C6H12O6 + 3.198 O2 + 0.316 NH3

1.929 CH1.703N0.171O0.459 + 4.098 CO2 + 4.813 H2O

Setelah inokulum dalam Tangki Starter selesai, selanjutnya akan

dipompa ke Tangki Fermentor.

II.9.3 Tahap Fermentasi

Tahap ini merupakan tahap yang paling menentukan terhadap produksi

etanol. Proses ini dilakukan dalam kondisi anaerob. Adanya oksigen akan

menghambat pembentukan alkohol, tetapi dapat meningkatkan jumlah sel ragi

yang tumbuh. Proses fermentasi ini dilakukan secara batch di dalam sebuah

fermentor (R-210) yang dilengkapi dengan pengaduk dan coil pendingin yang

berfungsi untuk menjaga suhu dalam fermentor konstan, yaitu pada suhu optimum

24oC.

Inokulum dari Tangki Starter dialirkan ke dalam Tangki Fermentor yang

telah berisi 95% nira steril. Selain itu ditambahkan juga anti foam (Turkey Red

Oil) sebanyak 10 ppm dari volume larutan. Dalam tahap ini terjadi reaksi utama

pembentukan etanol dan beberapa reaksi samping yang menghasilkan glyserol,

asam asetat dan karbondioksida.

Reaksi utama yang terjadi adalah sebagai berikut :

(C12H22O11) + H2O invertase 2 C6H12O6

C6H12O6 zymase 2 C2H5OH + 2 CO2

Proses fermentasi ini membutuhkan waktu 36 jam. Jadi setelah 36 jam

proses fermentasi dihentikan. Dari proses fermentasi dihasilkan gas CO2 yang

cukup banyak yang dikeluarkan menuju penampung gas CO2 yang nantinya dapat

dimanfaatkan untuk industri minuman soda. Hasil fermentasi dipompa masuk ke

tangki penampung (F-220) yang kemudian dipompa menuju rotari drum filter (H-

223) untuk dipisahkan padatan yang terbentuk dan beer-nya. Padatan dialirkan ke

Screw Conveyor (J-224) menuju ke pengolahan limbah. Beer masuk ke tangki

penampung (F-225) yang pada akhirnya proses ini menghasilkan etanol dengan

kadar 8-10%. Produk yang dihasilkan dinamakan beer. Campuran ethanol (beer)

dipompa menuju Pre-Heater (E-311) untuk menaikkan suhunya menjadi

98,195oC sebelum masuk ke Kolom Distilasi I (D-310).

II.9.4 Tahap Distilasi

II-14

Pada kolom distilasi 1 (D-310), akan dihasilkan etanol dengan tingkat

kemurnian 51%. Produk bawah berupa air, asam asetat, glycerol, sisa sukrosa, sisa

biomass dan antifoam yang akan masuk ke dalam pengolahan limbah. Selanjutnya

produk atas (distilat) dikondensasi dengan Condensor (E-312) dan dipompa (L-

321) masuk ke feed Kolom Distilasi II (D-320).

Pada kolom kedua, etanol didistilasi lebih lanjut sehingga kandungan

etanol pada bagian atas kolom kedua sebesar 95 % dan dikeluarkan untuk

selanjutnya dikondensasi dengan Condensor (E-322) dan dipompakan (L-324)

menuju Vaporizer (V-331)

II.9.5 Tahap Dehidrasi Molecular Shieve

Untuk menaikkan kadar etanol dari 95% menjadi 99,5% diperlukan

perlakuan tambahan yaitu dehidrasi, dimana etanol 95% dilewatkan pada sebuah

kolom berisi zeolit 3A, sehingga kadar etanol akan meningkat karena adanya

proses pengikatan air oleh zeolit 3A. Proses ini terjadi karena pori-pori zeolit

bersifat molecular shieves. Artinya, molekul zeolit hanya bisa dilalui oleh

partikel-partikel berukuran tertentu.

Unit molecular shieve (D-330) ada 3 buah dan dioperasikan berurutan

(sequentially) dimana Tangki Molecular Shieve I beroperasi (mengadsorbsi air

dari bioethanol) dan Tangki Molecular Shieve II dilakukan regenerasi. Proses

regenerasi dilakukan dengan bantuan pompa vakum dan dimana material adsorber

dari molekular sieve dilepaskan dan diuapkan bersama sisa uap etanol. Beberapa

pilihan regenerasi antara lain dengan steam, hot gas, pressure swing, atau off site

regenaration. (Smith,2005)

Bioetanol 95% dari Condensor dipompa menuju Tangki Molecular

Shieve I (D-330a), etanol dialirkan melewati zeolit 3A, air dalam bioetanol

teradsorbsi oleh zeolit karena molekul air berukuran 2,8 A sedangkan bioetanol

hanya melewati saja karena molekul bioetanol berukuran 4,4 A. Bioetanol dari

Tangki Molecular Shieve I dialirkan menuju Condensor (E-333) dan dialirkan ke

Cooler (E-333) didinginkan hingga suhu 32oC yang selanjutnya akan ditampung

dalam tangki penampung produk bioetanol (F-334) 99, 5%.

II-15