i

BAHAN AJAR SISWA

REKAYASA PERALATAN BIOETANOL

Disusun oleh:

Niamul Huda, ST., M.Pd Didi Kurniadi, S.Pd., M.Pd

Didukungi oleh:

TEACHING BIOMASS TECHNOLOGIES AT MEDIUM TECHNICAL SCHOOLS

Dikembangkan oleh:

ETC Foundation the Netherlands

Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Mesin dan Teknik Industri/ TEDC Bandung Desember 2013

DIKLAT TEKNOLOGI BIOETANOL BAGI GURU SMK

i

KATA PENGANTAR

Modul ini dimaksudkan untuk memandu peserta pendidikan dan pelatihan

kompetensi untuk melaksanakan tugas kegiatan belajar di tempat diklat ataupun di

tempat masing-masing. Dengan demikian diharapkan setiap peserta diklat akan

berusaha untuk melatih diri memecahkan berbagai persoalan sesuai dengan tuntutan

kompetensi yang akan dipilih.

Di dalam buku modul ini diberikan kegiatan belajar, tugas- tugas dan tes formatif

dimana seluruh kegiatan tersebut diharapkan dikerjakan/dilakukan secara man-

diri/kelompok oleh setiap peserta diklat untuk melatih kemampuan dirinya dalam

memecahkan berbagai persoalan

Dalam pelaksanaanya seluruh kegiatan dilakukan oleh setiap peserta/siswa

dengan arahan Pembimbing/Instruktur yang ditugaskan, dan pada akhir diklat seluruh

materi dari modul ini akan diujikan secara mandiri untuk memenuhi tuntutan

kompetensi dan standar pekerjaan/perusahaan.

Materi pembelajaran atau bahan dari modul dan tugas-tugas ini diambil dari be-

berapa buku referensi yang dipilih dan juga buku referensi tersebut sebagai bahan

bacaan yang dianjurkan untuk memperkaya penguasaan kompetensi peserta diklat.

Diharapkan setiap peserta pelatihan setelah mempelajari dan melaksanakan

semua petunjuk dari modul ini secara tuntas, akan mempunyai kompetensi sesuai

dengan tuntutan pekerjaan sebagai tenaga pelaksana pemeliharaan Teknik Energi

Terbarukan.

Bandung, Maret 2014

Kepala PPPPTK BMTI,

Dr. Dedy H. Karwan, MM

NIP. 19560930 198103 1 003

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................... i

DAFTAR ISI ................................................................................................ ii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... iv

PETUNJUK PENGGUNAAN BAHAN AJAR SISWA ............................... v

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

A. Latar Belakang ..................................................................................... 1

B. Deskripsi Bahan ajar siswa ............................................................... 1

C. Tujuan Pembelajaran .......................................................................... 1

D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok .................................................... 2

BAB II KEGIATAN PEMBELAJARAN ............................................................... 3

A. PROSES BIOETANOL ........................................................................ 3

1. Deskripsi Materi ............................................................................. 3

2. Indikator Keberhasilan ................................................................ 3

3. Uraian Materi dan Contoh Soal/ Penugasan....................................... 3

4. Latihan Soal dan Penugasan............................................................ 11

5. Rangkuman ..................................................................................... 12

6. Evaluasi Materi Pokok ............................................................... 12

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .................................................... 12

B. REKAYASA DAN FUNGSI PERALATAN BIOETANOL ...................... 13

1. Deskripsi Materia............................................................................... 13

2. Indikator Keberhasilan .............................................................. 13

3. Uraian dan contoh Soal/ Penugasan................................................. 13

4. Latihan Soal dan penugasan ............................................................ 50

5. Rangkuman ...................................................................................... 51

6. Evaluasi Materi Pokok ................................................................ 52

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ..................................................... 52

C. ALAT UKUR UJI BIOETANOL ............................................................. 53

1. Deskripsi Materi ............................................................................ 53

2. Indikator Keberhasilan ................................................................. 53

3. Uraian dan contoh Soal/ penugasan................................................... 53

4. Latihan Soal dan penugasan............................................................... 57

ii

5. Rangkuman ................................................................................... 58

6. Evaluasi Materi Pokok ............................................................. 59

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ................................................... 59

D. PERALATAN PEMANFAATAN BIOETANOL .................................... 60

1. Deskrispi Materi ........................................................................ 60

2. Indikator Keberhasilan ............................................................. 60

3. Uraian dan contoh Soal dan Penugasan ........................................ 60

4. Latihan Soal dan penugasan........................................................... 65

5. Rangkuman ................................................................................... 67

6. Evaluasi Materi Pokok ............................................................. 67

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ................................................. 68

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................... 70

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Prinsip kerja GC

Gambar 3.2. Prinsip kerja HPLC

Gambar 3.3. Proses pencampuran enzym

Gambar 3.4. Skala pada alkohol meter

Gambar 3.5. Mengukur kadar bioetanol

Gambar 4.1. Panci catering

Gambar 4.2. Kompor langsung tabung bioetanol

Gambar 4.3. Kompor tabung bioetanol terpisah

Gambar 4.4. Kompor bioetanol generasi 2

Gambar 4.5. Lidah api kompor bioetanol generasi 2

Gambar 4.6. Bioetanol sebagai bahan bakar minyak

Gambar 4.7. Zeolit

Gambar 4.8. Bioetanol direndam dengan zeolit

Gambar 4.9. Sterilisasi peralatan kesehatan

Gambar 4.10. Alat kesehatan dan sterilisasi

iv

PETUNJUK PENGGUNAAN BAHAN AJAR SISWA

1. Baca semua isi dan petunjuk pembelajaran bahan ajar siswa mulai halaman

judul hingga akhir bahan ajar siswa ini. Ikuti semua petunjuk pembelajaran yang

harus diikuti pada setiap Kegiatan Belajar

2. Belajar dan bekerjalah dengan penuh tanggung jawab dan sepenuh hati, baik

secara kelompok maupun individual sesuai dengan tugas yang diberikan.

3. Kerjakan semua tugas yang diberikan dan kumpulkan sebanyak mungkin

informasi yang dibutuhkan untuk meningkatkan pemahaman Anda terhadap

bahan ajar siswa ini.

4. Jagalah keselamatan dan keamanan kerja serta peralatan baik di kelas,

laboratorium maupun di lapangan.

5. Kompetensi yang dipelajari di dalam bahan ajar siswa ini merupakan kompetensi

minimal. Oleh karena itu disarankan siswa mampu belajar lebih optimal.

6. Laporkan semua pengelamana belajar yang diperoleh baik tertulis maupun lisan

sesuai dengan tugas setiap bahan ajar siswa.

1

BAB I

A. Latar Belakang

Sejak tahun 2005 pemerintah mulai memfokuskan lebih sistematis pada energi

terbarukan. Aplikasi energi terbarukan di Indonesia saat ini berlangsung di bidang

tenaga air, energi panas bumi, bio-energi, energi angin, energi surya, dan energi

pasang surut. Dalam Cetak Biru Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025 (2005)

menunjukkan bahwa ada pemanfaatan yang belum jelas dari sumber energi

terbarukan: kapasitas terpasang hanya sebagian kecil dari potensi sumber energi

terbarukan yang berbeda. Untuk Micro Hydro Power (MHP) ini adalah 18%, tetapi

untuk energi terbarukan lain bahkan jauh lebih rendah, Untuk aplikasi biomassa ini

hanya 0,6%.UU Energi Nomor 30 Tahun 2007 merupakan dasar hukum energi

kebijakan pasokan Indonesia untuk melayani kebutuhan energi nasional, prioritas

kebijakan pengembangan energi, kebijakan pemanfaatan sumber daya energi

nasional dan saham energi nasional. Hukum menyatakan bahwa setiap warga

negara Indonesia memiliki hak untuk mengakses sumber-sumber energi modern.

Dalam Visi Energi 25/25 arah kebijakan energi nasional diuraikan. Kebijakan ini

bertujuan untuk meningkatkan pemanfaatan energi terbarukan menjadi 25% dari

total pasokan energi pada tahun 2025. Visi menunjukkan pergeseran dari

konsentrasi pada pasokan energi fosil ke energi terbarukan, setidaknya di mana

harga biaya energi fosil yang lebih tinggi.

B. Deskripsi Bahan ajar siswa

Bahan ajar siswa ini membahas tentang proses bioetanol, rekayasa dan fungsi

peralatan bioetanol, alat ukur bioetanol dan peralatan pemanfaatan bioetanol.

C. Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini diharapkan peserta mampu :

o Menjelaskan pengertian bioetanol dan pemanfaatannya.

o Menjelaskan cara pembuatan bioetanol beserta bahan yang diperlukan.

o Menjelaskan proses bioetanol dari bahan baku singkong beserta peralatan

yang diperlukan untuk proses tersebut.

o Mendeskripsikan pengertian pengukuran bioetanol.

o Mendeskripsikan cara pengukuran bioetanol

2

o Menyebutkan alat pengukuran bioetanol

o Mengukur kadar bioetanol

o Mendeskripsikan macam-macam peralatan pemanfaatan bioetanol

o Mendeskripsikan cara kerja peralatan bioetanol

o Membuat salah satu peralatan pemanfaatan bioetanol

D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok

Proses Bioetanol

o Pengertian Bioetanol

o Sifat-sifat bioetanol

o Pembuatan alkohol

o Proses produksi bioetanol dari bahan baku singkong

Rekayasa dan fungsi Peralatan Bioetanol

o

Alat Ukur Uji Bioetanol

o Analisis dengan GC (Gas Chromatography)

o HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

o Metode enzym

o Hydrometer

Peralatan Pemanfaatan bioetanol

o Kompor bioetanol

o Bahan bakar bioetanol

o Pemeliharaan peralatan kesehatan

3

BAB II

A. PROSES BIOETANOL

1. Deskripsi materi.

Proses bioetanol membahas tentang pengertian bioetanol, sifat-sifat bioetanol, cara

pembuatan bioetanol dan proses pembuatan bioetanol dari bahan baku singkong.

2. Indikator keberhasilan

Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :

2.1. Menjelaskan pengertian bioetanol dan pemanfaatanya.

2.2. Menjelaskan cara pembuatan bioetanol beserta bahan yang diperlukan.

2.3. Menjelaskan proses bioetanol dari bahan baku singkong beserta peralatan

yang diperlukan untuk proses tersebut.

3. Uraian, contoh soal dan penugasan

3.1. Pengertian Bioetanol

Bioetanol / 'etanol' / Etil Alkohol adalah alkohol yang dibuat dengan fermentasi

gula, pati atau komponen bahan tanaman lain dengan menggunakan seperti ragi

Saccharomyces cerevisiae

Alkohol merupakan senyawa organik yang mengandung gugus hidroksida (-OH)

dan mempunyai rumus umum CnH2n+1OH. Dalam bidang industri, alkohol lebih

dikenal dengan nama etanol atau etil alkohol dengan rumus kimia C2H5OH. Etanol

termasuk alkohol primer yaitu alkohol yang gugus hidroksidanya terikat pada atom

karbon primer. Dalam perdagangan, alkohol murni umumnya mengandung 95%

C2H5OH dan 5% H2O yang dikenal dengan nama alkohol mutlak. Sedangkan untuk

memperoleh alkohol dengan kandungan etanol 100%, air dapat diikat dengan CaO

atau dengan penyulingan “azeotrop”.

3.2. Sifat-sifat bioetanol

Bioetanol mempunyai sifat fisik dan sifat kimia sebagai berikut:

3.2.1. Bioetanol mempunyai sifat fisik :

Mudah menguap

Mudah terbakar, jika terbakar menimbulkan api biru tanpa jelaga

4

Berbau spesifik (khas)

Cairannya tidak berwarna (jernih)

Larut dalam air, metal alkohol, eter, kloroform dan aseton

Tidak korosif

Sebagai pelarut organik yang baik

Mempunyai titik didih 78,4°C

Mempunyai titik beku – 11,25°C

3.2.2. Bioetanol mempunyai sifat kimia :

Alkohol bereaksi dengan asam karboksilat pada temperatur 140oC

membentuk ester.

Alkohol direaksikan dengan logam Na menghasilkan senyawa-senyawa

natrium alkanoat

5

Reaksi oksidasi

3.3. Pembuatan alkohol

Cara pembuatan alkohol ada dua macam, yaitu

3.3.1.Cara Sintetis

Pembuatan alkohol dengan cara sintetis yaitu dengan melakukan reaksi kimia

elementer (reaksi adisi dan pergantian).

Reaksi Grignard

Reaksi Grignard memberikan cara yang sangat baik untuk membuat alkohol yang

berkerangka karbon rumit.

Suatu Reaksi Grignard :

a) Dengan formaldehida menghasilkan suatu alkohol primer.

6

b) Dengan aldehida lain menghasilkan suatu alkohol sekunder.

c) Dengan keton menghasilkan suatu alkohol tersier.

Reduksi Senyawa Karbonil

Alkohol dapat dibuat dari senyawa karbonil dengan reaksi reduksi, dimana

atom-atom hidrogen ditambahkan kepada gugus karbonilnya. Misalnya,

reduksi suatu keton dengan hidrogenasi katalitik atau dengan suatu hidrida

7

logam menghasilkan suatu alkohol sekunder. Rendemen seringkali

90-100 persen.

O OH

CH3CCH3 CH3CHCH3

Aseton 2-propanol

Hidrasi Alkena

Bila suatu alkena diolah dengan air dan suatu asam kuat yang berperan

sebagai katalis, unsur-unsur H+ dan OH- mengadisi ikatan rangkap dalam suatu

reaksi hidrasi. Produknya adalah alkohol. Banyak alkohol, seperti ethanol

laboratorium dibuat secara komersial oleh hidrasi alkena.

CH2 CH2 + H2O CH3 CH2 OH

Etilena Air Etanol

3.3.2. Cara Fermentasi

Pembuatan alkohol dengan cara fermentasi yaitu dengan bantuan aktivitas mikroba

(merupakan cara konvensional yang sampai sekarang masih banyak dilakukan).

Proses fermentasi yang penting dan banyak dikembangkan dalam industri adalah

pembuatan etil alkohol (etanol) dengan menggunakan bahan yeast. Yeast yang

digunakan dalam industri alkohol adalah Saccaromyces Cereviceae. Yeast ini

bersifat anaerob. Yeast dalam pembuatan etanol berperan sebagai penghasil enzim

yang merupakan biokatalisator (katalis organik) yang mengubah gula menjadi

alkohol. Jenis bahan yang digunakan dalam pembuatan alkohol secara fermentasi

dapat dibagi menjadi tiga golongan, yaitu :

a. Bahan yang mengandung sakarosa atau sukrosa

Contoh bahan yang mengandung sakarosa atau sukrosa diantaranya

adalah gula tebu, gula bibit, air sari buah, tetes.

b. Bahan yang mengandung pati atau amilum

Contoh bahan yang mengandung pati atau amilum diantaranya adalah

singkong,jagung, beras, gandum, kentang, pati.

c. Bahan yang mengandung selulosa

Contoh bahan yang mengandung selulosa diantaranya adalah kayu.

NaBH2

H2O, H+

H+

8

3.3.2.1. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi

Faktor – faktor yang mempengaruhi proses fermentasi antara lain adalah

sebagai berikut :

a. Kadar gula

Hampir semua strain yeast dapat memfermentasikan glukosa, fruktosa,

sukrosa dan galaktosa. Kadar gula yang tepat akan meningkatkan efisiensi

fermentasi dimana kadar optimal untuk fermentasi yaitu 12-18%. Apabila

kadar gula terlalu pekat akan berakibat kurang baik terhadap pertumbuhan

yeast yang dalam hal ini juga akan mempengaruhi aktvitas enzim. Pada

konsentrasi substrat (gula) yang tinggi maka laju reaksinya akan lebih kecil.

Gula yang pekat tersebut dapat menghambat laju konversi menjadi produk

etanol. Dalam hal ini aktivitas enzimatik menurun pada konsetrasi yang tinggi

dan cenderung membentuk sisa gula yang tidak terpakai, disamping itu

waktu fermentasinya juga lebih lama. Begitu juga sebaliknya, apabila kadar

gula rendah ( dibawah kadar optimum ) maka kecepatan reaksi dan jumlah

yeast tidak sesuai dengan kadar gula yang terdapat dalam media tersebut.

b. Suhu

Suhu mempengaruhi proses fermentasi melalui 2 (dua) hal, yaitu :

- Secara langsung mempengaruhi aktivitas enzim.

- Secara tidak langsung mempengaruhi hasil alkohol karena adanya

penguapan.

Aktivitas yeast akan optimum pada suhu 19–24oC, dimana pada suhu

tersebut yeast terbentuk dalam jumlah yang banyak (fase logaritmik) dan

dapat beraktivitas secara optimal. Selama fermentasi temperatur akan terus

meningkat. Oleh karena itu penggunaan sistem pendinginan sangat

diperlukan untuk menstabilkan temperatur. Jika temperatur diatas 27oC,

etanol akan cepat menguap dan pertumbuhan bakteri akan tumbuh dengan

suburnya. Temperatur optimal pertumbuhan bakteri adalah pada suhu 30–40

oC.

c. Tekanan

Tekanan sangat mempengaruhi proses fermentasi. Jika tekanan terlalu tinggi

maka enzim akan mengalami denaturasi, sehingga yeast tidak aktif dan

proses fermentasi akan terhambat. Dalam hal ini jika tekanan terlalu tinggi

maka akan terjadi water activity, dimana bakteri akan tumbuh dengan optimal

9

dan proses fermentasi akan mengalami kegagalan karena konsentrasi etanol

yang dihasilkan akan sangat rendah sekali atau bahkan tidak akan terbentuk

etanol sama sekali atau dengan kata lain hanya menghasilkan air 100

persen.

d. pH

pH optimum untuk fermentasi adalah 4,5–5,5 dimana pada pH ini

pertumbuhan bakteri dapat dihambat. Pada umumnya mikrobia dapat tumbuh

pada pH 3–4. Tetapi untuk bakteri, pH optimumnya adalah pada pH 6,5–7,5.

Di luar range tersebut bakteri tidak dapat tumbuh dengan baik. Yeast dapat

hidup pada pH 2,5–8,5, tetapi pada proses fermentasi ini karena yang

diinginkan adalah aktivitas dari yeast maka pH optimum untuk fermentasi

adalah 4,5–5,5. Hal ini dimaksudkan agar aktivitas yeast tidak terganggu atau

bersaing dengan aktivitas bakteri.

e. Nutrisi ( unsur hara )

Umumnya yeast memerlukan unsur C, H, O, N, P, K, Mg dan Ca dalam

jumlah yang cukup besar. Sedangkan unsur lain seperti Fe dan Cu

dibutuhkan dalam jumlah yang kecil.

3.4. Proses produksi bioetanol dari bahan baku singkong.

3.4.1. Penghancur singkong

Penghancuran singkong melalui beberapa tahap, yaitu :

Pengupasan,

Pemarutan,

Pencampuran dengan air

Penyaringan singkong yang menghasilakan santan singkong.

3.4.2. Cooking (perebusan)

Adalah proses merebus bubur pati guna menguraikan zat pati dengan zat gula

dengan batuan enzim alpha-amilase

3.4.3. Sakarifikasi

Adalah proses perebusan dengan menggunakan enzim gluko-amilase yang

berfungsi memperbanyak zat gula yang ada

10

3.4.4. Fermentasi

Fermentasi adalah suatu proses biologis dimana gula (glukosa, fruktosa dan

sukrosa) diolah (tanpa oksigen atau tertutup rapat) menjadi energi seluler yang

menghasilkan etanol dan karbon dioksida

3.4.5. Penyulingan

Yang dimaksud penyulingan disini adalah, merebus bahan baku sampai titik

didih tertentu, sehingga menghasilkan uap, dimana uap tersebut kemudian

dialirkan ke tabung penyaring dan kemudian ke tabung pendingin yang akan

mengubah uap tadi menjadi cairan berupa alkohol.

3.4.6. Alat destilasi (penyuling).

Desain alat yang baik dan benar akan menentukan keberhasilan serta mutu yang

baik dari etanol yang dihasilkan.

3.4.7. Presisi dan akurasi

Setiap prosedur harus dijalankan dengan baik dan benar. Ketepatan

pengukuran dan akurasi peralatan akan mempengaruhi hasil maksimal.

Proses pembuatan bioetanol menggunakan bahan baku singkong

Preparasi

(Penambahan

Bahan bantu)

Fermentasi

Distilasi

Bioetanol

Bahan baku

singkong

penghancur Sakarifikas

i glukosa

11

4. Latihan Soal dan Penugasan

4.1. Bioetanol dapat mencapai 100% kandungan etanol dengan proses ....

a. Destilasi 3 kali

b. Azeotrop dengan CaO

c. Sakarifikasi dengan Enzym

d. Fermentasi tanpa oksigin

4.2. Bioetanol mempunyai sifat fisik yaitu:

a. Mudah menguap, mudah terbakar, berbau spesifik

b. Berwarna jernih, korosif, titik beku -11,25°C

c. Pelarut organik yang baik, larut dalam air, titik didih 93°C

d. Mudah menguap, korosif, titik didih 93°C

4.3. Alkohol mempunyai titik didih sebesar:

a. 74,5°C

b. 78,4°C

c. 93°C

d. 98°C

4.4. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi adalah :

a. Kadar gula, cahaya, tekanan, pH, Nutrisi

b. Kadar gula, cahaya, vakum, pH, Nutrisi

c. Kadar gula, suhu, vakum, pH, Nutrisi

d. Kadar gula, suhu, tekanan, pH, Nutrisi

4.5. Alat destilasi merupakan proses penyulingan yang bertujuan untuk...

a. Penguapan dan pengembunan air hasil fermentasi

b. Penguapan dan pengembunan etanol hasil fermentasi

c. Penguapan dan pengembunan air dan etanol hasil fermentasi

d. Memisahkan etanol dengan air hasil fermentasi

12

Penugasan:

Coba anda analisa :

1.Proses fermentasi yang menghasilkan kadar etanol kurang dari 5 %, apa

penyebab utamanya?

2. Hasil proses destilasi jika temperatur dibawah atau diatas titik didih etanol?

5. Rangkuman

Bioetanol / 'etanol' / Etil Alkohol adalah alkohol yang dibuat dengan fermentasi

gula, pati atau komponen bahan tanaman lain dengan menggunakan seperti ragi

Saccharomyces cerevisiae

Bioetanol mempunyai sifat fisik: mudah menguap, mudah terbakar, jika terbakar

menimbulkan api biru tanpa jelaga, berbau spesifik (khas), cairannya tidak

berwarna (jernih), larut dalam air, metal alkohol, eter, kloroform dan aseton, tidak

korosif, sebagai pelarut organik yang baik, mempunyai titik didih 78,4°C,

mempunyai titik beku – 11,25°C.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi adalah kadar gula, suhu,

tekanan, pH, Nutrisi.

Proses produksi bioetanol dari bahan baku zat pati (singkong) : penghancuran

singkong, perebusan, sakarifikasi, fermentasi, penyulingan, azeotrop.

6. Evaluasi Materi Pokok

6.1. Jelaskan proses pembuatan bioetanol dengan bahan baku singkong dengan

singkat dan berurutan!

6.2. Sebutkan peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan bioetanol

dengan bahan baku singkong.

6.3. Jelaskan komponen utama alat destilasi bioetanol beserta cara kerjanya.

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Setelah anda mengerjakan latihan, tugas dan evaluasi dengan hasil :

Ada yang salah maka silahkan mempelajari ulang bab ini

Dan jika semua sudah benar silahkan meneruskan ke bab selanjutnya

13

B. REKAYASA DAN FUNGSI PERALATAN BIOETANOL

1. Deskripsi Materi

Rekayasa dan fungsi peralatan bioetanol membahas tentang desain dan

fungsi proses peralatan bioetanol.

2. Indikator Keberhasilan

Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :

2.1 Mendeskripsikan jenis-jenis peralatan bioetanol

2.2 Mendeskripsikan fungsi , proses dan cara kerja peralatan bioetanol

2.3 Mendeskripsikan desain peralatan proses produksi bioetanol

3. Uraian dan contoh Soal/ penugasan

Setelah semua aspek yang berkaitan dengan proses pengolahan bioetanol

dibahas secara rinci maka selanjutnya dibahas mengenai apa dan

bagaimana desain peralatan yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil

cairan bioetanol dengan kualitas yang baik berdasarkan tahapan proses

tertentu yang diolah melalui sistem rekayasa peralatan/teknologi. Pada

prinsipnya peralatan bioetanol adalah penggabungan antara metode

fermentasi, yaitu memanfaatkan mikroorganisme untuk mengubah bahan

baku berzat pati menjadi glokosa atau berzat gula dengan metode

penyulingan (destilasi), yaitu memisahkan kadar air dengan kadar

alkoholnya. Penggabungan kedua metode tersebut menjadi prinsip dasar

proses dan cara kerja peralatan yang dapat menghasilkan bioetanol, yang di

desain dengan konstruksi bentuk sesuai dengan sifat alamiah bahan

bakunya. Walaupun dengan menggunakan peralatan dan bahan sederhana,

apabila cara kerja dari alat tersebut sudah benar dengan melalui proses

(treatment) yang tepat, maka bioetanol yang dihasilkanpun akan memiliki

kualitas yang baik. Proses produksi bioetanol yang lebih banyak dibahas

pada kegiatan belajar ini adalah “batch process” pada sakala Usaha Kecil

Menengah (UKM) yang akan berbeda dengan proses “Continuous process”

pada skala produksi yang lebih besar (industry).

Walaupun dengan peralatan sederhana, bioetanol dapat diproses. Namun

ada beberapa persiapan yang harus dilakukan untuk mendapatkan hasil

yang maksimal. Sebagai tahap awal adalah pengelompokan jenis-jenis alat

yang akan digunakan (bahan baku berzat pati) sebagai berikut :

14

1. Jenis alat yang digunakan

a. Alat pemanasan, yaitu alat yang akan digunakan selama proses

persiapan sampai dengan pemanasan atau pemasakan bahan baku.

Alat persiapan berupa alat pengupas dan parutan singkong,

pemerasan dan penyaringan. Untuk bahan baku Nenas dilakukan

proses pemerasan dan penyaringan.

Tujuan Proses : Mengupas, memarut singkong yang telah

dibersihkan selanjutnya diakukan pemerasan dan penyaringan.

Proses:

Sejumlah singkong yang telah dibersihkan, dikupas kulit luar, kulit

arinya serta dicuci bersih (rasio berat singkong bruto berbanding liter

bioetanol sekitar 7 kg : 1 Liter) kemudian diparut dan hasil parutan

ditambah air tawar (liter) sebanding 100 % x berat bruto (kg). Jumlah

tersebut ditampung terlebih dahulu di dalam receiver drum plastic

(kapasitas 60/125/200 lt) serta diaduk secara merata, setelah

dilakukan proses pemerasan dan penyaringan. Kemudian sebelum

dituangkan ke dalam cooking drum dilakukan penakaran kapasitas

bubur singkong.

Desain peralatan proses persiapan :

Berikut ini gambar perlatan proses kupas dan cuci, mulai dari pisau

pengupas, dan bak penampung hasil singkong yang telah dikupas

dan penampung singkong yang telah dicuci, yang kemudian

dipotong-potong disesuaikan dengan bak mesin pemarut. Sebelum

diparut/dicacah sebaiknya singkong yang sudah bersih ditimbang

terlebih dahulu, untuk mengetahui berat singkong sebagai bahan

estimasi untuk produk etanol yang dihasilkan. Alat pemarut didesain

dengan kapasitas 200 kg/jam dengan motor lstrik AC 1 HP (746

Watt), 110/220 V, 7,3 A, 1500 rpm, atau disesuaikan dengan

kapasitas daya listrik terpasang. Dengan dimensi 500 mm x 400 mm

x (800 – 1500 mm). Dilengkapi dengan timbangan.

15

(a)

(b)

(c)

16

(d)

(e) (f)

(g)

Gb. 2.1 (a) Peralatan proses kupas dan cuci, (b) pisau pengupas (c)

peralatan parut, (d) peralatan penyaring, (e) alat penakar (f) drum

plastic (g) timbangan

Alat Hydrolisis berupa drum besi dilengkapi dengan temperature

gauge 3” dengan batas ukur 1500C, kompor, pompa/saluran untuk

memindahkan cairan panas, dan alat pengaduk. Alat hydrolysis ini

dapat di desain secara tersistem dan otomatis sesuai dengan fungsi

dan prinsip kerjanya, yaitu :

17

Tujuan Proses & Fungsi Alat :

a. Tujuan Proses, Pemecahan zat pati dan zat gula.

b. Fungsi alat, Memanaskan cairan dipertahankan pada

temperatur tertentu dan diaduk terus menerus.

Proses : Bubur singkong kita pindahkan ke cooking drum

(menggunakan pompa). Kemudian masukan enzyme Alpha Amilase

sambil terus diaduk rata dan dipanaskan sampai 900C lalu

dipertahankan pada suhu ini selama 30 menit. Setelah proses

hydrolysis ini selesai, pindahkan cairan panas tersebut ke dalam

Sacharifator drum guna proses selanjutnya.

Contoh : Berat singkong setelah ditimbang 35 kg, untuk proses

hydrolysis, berapakah jumlah Enzyme Alpha Amilase yang harus

dicampurkan?. Jumlahnya sebanyak 0,03% x berat singkong =

0,03% x 35 kg = 10,5 gram.

Desain peralatan proses Hydrolisis :

(a) (b) (c)

Gb. 2.2 (a) dan (b) Hydrolisis Cooking drum kapasitas 60

liter (dilengkapi alat pengaduk dan manometer gauge), (c)

kompor

Berdasarkan peralatan proses Hydrolisis di atas terdapat beberapa

peralatan dan material sebagai berikut:

(1). material cooking drum terbuat dari bahan baja stainless

(stainless Steel) dengan titik lebur 1500 s.d. 17000C dan tidak

18

mudah korosi, memiliki kekerasan dan ketahanan aus. Kapasitas

drum yang dibuat harus disesuaikan dengan kapasitas dan rasio

produksi bioetanol. Agar tidak ada cairan yang terbuang saat proses

bioetanol sebaiknya isikan cairan ke dalam drum sesuai dengan

ketentuan perbandingan isi/kapasitas tempat, isikan cairan kurang

lebih 80 s.d. 85 % kapasitas drum agar selama pemanasan cairan

tidak meluap dan terbuang.

(2) alat pengaduk otomatis yang digerakan dengan menggunakan

motor listrik. Terdapat dua jenis pilihan yaitu : motor listrik AC dan

DC. Berapakah kapasitas dayanya ?, kecepatan putarannya (rpm)..?

ini juga harus menjadi pertimbangan efisiensi pemakaian daya. Pada

desain peralatan yang telah dibuat digunakan motor induksi ½ HP

untuk putaran 750 rpm s.d. 1500 rpm. Dengan alasan motor induksi

memiliki efisiensi daya tinggi dan perawatan lebih mudah. Dianjurkan

adanya pengaturan speed motor pengaduk. Cairan yang semakin

pekat speed motor harus berkurang.

Contoh : Motor induksi 3 Fasa sebesar. P= 155 Watt, Slip = 2,25%,

I0= 160 mA, P0= 100/98 Watt, I1= 300 mA, U=380 V, Cos Ø1=0,85,

cos Ø0=0,74 Hitung Daya masuk (Pin). Dan daya keluaran motor

bersih (BHP). R1 = 253 ohm (diukur langsung). Ns=2800, nr= 2790.

Jawab:

A. Daya masuk (Pin)

𝑃𝑖𝑛 = √3 𝑈. 𝐼1 𝐶𝑜𝑠 Ø = √3 .380. (0,3).0,85= 167 Watt.

Rugi daya inti pada saat tanpa beban (P0)

𝑃0 = √3 𝑈. 𝐼0 𝐶𝑜𝑠 Ø0 = √3 .380. (0,16).0,74= 77,9 Watt

Rugi daya lilitan stator (Prcu)

Prcu = I12 R = 0,32. 253 = 22,77 Watt

Daya keluar Stator (P0s) = Daya masuk – rugi daya stator total

= 167 W – 100,67 W

= 66,33 W

Daya keluar motor kotor (P0k) = (1 – S). P

= (1 – 0,025). 66,33 W

= 67,4 Watt

19

B. Daya Bersih motor (BHP)

POB= Pok - Pt= 67,4 Watt

Pt= 0 (Tidak perlu pendinginan dengan kipas karena motornya

kecil).

Jadi energy yang diserap selama 60 menit (1 jam)

E = P x t = 67,4 Watt x 1 jam = 67,4 Watt.jam

(3). Thermometer gauge dengan batas ukur 1500C (range 0 – 150).

Thermometer gauge dipasang dengan socket stainless steel

diameter ½ “ pada titik tengah dari tinggi drum. Fungsinya untuk

memonitor panas bubur singkong agar tidak melebihi panas yang

ditentukan.

(4). Kompor gas/tungku

Tungku dengan dimensi disesuaikan dengan dasar drum (diameter

dan ketinggian kaki penyangga drum). Apabila bioetanol telah

diproduksi, maka penggunaan kompor LPG dapat diganti dengan

kompor bioetanol.

(5). Heat Exchanger

(6). Pompa manual atau Pipa saluran outlet dan control valve (man

atau auto) untuk mengalirkan cairan ke proses selanjutnya (Proses

Sacharifator). Dapat dipasang sebuah kran (valve) dari bahan anti

karat stainless steel atau kuningan .

Desain proses Hydrolisis secara semi otomatis :

1. Masukan bubur singkong (80 % kapasitas drum) ke dalam

cooking drum.

2. Kompor menyala dan alat pengaduk bekerja secara otomatis.

3. Setelah suhu mencapai 900C maka thermometer control

mengatur penyalaan api kompor agar mempertahankan suhu

tersebut selama 30 menit.

4. Setelah suhu 900C dipertahankan selama 30 menit timer bekerja

dan alarm berbunyi tanda proses hydrolysis selesai atau

membuka automatic valve saluran outlet untuk proses pengaliran

bahan ke drum sacharifikasi.

20

Catatan : Dalam mendesain peralatan tersebut tetap

mempertimbangankan nilai ekonomis dan kualitas proses

produksi bioetanol.

Alat Sacharifikasi, berupa drum besi dilengkapi dengan

temperature gauge 3” dengan range 0 – 1500C, kompor, heat

exchanger atau kipas angin (fan), pompa manual atau saluran

outlet yang dilengkapi control valve (manual atau automatic

control valve) untuk memindahkan cairan, dan adukan kayu.

Tujuan Proses & Fungsi Alat :

a. Tujuan Proses, Pemecahan Glucosa dan Etanol.

b. Fungsi Alat : Mempertahankan suhu cairan pada suhu tertentu

selama waktu tertentu setelah proses Hydrolisis.

Proses: Pada drum ini, turunkan suhu cairan sampai 600C dan

nyalakan kompor pemanas untuk mempertahankan panas pada

suhu 600C selama 3 (tiga) jam, sambil terus di aduk, kita

tambahkan Enzyme Betha Amilase. Kemudian pindahkan cairan

ke dalam mixer drum dan dinginkan cairan sampai pada suhu

ruangan (25 s.d 300C), menggunakan heat exchanger atau cara

manual menggunakan kipas (fan).

Contoh : Berat singkong setelah ditimbang 35 kg, untuk proses

sacharifikasi, berapakah jumlah Enzyme Betha Amilase yang harus

dicampurkan?. Jumlahnya sebanyak 0,02% x berat singkong =

0,02% x 35 kg = 7 gram.

Desain peralatan proses Sacharifikasi :

Gb. 2.3 Drum proses Sacharifikasi

21

Berdasarkan peralatan proses Sacharifikasi di atas terdapat

beberapa peralatan dan material sebagai berikut:

(1). material drum sacharifikasi terbuat dari bahan baja stainless

(stainless Steel) dengan titik lebur 1500 s.d. 17000C dan tidak

mudah korosi, memiliki kekerasan dan ketahanan aus. Kapasitas

drum yang dibuat harus disesuaikan dengan kapasitas dan rasio

produksi bioetanol.

(2) alat pengaduk otomatis yang digerakan dengan menggunakan

motor listrik. Terdapat dua jenis pilihan yaitu : motor listrik AC dan

DC.

(3). Thermometer gauge dengan batas ukur 1500C (range 0 – 150)

(4). Kompor gas

(5). Heat exchanger atau fan

(6). Pompa manual atau Pipa saluran outlet dan control valve (man

atau auto) untuk mengalirkan cairan ke proses selanjutnya (Proses

pendinginan suhu ruang di mixer drum).

Desain proses Sacharifikasi secara semi otomatis :

1. Cairan yang telah dipindahkan dari drum hydrolysis, didinginkan

dengan menggunakan heat exchanger atau fan hingga mencapai

suhu 600C dan dipertahankan pada suhu ini selama 3 jam.

2. Untuk mengatur pemanasan digunakan thermometer control yang

mengatur penyalaan api untuk mempertahankan suhu tersebut.

3. Setelah suhu 600C dipertahankan selama 3 jam timer bekerja dan

alarm berbunyi tanda proses Sacharifikasi selesai atau membuka

automatic valve saluran outlet untuk proses pengaliran bahan

cairan ke drum mixer untuk proses pendinginan suhu kamar.

Catatan : Dalam mendesain peralatan tersebut tetap

mempertimbangankan nilai ekonomis dan kualitas proses

produksi bioetanol.

Desain Heat Exchanger :

Unit Heat Excanger ini berfungsi sebagai pendingin, cara kerjanya

sebagai berikut:

22

Dengan memasukan cairan panas ke dalam pipa diameter (ø) = 12”

melalui inlet A, kemudian menyebar ke dalam pipa ø ½”,

pendistribusian cairan panas ke pipa-pipa kecil di dalam pipa besar

akan mempercepat pendinginan. Air tawar dialirkan ke dalam pipa ø

12 “ melalui inlet C dan kemudian akan merendam pipa-pipa kecil di

dalamnya.

Air yang merendam pipa-pipa kecil tersebut disirkulasi dengan

menggunakan pompa, air pendingin yang hangat akan keluar melalui

outlet D. Sirkulasi terus dijalankan selama cairan panas mengalir

melalui pipa-pipa kecil yang ada. Cairan panas dalam pipa-pipa kecil

akan keluar ke sisi ujung pipa besar yang lain melalui Outlet B.

Apabila pendinginan belum mencapai temperature yang di setting,

maka langkah proses di atas dapat diulangi sampai tercapai

temperature yang diinginkan.

Satu unit pompa air 250 Watt untuk mensirkulasi air tawar dalam

pipa ø 12 “, semakin baik sirkulasinya maka proses pendinginan

semakin cepat. Diperlukan satu buah tangki air kapasitas 300 – 500

liter untuk mensuplai air tawar dan sebagai cadangan ketika air

disirkulasikan.

Keterangan :

Jika alat Heat Exchanger ini belum ada dapat digunakan unit

kipas angin (fan) yang besar dengan ukuran daun kipas minimal

ø 500 mm. Dengan menaruh di atas drum dengan tujuan untuk

menghisap suhu panas di permukaan cairan.

Jika unit pompa air panas otomatis belum ada maka untuk

pemindahan cairan panas dapat digunakan satu unit pompa

manual (hand pump).

Pada desain peralatan yang ada digunakan satu unit Heat

Exchanger dengan Panjang, P = 2000 mm x ø 12 “ berisi pipa

stainless steel P = 1800 mm x ø ½ “ sepenuh lingkaran.

23

Gb. 2.4 Penampang tabung unit Heat Exchanger.

b. Peralatan proses fermentasi

Kata fermentasi berasal dari bahasa latin ferverve yang berarti

mendidih. Istilah fermentasi dulu dipakai untuk menyatakan

perubahan atau peruraian dari karbohidrat dengan pembuatan gas.

Keterangan yang bersifat ilmiah, pertama kali diberikan oleh ahli

kimia dari Perancis yang bernama Louis Pasteur, dimana fermentasi

adalah proses peruraian gula menjadi alkohol dan karboksida yang

disebabkan oleh aktifitas sel – sel yeast yang hidup dan berkembang

biak dalam cairan fermentasi tanpa pemberian udara. Pasteur juga

menjelaskan sel – sel yeast memperoleh energi dari hasil

pemecahan molekul – molekul gula dalam keadaan tanpa udara.

Dengan adanya pertumbuhan ragi akan lebih cepat, tetapi kondisi

gula menurun. Pasteur menunjukkan bahwa dengan adanya udara, 1

gram yeast hanya dapat memproses 4 – 10 gram gula, sedangkan

tanpa udara yeast dapat memproses 60 – 80 gram gula.

Keterangan Pasteur tersebut disempurnakan oleh Buchner, yang

memperlihatkan bahwa fermentasi dapat dijalankan dalam larutan

gula dengan menggunakan ekstrak dari sel – sel yeast yang telah

mati. Kemudian diketahui bahwa cairan ini mengandung zat aktif

24

yang mampu memecah molekul gula (diberi nama fermentasi)

bukanlah sel – sel yang hidup, melainkan enzim yang dihasilkannya.

Sekarang fermentasi berarti desimilasi anaerobik dari senyawa –

senyawa organik karena aktifitas mikroorganisme atau ekstrak dari

sel – sel tersebut. Umumnya kata fermentasi sekarang mencakup

juga aksi mikrobial yang terkontrol. Dengan arti yang lebih luas

fermentasi tidak hanya meliputi proses – proses desimilasi seperti

pembentukan alkohol, butanol-aseton, asam laktat dan lain – lain

tetapi juga industri produksi cuka, asam sitrat, enzim, penisilin dan

antibiotik lainnya, serta riboflavin dengan vitamin – vitamin.

Dalam proses fermentasi selalu melibatkan katalis enzim. Enzim

adalah katalisator atau biokatalisator yang dihasilkan oleh

mikroorganisme dan dapat mempercepat terjadinya reaksi kimia.

Katalis enzim sangat memegang peranan penting dalam proses

fermentasi.

Tujuan fermentasi : proses peruraian gula menjadi alkohol dan

karboksida yang disebabkan oleh aktifitas sel – sel yeast yang hidup

dan berkembang biak dalam cairan fermentasi tanpa pemberian

udara.

(1) Alat Persiapan Fermentasi

Alat persiapan fermentasi sederhana berupa drum plastik besar dan

drum plastik kecil , dan adukan kayu.

Proses persiapan fermentasi:

Setelah suhu cairan turun pada suhu ruangan maka dilakukan

pencampuran bahan-bahan. Mutlak untuk dilakukan test Tingkat

keasaman cairan agar berada pada tingkat keasaman antara 3,9

s.d 4. Apabila terlalu asam, dapat ditambahkan cairan basa (NaOH)

sesuai keperluan dan apabila terlalu basa dapat ditambahkan cairan

asam (HCL) sesuai keperluan.

1 7 14

(ASAM) (NETRAL) (BASA)

25

Persiapan lanjutan sebelum fermentasi adalah pencampuran cairan

dengan bahan berupa :

Pupuk Urea (Za)

Pupuk NPK

Keduanya diaduk rata

Untuk pencampuran Yeast (Ragi) dilakukan cara khusus

pembuatan biang sbb: pertama, sejumlah Yeast (0,065% dari

berat singkong) ditempatkan pada sebuah mangkok, kemudian

diberi air tawar hangat sekitar 400C dengan jumlah secukupnya,

dan aduklah sampai larut dan merata, kedua, cairan utama yang

telah dicampuri Pupuk Urea (ZA) dan Pupuk NPK, diambil

sekitar 10% dari jumlah cairan utama, kemudian campuri dengan

Yeast yang telah larut sebanyak pada langkah pertama,

kemudian aduk secara merata dan tempatkan pada sebuah

drum plastic yang sesuai, ditutup rapat kemudian diamkan

selama 24 (duapuluh empat) jam atau sekitar 1 hari 1 malam.

Setelah 24 jam campurkan kembali dengan cairan utama yang

ada dalam drum plastic besar, kemudian aduklah secara

perlahan dan merata.

Fermentasi dapat berjalan dengan baik apabila selama proses,

cairan tidak tercampur dengan udara, sehingga diperlukan

pemilihan drum plastik yang memiliki tutup kedap udara. Hal ini

juga akan membuat gas hasil fermentasi akan mengalir ke

tabung monitor melalui selang plastik yang ada. Kemudian

diperlukan satu buah drum plastic kecil ukuran 20 liter dengan

tutup yang kedap udara, untuk biang ragi.

Takaran zat-zat campuran:

Untuk menentukan banyaknya enzyme alpha amilase dalam

campuran proses hydrolysis, enzyme betha amylase dalam

proses sacharifikasi, yeast (ragi)/fermipan untuk biang, pupuk

Urea (ZA) dan NPK pada proses campuran persiapan

fermentasi, diukur dengan dengan menggunakan timbangan

digital analitik. Ditunjukkan berikut ini:

26

Gb. 2.5 Timbangan digital analitik

Gb. 2.6 Takaran bahan/zat campuran

Gb. 2.7 Enzyme alpha dan beta amylase

27

Gb. 2.8 campuran zat dalam gelas ukur

(2) Alat Fermentasi

Alat fermentasi sederhana berupa drum plastic besar yang

jumlahnya disesuaikan dengan keperluan desain dan botol plastic

kecil yang diisi air yang digunakan untuk memantau proses

permentasi yang akan diletakan pada setiap drum plastic yang ada.

Satu drum plastic ukuran 60/125/200 liter dan diisi cairan yang

telah siap di fermentasi. Pindahkan cairan yang sudah

dicampur zat-zat tambahan ke drum fermentasi ini, lalu tutup

yang rapat.

Satu buah botol plastic ukuran 600 ml (seperti botol air

mineral bening), kemudian gunakan selang plastic ukuran

kecil (ø 4 mm) sebagai penghubung antara proses fermentasi

cairan di dalam drum dengan botol monitor reaksi, dilubangi

melalui tutup drum. Jika proses fermentasi mulai berjalan, gas

CO2 yang dilepas oleh cairan fermentasi akan keluar dari

ujung selang yang terendam dalam air botol plastic sehingga

proses fermentasi dapat dimonitor melalui pengeluaran

gelembung gas CO2.

Pada tutup drum terdapat dua lubang (saluran), yaitu :

28

1. Lubang pengisian cairan untuk proses fermentasi.

2. Lubang untuk keluaran selang yang menghubungkan

cairan dalam drum ke saluran botol monitor, sambungan

selang harus rapat dan kedap.

Jika tidak ada drum dapat pula digantikan dengan jerigen

plastic dengan kapasitas 20 – 30 liter.

Gb. 2.8 Drum Fermentasi Gb. 2.9 Jerigen Fermentasi

Apabila proses fermentasi akan dilakukan secara berturut-turut, maka

jumlah drum yang digunakan akan lebih dari satu, untuk tujuan

efisiensi tempat maka drum ditempatkan secara bertumpuk. Untuk

saluran pengisian dan keluaran ke Broth Tank (Tangki evaporator)

dapat dipasang secara paralel, dengan susunan sbb:

29

Gambar 2.10 Susunan multidrum fermentasi (tampak atas)

Susunan multidrum fermentasi

Pipa saluran utama (saluran masuk) dengan ø 2”, digunakan untuk

pengisian cairan fermentasi, saluran tersebut dilengkapi kran ø 2”. Dibuka

ketika cairan masuk dan ditutup kembali ketika pengisian cairan selesai

Setiap drum plastic ukuran 60/125/200 ltr, dilengkapi dengan 2 buah kran

ø 2 “, untuk saluran pengisian dan keluaran.

Dibuatkan rangka besi siku ukuran kurang lebih 100mmx100mmx10mm

pada tiap sisi drum. Untuk menahan drum saat ditumpuk.

Letakan sebuah drum plastic kapasitas 60 ltr sebagai saringan di bawah

kran pengeluaran. Setelah cairan di saring, simpan pada drum plastik

penampung (Broth Tank) dengan kapasitas 1000 ltr dilengkapi dengan 2

buah kran ukuran ø 2 “. Broth Tank berisi cairan yang sudah difermentasi,

siap untuk dimasak kapan saja.

Pertanyaan:

Berapa persen kadar etanol hasil fermentasi yang siap untuk proses

distilasi.

SALURAN UTAMA

SALURAN KELUAR

FILTER

SALURAN KE BROTH TANK

30

Peralatan Distilasi (Penyulingan)

Distilasi adalah suatu metode operasi yang digunakan pada proses

pemisahan suatu komponen dari campurannya dengan menggunakan

panas sebagai tenaga pemisah berdasarkan titik didih masing-masing

komponen. Misalnya pemisahan air (100 oC) dan alkohol (78.4 oC),

pemisahan propane (-42 oC) dan propylene (-47 oC).

Prinsip Kerja Distilasi

Distilasi termasuk pemisahan menurut dasar operasi difusional.

Kecepatan perpindahan massa tergantung pada luas permukaan bidang atau

antara fase uap dengan fase cair yang saling mengadakan kontak. Oleh karena

itu, kesempatan kontak antara kedua fase tersebut harus besar sehingga

distribusi komposisi kedua fase sempurna dan akan mendapatkan effisiensi

pemisahan yang tinggi.

Prinsip kerja dari distilasi secara garis besarnya adalah dengan

memasukkan umpan ke dalam kolom distilasi yang sudah diatur tekanannya.

Umpan dipanaskan dengan steam yang dihasilkan oleh reboiler. Setelah tercapai

titik didihnya, maka akan terbentuk uap yang naik menuju ke puncak kolom

distilasi, sedangkan cairan akan menuju kebawah. Cairan akan mengadakan

kontak fase dengan gas sehingga terjadi transfer massa dan panas. Transfer

massa komponen ringan dengan titik didih rendah (mudah menguap) pada

cairan sehingga membentuk gas. Komponen gas dengan titik didih tinggi (sukar

menguap) yang ada dalam gas akan kembali menjadi cair. Secara keseluruhan

proses yang terjadi dalam kolom distilasi adalah pemisahan antara komponen

berat terhadap komponen ringan. Produk atas banyak mengandung komponen

ringan, sedangkan produk bawah banyak mengandung komponen berat. Cairan

bawah lebih dulu dimasukkan dalam reboiler kemudian ditambah panas atau

steam. Uap panas kembali ke kolom distilasi sedangkan cairan diambil sebagai

produk bawah. Uap dalam kolom menuju keatas sambil melepas panas yang

akhirnya keluar sebagai hasil puncak. Setelah keluar uap masuk kedalam

kondensor, di dalam kondensor sejumlah panas dilepas sehingga terjadi

pengembunan fase gas ke fase cair. Fase cair sebagian dimasukkan lagi

kedalam kolom distilasi sebagai refluk dan sebagian lagi sebagai hasil atas.

31

Pembagian Proses Distilasi

Berdasarkan penggunaan uapnya distilasi dibedakan menjadi dua cara, yaitu :

1. Distilasi menggunakan uap

Distilasi uap menggunakan panas sebagai sumber energi untuk proses distilasi

dengan cara open steam, dimana uap tersebut mengadakan kontak langsung di

dalam sistem distilasi baik pada proses batch maupun kontinyu. Pada umumnya

distilasi dilakukan dengan penambahan komponen inert seperti nitrogen,

karbondioksia, flue gas dan sebagainya. Uap dengan temperatur 85 – 125 oC

digunakan karena tingkat energinya tinggi ( besarnya H sebesar 1098,6 – 1115,7

BTU/lb), murah dan tersedia dalam jumlah yang relatif banyak.

Gambar 2.11 Distilasi dengan Menggunakan Uap

2. Distilasi menggunakan reboiler

Distilasi dengan menggunakan reboiler disebut dengan closed steam, dimana

alat penukar panas (reboiler) digunakan untuk memaksa kembalinya panas dan

uap pada hasil bawah fraksionator. Reboiler diletakkan pada bagian menara, hal

ini membuat luas permukaaan menjadi besar. Namun untuk membersihkannya

harus menghentikan operasi distilasi. Reboiler dipanaskan oleh steam pemanas.

Kolom

Distilasi

Bottom /waste

WasteWaste

Steam

Feed

Refluks

Kondensor

Distilat

32

Gambar 2.12 Distilasi dengan Menggunakan Reboiler

Berdasarkan tekanan operasi yang digunakan, proses distilasi dibagi menjadi 3 ( tiga ) macam,

yaitu :

1. Distilasi atmosfer

Distilasi atmosfer adalah operasi yang digunakan pada proses pemisahan suatu

komponen dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didihnya dengan menggunakan

steam sebagai tenaga pemisah yang kondisi operasinya pada tekanan atmosfer atau 1

atmosfer. Distilasi ini banyak diterapkan pada industri perminyakan dan industri

penyulingan lainnya.

2. Distilasi vakum

Distilasi vakum adalah operasi yang digunakan pada proses pemisahan

komponen dari campurannya dengan menggunakan tenaga panas sebagai

tenaga pemisah pada kondisi operasinya di bawah tekanan atmosfer dengan

tujuan untuk menurunkan titik didih dari komponen-komponen yang akan

dipisahkan. Hal ini biasanya dilakukan untuk campuran yang memiliki

kesetimbangan azeotrop.

3. Distilasi tekanan tinggi

Distilasi tekanan tinggi merupakan suatu operasi yang digunakan pada proses

pemisahan suatu komponen dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didih

masing-masing komponennya, dengan kondisi operasi tekanan diatas 1 atm.

Tujuannya Karena pada tekanan 1 atm hanya diperoleh campuran azeotrop

alkohol dengan konsentrasi 70 persen. Sedangkan kebutuha etanol 96,8 persen,

Uap

Kolom Distilasi

Bottom /

Feed

Refluks Kondensor

Distilat

33

oleh Karena itu harus dilakukan distilasi tekanan tinggi dengan tekanan diatas 1

atm.

Faktor-faktor yang Menentukan Keberhasilan Distilasi

a. Temperatur

Temperature merupakan parameter penting dalam distilasi, karena distilasi bekerja

pada titik uap dan titik embunnya. Pada suatu cairan murni titik uap dan titik

embun identik sama dengan titik didih.

b. Tekanan

Tekanan dan temperature merupakan parameter yang saling berhubungan.

Makin tinggi tekanan, makin tinggi pula titik didih dari cairan umpan dan produk.

c. Reflux

Reflux biasanya dinyatakan dalam reflux ratio, yaitu angka perbandingan antara

cairan (L) yang dikembalikan ke kolom setelah kondensasi dengan distilat (D)

yang diambil.

D

LR

Kecepatan reflux yang dibutuhkan untuk suatu pemisahan dengan distilasi adalah

berbanding langsung dengan kecepatan umpan yang masuk kedalam kolom atau

produk yang dihasilkan.

Alat Destilasi terbagi menjadi 3 bagian yaitu:

1. Alat Evaporator

2. Unit Distilator

3. Alat Pendingin

Desain alat destilasi secara sistem adalah sebagai berikut:

34

Gambar 2.13 Desain Peralatan destilasi

Gambar 2.12 Rakitan Peralatan destilasi

Unit Evaporator

Unit Distilator

Unit Pendingin

35

Bentuk dan Desain Alat Evaporator

Prinsip Kerja Alat Evaporator

Menguapkan cairan fermentasi untuk menjadi bioetanol dengan temperature

780C – 900C. Uap yang mengalir ke atas itulah yang mengandung etanol yang

dibutuhkan. Apabila temperature melebihi 900C, maka air yang terkandung

dalam cairan fermentasi tersebut akan ikut menguap, sehingga dapat

menurunkan tingkat konsentrasi mutu etanol. Untuk mencegah hal tersebut

segera kecilkan api kompor dan pertahankan suhu sesuai aturan yang ada.

Untuk pengaturan secara otomatis dapat menggunakan perangkat temperature

control elektronik (thermostat) dengan melakukan set point pada suhu tertentu,

yang mengatur penyalaan api kompor melalui solenoid valve yang membuka dan

menutup saluran gas elpiji.

Gambar 2.13 Panel distilator temperature control

Pertanyaan : Gambarkan prinsip kerja dan diagram pengawatan rangkaian

control temperature?

36

Desain Alat Evaporator (Reaktor):

Gambar 2.13 Sketsa Desain Tabung Reaktor

Gambar 2.14 Desain Tabung Reaktor

37

Gambar 2.15 Rakitan Tabung Reaktor

Perangkat tabung reactor :

Tabung reactor (stainless steel, dimensi ø = 450 mm dan panjang = 500 mm)

Tutup tabung reactor

Input cairan hasil fermentasi, merupakan saluran masuk cairan yang akan

dipanaskan dalam tabung reactor (proses evaporasi)

Pressure gauge (ø = ½”), alat pengukur tekanan.

Ball Valve (ø= 1”), berfungsi untuk keadaan darurat, bila terjadi kelebihan

tekanan di dalam drum, maka kran dapat dibuka untuk mengurangi tekanan yang

ada. Untuk desain secara otomatis maka Ball Valve ini dapat digantikan dengan

solenoid yang dikontrol berdasarkan input dari sensor temperature atau tekanan

(pressure).

Pipa jalur air pengembun (ø= 1”), saluran pembuangan uap air.

Pipa uap alcohol air (pipa stainless steel, ø= 1”), saluran keluaran uap alcohol ke

peralatan destilasi.

Saluran pembuangan cairan limbah dan keperluan pembersihan setelah proses

evaporasi (ø= 1”).

Sebuah kompor gas LPG dengan tabung 12 kg. Bila telah tersedia bioetanol dari

proses sebelumnya maka sangat disarankan untuk menggunakan kompor

dengan gas bioetanol.

38

Alat Distilasi yang Digunakan dalam Proses

Ada bermacam-macam peralatan destilasi, namun peralatan distilasi yang digunakan

adalah :

1. Kolom Distilasi

2. Tray

Tray berfungsi sebagai alat untuk membuat perbedaan tekanan parsial yang

menyebabkan terpisahnya fase uap dan fase cair.

Bubble-cap tray adalah suatu alat kontak uap-cairan yang menggunakan “bubble-

cap” untuk mencapai tahap keseimbangan. Bubble-cap adalah “cap” atau tutup berupa

mangkok terbalik yang terletak diatas “riser” yang mana uap dapat masuk dari bagian

bawah tray dan terdispersi pada permukaan bawah cairan melewati celah-celah (slot)

yang terdapat pada cap. Bubble-cap yang dirancang dengan baik akan memberikan

turbulensi massa uap-cairan membentuk “froth” dengan luas antar muka yang besar,

sehingga efisiensi tray tinggi.

Plate

Riser

Cap

Slots

Slots

Gambar 2.16 Buble-cap Tray

Ada 2 (dua) keuntungan penggunaan “Bubble-cap tray” :

39

Memungkinkan peralatan beroperasi pada kondisi yang beragam dengan

efisiensi yang relatif tetap.

Banyaknya data teknis dan pengalaman tentang “Bubble-cap tray” akan

mendorong perancang memilih peralatan tersebut jika resiko yang ada cukup

tinggi.

2. Heat Exchanger Voorwarmer

Berfungsi untuk memanaskan umpan sebelum masuk ke kolom distilasi

3. Kondensor

Berfungsi untuk mengkondensasikan uap yang keluar dari tangki distilasi

Proses terakhir untuk menghasilkan alkohol adalah proses destilasi /

penyulingan, yaitu salah satu cara untuk memisahkan suatu campuran yang terdiri dari

dua atau lebih cairan melalui pemanasan untuk mendapatkan komponen yang

dikehendaki dalam keadaan lebih murni. Pemisahan ini didasarkan pada perpindahan

massa dari suatu fase yang homogen ke fase lainnya karena efek panas, ada

perbedaan titik didih diantara komponen dan kesetimbangan fase diantara komponen –

komponen tersebut.

Metode distilasi dibedakan menjadi 2 yaitu distilasi dengan refluks dan tanpa

refluks. Pada distilasi tanpa refluks, uap yang terbentuk diembunkan dengan tidak

memasukkan kembali sebagian dari hasil pengembunan tersebut ke dalam kolom.

Umumnya, semakin tinggi nilai refluks ratio semakin besar efisiensi pemisahan. Definisi

dari refluks ratio adalah jumlah liter (kg) cairan yang dikeluarkan sebagai hasil atas.

Menara distilasi yang digunakan salah satunya berupa plate tower, yang terdiri

dari plate – plate dimana setiap plate terdapat beberapa buah bubble cap yang terdapat

di dalam kolom, tergantung pada tingkat kemurnian dari produk dan kecepatan alir yang

dikehendaki. Untuk pemanasannya digunakan uap bersuhu 100 – 120°C dan

bertekanan ± 0,4 – 0,6 kg/cm2. Uap ini dimasukkan secara langsung (open steam) dan

pemasukannya melalui bagian bawah kolom, atau dengan metode close steam.

Menara distilasi dilengkapi dengan kondensor yang dipasang untuk

mengembunkan alkohol yang dapat diuapkan di dalam kolom dengan media pendingin

yang digunakan adalah air bersih dan dingin.

Sebagai umpan (feed) Kolom adalah larutan tetes yang dipompa dari fermentor.

Di dalam kolom, umpan dikontakkan langsung dengan uap yang mengalir ke atas. Suhu

uap masuk lebih tinggi dari titik didih alkohol, maka alkohol akan menguap dan ikut

mengalir keatas. Sedangkan cairan yang tidak menguap mengalir ke bawah dari plate

40

ke plate. Ampas cairan atau vinasse dari bagian bawah kolom dibuang sebagai limbah.

Dengan suhu bawah kolom antara 100 – 120°C, diharapkan ampas cairan yang keluar

kolom telah bebas alkohol.

Uap yang mengandung alkohol yang keluar dari bagian atas selanjutnya

diembunkan di kondensor.

Kondisi operasinya adalah suhu bagian atas 78°C, dan suhu bagian bawah

menara 100°C. Tekanan dipertahankan tetap dan diatur dengan banyaknya pemberian

uap.

Desain Umum Distilator

Keterangan Gambar :

1. Feed 5. Hasil bawah

2. Steam 6. Kondensor

3. Hasil samping 7. Pengeluaran Air Pendingin

4. Uap Alkohol 8. Refluk

Gambar 2.17 Desain Umum distilator

41

Fungsi alat distilator :

Sebagai penyaring bagi uap air yang mengalir ke atas, agar tidak ikut terbawa etenol

menuju ke unit condenser atau pendingin.

Desain Alat Distilator:

Gambar 2.17 sketsa tabung penyaring (distilator)

(a) (b)

Gambar 2.18 (a) Desain tabung penyaring (distilator). (b) Rakitan Tabung penyaring

42

Perangkat distilator :

Tabung distilator (stainless steel dengan dimensi, ø= 127 mm/5”, tinggi/panjang=

1500 s.d. 2000 mm )

Thermometer

Kisi-kisi untuk menyaring uap air, sementara uap etanol akan terus naik.

Batang tengah sebagai tempat pegangan kisi-kisi.

Cara membuat kisis-kisi/lempengan:

Jumlah kisi-kisi atau lempengan dalam satu tabung penyaring, disesuaikan dengan

panjangnya tabung penyaringan. Untuk panjang tabung pipa penyaring (ø=4”) dan

panjang 1500 mm, dapat dipasang 12 kisi-kisi/lempengan.

Bentuk kisi-kisi dilihat dari atas :

Bentuk kisi-kisi dilihat dari samping :

115 mm

100 mm

Limbah

Kisi-Kisi

43

Cara membuat kisi-kisi :

Potong ujung pipa 4” dengan potongan menyerong, dengan sudut 300,

potongan ini untuk dijadikan pola lempengan, agar sesuai dengan

besarnya pipa penyaring.

Lempengan akan berbentuk oval, dengan ukuran, d1 = 100 mm dan d2=

115 mm.

Lubangi di sisi ovalnya, sisi yang satu sebesar ± 2 cm2 dan satunya lagi ±

1 cm2, lubang ini berfungsi untuk saluran uap etanol ke atas, maupun

tetesan air yang tidak sempat naik ke atas dan akan turun kembali.

Lubang bagian tengah sebesar ø 7/16” untuk batang pemegang lempeng

kisi yang ada.

Pemasangan setiap lempeng oval pada penyangganya, diletakan miring

300 secara berlawanan satu sama lain untuk memberi jalan uap ke atas.

Pada bagian bawah goose neck dilengkapi dengan ball valve kran untuk

pengaliran tetesan limbah atau uap air yang tidak turut naik ke atas.

Bentuk dan desain alat pendingin (Condenser)

Fungsi dari alat pendingin ini adalah mendinginkan uap panas secara

cepat, sehingga uap panas akan berubah menjadi embun yang kemudian

mencair dan mengalir ke luar.

44

Desain alat pendingin:

Gambar 2.19 Sketsa tabung pendingin

Gambar 2.20 Sketsa pipa spiral saluran bioetanol

45

(a) (b)

Gambar 2.20 (a) Desain tabung pendingin dan pipa saluran spiral. (b)

Rakitan tabung pendingin.

Gambar 2.20 bak penampung air dan water pump

46

Perangkat dan Proses Pendinginan (Condenser) :

Tabung stainless steel dengan dimensi (ø=300 mm, panjang= 1000 mm),

diletakan pada tempat lebih tinggi dari unit destilator.

Uap dari unit destilator yang naik ke atas, langsung masuk pipa tembaga

yang melingkar berbentuk spiral dalam tabung.

Tabung terisi air yang dialirkan dari tangki/bak penampung di bawah

dialirkan dengan menggunakan pompa air (pada trainer yang ada

digunakan pompa air 250 Watt).

Perhatikan sirkulasi, agar air dalam tabung tetap dingin, sehingga uap

panas dalam pipa tembaga akan cepat mengembun kemudian mencair.

Cairan yang menetes dari saluran pipa tembaga adalah cairan etanol.

Tampung cairan di bawah dengan menggunakan drum plastic kondisi

bersih/kering.

Setelah cairan bioetanol berhenti menetes, berarti proses destilasi sudah

selesai

Ukur kadar etanol yang terkandung di dalamnya dengan alcohol meter.

Tutup rapat hasil destilasi tersebut untuk kemudian disimpan dalam

ruangan yang bersuhu antara 25 s.d. 30 derajat Celcius.

ALAT ANHYDROUS

Anhydrous, adalah pemurnian kadar etanol mutu 95% sehingga menjadi konsentrasi

mutu 99,5%. Hasil anhydrous dapat dijadikan bahan bakar kendaraan bermotor dengan

performa yang lebih baik karena nilai octan yang tinggi.

Cara kerja alat anhydrous :

Mengurangi kadar air yang terkandung dalam cairan bioetanol 95% agar meningkat

menjadi bioetanol 99,5%.

Prosesnya sebagai berikut:

Sebelum proses anhydrous dilaksanakan, perlu dilakukan proses pengeringan terlebih

dahulu terhadap cairan bioetanol 95%, yaitu dengan merendam material Zeolit syntetis

ukuran 3 Amstrong ke dalam cairan bioetanol yang akan dimurnikan. Perbandingannya

adalah 1 : 1, yaitu 1 kg zeolite syntetis direndamkan ke dalam 1 liter bioetanol, dengan

waktu perendaman 12 jam. Setelah perendaman jumlah bioetanol yang akan ikut

terserap/berkurang adalah sebanyak 10%.

47

Bilamana Zeolite syntetis 3 Amstrong belum tersedia maka dapat dipergunakan

material pengganti seperti : Arang kayu, tanah liat kering atau batu kapur kering dengan

perbandingan 1 : 1.

Rendam material di atas dengan bioetanol selama 24 jam. Setelah waktu perendaman

selesai maka jumlah bioetanol yang ikut terserap sebanyak 30%.

Proses Anhydrous bioetanol:

Metode perebusan dalam proses anhydrous tidak sama seperti pada alat destilasi,

karena dalam merebus cairan bioetanol kadar 95% tidak diperkenankan merebus

secara langsung. Cairan bioetanol 95% tidak boleh direbus/dipanaskan langsung di

atas api. Cara merebusnya harus menggunakan unit double drum evaporator. Dalam

hal ini, cairan bioetanol 95% dimasukan ke dalam drum kecil di bagian dalam drum

yang lebih besar. Drum luar yang lebih besar diisi air terlebih dahulu sebelum

perebusan dilakukan. Teknik ini sama dengan mengukus, atau memasak dengan cara

steam, sehingga panas yang di dapat bukan langsung dari api, melainkan dari air yang

mendidih dan uap panas yang dihasilkan.

Alat pendukung kerja dan instrument dideskripsikan sebagai berikut :

1) termometer dengan spesifikasi : rentang ukuran

suhu -20 hingga 360 derajat, panjang 305 mm.

2) timbangan digital dengan

spesifikasi : 0,01g/0,1g

48

3) Timbangan dapur, kapasitas maksimum 10 kg

4) pipet eppendorf untuk menakar

jumlah enzim yang dibutuhkan pada

sakarifikasi, dengan spesifikasi

kapasitas 10-100 µl.

5) saringan dengan spesifikasi :

saringan 200 mesh 0,075

mm

49

6) Tabung reaksi dan gelas ukur dengan spesifikasi:

- Beker glass 1000 ml,

- Boiling Flask 1000 ml,

- Erlenmeyer 1000 ml

- Tabung reaksi 1 rak 50 ml

7) Alkohol meter dengan skala untuk mengukur kadar

alkohol

50

5. Latihan Soal dan Penugasan

5.1 Bahan dasar tabung reaktor dengan sifat tahan terhadap suhu tinggi dan

tahan karat adalah ....

a. Aluminium

b. Tembaga

c. Baja Stainless

d. PVC

5.2 Alat pengontrol suhu otomatis pada proses destilasi dinamakan:

a. Electronics Temperature Control

b. Humidity Control

c. Thermometer

d. Solenoid Valve

5.3 Proses pemurnian kadar etanol mutu 95% menjadi konsentrasi 99,5%,

dapat dilakukan dengan cara:

a. Hydrolisis

b. Anhydrous

c. Sacharifikasi

d. Kondensasi

5.4 Alat penukar kalor dinamakan :

a. Heat transfer

b. Super heat

c. Heat Exchanger

d. Thermostat

5.5 Perangkat proses destilasi yang berfungsi mendinginkan uap panas secara

cepat dianamakan :

a. Kondenser

b. Evaporator

c. Silinder

d. Transducer

51

Penugasan:

Coba anda analisa :

1. Berapa jumlah takaran Enzyme Alpha Amilase yang dituangkan dalam proses

hydrolysis berdasarkan berat bahan baku (singkong), atau analisis dengan pendekatan

lain?

2. Berapa jumlah takaran Enzyme Betha Amilase yang dituangkan dalam proses

Sacharifikasi berdasarkan berat bahan baku (singkong).atau analisis dengan

pendekatan lain ?

3. Berapakah kapasitas motor pengaduk untuk proses hidrolisis dengan cairan yang

ditampung pada drum dengan kapasitas 60 liter. Analisis besar putarannya serta

konsumsi daya yang digunakan selama proses tersebut?. Analisis dan bandingkan

penggunaan motor 1 phase CSR dan motor induksi 3 phase ditinjau dari torsi

putarannya.

4. Manakah pendinginan cairan pada proses hidrolisys dan sacharifikasi yang paling

efisien, apakah dengan menggunakan Fan (Blower) ataukah dengan Heat Exchanger.

5. Analisis prinsip kerja dan rangkaian control termperatur pada peralatan destilasi?

6. Analisis mutu produk bioetanol yang dihasilkan berdasarkan standar proses

pengolahan yang dilakukan. Tunjukan dengan data-data otentik selama proses. Apabila

belum maksimal, factor apa saja yang mempengaruhi hasil tersebut?

6 Rangkuman

Bioetanol / 'etanol' / Etil Alkohol adalah alkohol yang dibuat dengan fermentasi

gula, pati atau komponen bahan tanaman lain dengan menggunakan seperti ragi

Saccharomyces cerevisiae

Bioetanol mempunyai sifat fisik: mudah menguap, mudah terbakar, jika terbakar

menimbulkan api biru tanpa jelaga, berbau spesifik (khas), cairannya tidak

berwarna (jernih), larut dalam air, metal alkohol, eter, kloroform dan aseton, tidak

korosif, sebagai pelarut organik yang baik, mempunyai titik didih 78,4°C,

mempunyai titik beku – 11,25°C.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi adalah kadar gula, suhu,

tekanan, pH, Nutrisi.

Proses produksi bioetanol dari bahan baku zat pati (singkong) : penghancuran

singkong, perebusan, sakarifikasi, fermentasi, penyulingan, azeotrop.

52

Desain peralatan bioetanol dipertimbangkan berdasarkan kapasitas produksi

bioetanol serta kualitas etanol yang dihasilkan berdasarkan proses kimiawi dan

fisis cairan. Dimana peralatan yang dibuat harus di desain sedemikian rupa agar

memenuhi tuntutan tersebut. Dalam hal ini dibuat mesin produksi bioetanol

dengan system batch system untuk skala Usaha Kecil Menengah (UKM) serta

membandingkannya dengan skala Lab. Peralatannya terdiri dari peralatan tahap

persiapan dan pengolahan bahan baku, pemanasan (Hidrolisis dan sacharifikasi),

tahap fermentasi serta proses destilasi (Evaporasi, proses penyaringan dan

pendinginan) hingga diperoleh produk bioetanol dengan mutu yang diharapkan

(kadar 95% alcohol).

7 Evaluasi Materi Pokok

7.1 Jelaskan jenis-jenis peralatan yang digunakan dalam produksi bioetanol

beserta cara kerjanya!

7.2 Jelaskan proses desain peralatan bioetanol dengan system batch sistem!

7.3 Jelaskan hubungan desain peralatan dengan mutu etanol yang dihasilkan.

7.4 Analisis efisiensi produk bioetanol yang dihasilkan dengan nilai bahan baku

serta sumber daya pendukung yang digunakan (contoh: penggunaan motor

listrik pada berbagai peralatan proses bioetanol). Berikan tanggapan

berdasarkan konsep green energy sebagai investasi energy masa depan.

7.5 Berapakah kapasitas dan jenis motor pompa air yang digunakan untuk proses

pendinginan bioetanol.

7.6 Apa yang harus dilakukan sebagai tindakan pengamanan baik pada peralatan

maupun manusia pada proses yang melibatkan pemanasan dengan nyala api

terutama pada proses hydrolysis, sacharifikasi dan evaporasi. Jelaskan dengan

rinci. !

8 Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Setelah anda mengerjakan latihan, tugas dan evaluasi dengan hasil :

Ada yang salah maka silahkan mempelajari ulang bab ini

Dan jika semua sudah benar silahkan meneruskan ke bab selanjutnya

53

C. ALAT UKUR UJI BIOETANOL

1. Deskripsi Materi

Alat ukur uji bioetanol membahas tentang cara pengukuran bioetanol dan

peralatan yang digunakan dalam pengukuran bioetanol.

2. Indikator Keberhasilan

Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :

2.1 Mendeskripsikan pengertian pengukuran bioetanol.

2.2 Mendeskripsikan cara pengukuran bioetanol

2.3 Menyebutkan alat pengukuran bioetanol

2.4 Mengukur kadar bioetanol

3. Uraian dan contoh Soal/ penugasan

Ada banyak cara untuk mengukur bioetanol. Mulai dari cara yang paling

mudah, rumit, dan paling canggih. Setiap metode pengukuran memiliki

keunggulan dan kekurangannya sendiri-sendiri. Beberapa metode itu

adalah :

3.1. Analisis dengan GC (Gas Chromatography)

Sebuah gas chromatography berdetektor nyala pengion (flame

ionization detector, FID) yang dilengkapi dengan kolom gelas kapiler

berlapis dalam metil silikon (yang berikatan silang dan terikat secara

kimia pada permukaan gelas kolom) dengan dimensi 150 m x 0,25

mm dan tebal film metil silikon 1,0 μm. Kolom lain dapat saja

digunakan asal efisiensi dan selektifitas gas chromatography setara

atau lebih baik dari kolom yang sesuai spesifikasinya.

54

Gambar.2.1. Prinsip kerja GC

3.2. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

HPLC adalah otomatisasi kromatografi cair untuk meningkatkan

pemisahan selama periode waktu yang lebih singkat,

menggunakan partikel yang sangat kecil, diameter kolom kecil, dan

tekanan fluida yang sangat tinggi

Gambar 2.2. Prinsip kerja HPLC

3.3. Metode enzym

Pengukuran bioetanol dengan menambahkan enzym. Saat ini

tersedia beberapa produk enzym kit untuk mengukur bioetanol.

Tetapi metode ini masih cukup mahal untuk ukuran UKM atau

rumahan

55

Gambar 2.3. Proses pencampuran enzym

3.4. Hydrometer

Alat untuk mengukur kadar etanol ini dikenal dengan nama

hydrometer alkohol atau alkohol meter. Di bagian atas alkohol

meter tersebut dilengkapi dengan skala yang menunjukkan kadar

alkohol. Prinsip kerjanya berdasarkan berat jenis campuran antara

alkohol dengan air. Bentuknya seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.4. Skala pada alkohol meter

56

Pengunaan alkohol meter sangat sederhana. Pertama masukkan

bioetanol ke dalam gelas ukur atau tabung atau botol yang

tingginya lebih panjang dari panjang alkohol meter. Kemudian

masukkan batang alkohol meter ke dalam gelas ukur. Alkohol

meter akan tenggelam dan batas airnya akan menunjukkan berapa

kandungan alkohol di dalam larutan tersebut.

Gambar 2.5. Mengukur Kadar Bioetanol

Bioetanol yang bisa diukur dengan etanol meter di atas adalah

bioetanol yang sudah didistilasi dengan distilator. Temperatur

bioetanol sebaiknya diukur pada temperatur 20o C. Bagaimana

caranya supaya bioetanol yang akan diukur temperatur 20o C dan

temperatur sekitar kita lebih dari 20o C ?.

Cara pengkondisian temperatur bioetanol supaya 20o C, yaitu:

i. Masukkan bioetanol kedalam gelas ukur yang tinggi gelas

ukur dan tinggi bioetanol mencukupi tinggi hidrometer.

ii. Pasang termometer kedalam gelas ukur yang telah diisi

bioetanol dan simpan di almari es

57

iii. Amati termometer, setelah mencapai 18o C ambil/ keluarkan

dari almari es

iv. Pasang hidrometer dan amati termometer, pada waktu

termometer 20o C silahkan baca skala hidrometer.

v. Hasil pembacaan skala hidrometer pada temperatur 20o C

adalah hasil pengukuran kadar bioetanol.

Tiga metode yang pertama sangat sensitif, dapat mengukur kadar

bioethanol dalam konsentrasi yang sangat rendah, tetapi juga lebih rumit

dan mahal. Metode enzym relatif lebih mudah dan murah dibandingkan

dengan metode GC atah HPLC. Metode terakhir adalah metode yang

paling mudah, murah, tetapi juga kurang teliti. Meskipun begitu untuk

ukuran UKM atau rumahan rasanya sudah cukup memadai.

4. Latihan Soal dan penugasan

Pilihlah jawaban yang paling tepat dibawah ini :

4.1. Peralatan pengukuran bioetanol yang menggunakan tekanan fluida yang

sangat tinggi adalah :

a. GC (Gas Chromatography)

b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

c. Metode Enzym

d. Hidrometer

4.2. Peralatan pengukuran bioetanol yang menggunakan kolom gelas kapiler

berlapis adalah :

a. GC (Gas Chromatography)

b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

c. Metode Enzym

d. Hidrometer

4.3. Peralatan pengukur bioetanol yang menggunakan prinsip kerja berdasarkan

berat jenis campurannya adalah :

a. GC (Gas Chromatography)

b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

c. Metode Enzym

58

d. Hidrometer

4.4. Berapa temperatur bioetanol yang tepat pada waktu diukur kadarnya

menggunakan hidrometer?

a. 15o C

b. 18o C

c. 20o C

d. Temperatur kamar

4.5. Metode pengukuran bioetanol yang paling cocok untuk skala UKM atau

rumahan adalah :

a. GC (Gas Chromatography)

b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)

c. Metode Enzym

d. Hidrometer

Penugasan :

Lakukan pengukuran bioetanol menggunakan metode hidometer.

Bahan : Bioetanol, gelas ukur, termometer dan hidrometer.

Tugas :

1. Jelaskan langkah-langkah pengukuran bioetanol.

2. Berapa kadar bioetanol yang diukur?

5. Rangkuman

Metode pengukuran kadar bioetanol ada 4, yaitu : metode GC (Gas

Chromatography), metode HPLC (High Performance Liquid

Chromatography), metode Enzym, dan metode Hidrometer.

Metode hidrometer yang paling mudah, murah, tetapi juga kurang

teliti. Meskipun begitu untuk ukuran UKM atau rumahan sudah

cukup memadai.

Cara pengukuran bioetanol menggunakan metode hidrometer

adalah :

Masukkan bioetanol kedalam gelas ukur yang tinggi gelas ukur

dan tinggi bioetanol mencukupi tinggi hidrometer.

Pasang termometer kedalam gelas ukur yang telah diisi

bioetanol dan simpan di almari es

59

Amati termometer, setelah mencapai 18o C ambil/ keluarkan

dari almari es

Pasang hidrometer dan amati termometer, pada waktu

termometer 20o C silahkan baca skala hidrometer.

Hasil pembacaan skala hidrometer pada temperatur 20o C

adalah hasil pengukuran kadar bioetanol.

6. Evaluasi Materi Pokok

6.1. Sebutkan macam-macam metode pengukuran bioetanol?

6.2. Bagimana prinsip kerja alat ukur bioetanol hidrometer?

6.3. Bagaimana langkah pengukuran bioetanol dengan menggunakan

hidrometer?

6.4. Lakukan pengukuran bioetanol dengan alat ukur hidrometer!

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Apakah saudara mengetahui perbedaan prinsip kerja keempat metode

pengukuran bioetanol metode GC (Gas Chromatography), metode HPLC (High

Performance Liquid Chromatography), metode Enzym, dan metode Hidrometer,

jika masih ada yang belum memahami silahkan membaca ulang materi diatas.

Apakah saudara telah melakukan percobaan pengukuran bioetanol dengan

menggunakan alat ukur hidrometer dan hasilnya benar, jika hasilnya belum

benar silahkan anda mencoba kembali sampai hasilnya benar.

Dan jika semua sudah dipahami dan telah dicoba dengan hasil yang benar maka

silahkan melanjutkan ke materi berikutnya.

60

D. PERALATAN PEMANFAATAN BIOETANOL

1. Deskrispi Materi

Peralatan pemanfaatan bioetanol membahas tentang macam-macam

peralatan yang digunakan dalam pemanfaatan bioetanol diantaranya

kompor bioetanol, motor bakar bioetanol dan sterilisasi peralatan

kesehatan.

2. Indikator Keberhasilan

Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :

2.1. Mendeskripsikan macam-macam peralatan pemanfaatan bioetanol

2.2. Mendeskripsikan cara kerja peralatan bioetanol

2.3. Membuat salah satu peralatan pemanfaatan bioetanol

3. Uraian dan contoh Soal dan Penugasan

3.1 KOMPOR BIOETANOL

Alkohol sebagai minuman diketahui awal adanya dengan

ditemukannya etanol oleh bangsa Mesir Kuno dengan peninggalannya di

kuburan Piramid raja Firaun, dan pengembangan kompor bioetanol

dimulai oleh bangsa Romawi untuk penerangan rumah bangsawan.

Sekarang sebagai bahan bakar terutama dipergunakan untuk keperluan

darurat dan keperluan praktis, seperti dipergunakan mensterilkan

peralatan kedokteran, pada pemanas makanan di panci / nampan

catering, atau dipergunakan pada saat camping / kemah, juga di medan

perang, karena memang penggunaan sangat praktis tidak membutuhkan

sumbu.

Gambar. 3.1. Panci catering

61

Tidak berbau, praktis, mudah dibawa-bawa dipindahkan, namun

mempunyai kelemahan, lidah apinya tidak bisa memancar seperti kompor

gas, sehingga apabila dibutuhkan intensitas panas yang tinggi, kompor

tersebut diatas tidak mampu, misalnya untuk memasak mi instan telor,

telornya tidak matang betul (masih setengah matang), menggoreng

krupuk, krupuknya bantat belum bisa renyah garing.

Maka dikembangkannya kompor bio etanol generasi ke 2 dengan

teknik etanol di uapkan dan dimasukkan kedalam suatu ruangan kecil,

Gambar 3.2. Kompor

langsung tabung bioetanol

Gambar 3.3. Kompor

tabung bioetanol terpisah

62

maka perubahan zat cair menjadi gas (uap) tadi menimbulkan tekanan,

dan memancarlah uap tadi keluar tentu melalui lubang-lubang yang sudah

dibuat, kemudian setelah bersentuhan dengan oksigen dan api maka

terbakarlah.

Gambar 3.4. Kompor bioetanol generasi 2

Gambar 3.5. Lidah api kompor bioetanol generasi 2

3.2 BAHAN BAKAR BIOETANOL

Bahan bakar etanol adalah etanol (etil alkohol) dengan jenis yang

sama dengan yang ditemukan pada minuman beralkohol dengan

penggunaan sebagai bahan bakar. Etanol seringkali dijadikan bahan

tambahan bensin sehingga menjadi biofuel. Etanol digunakan secara luas

di Brasil dan Amerika Serikat. Kedua negara ini memproduksi 88% dari

seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan

mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan

bahan bakar dengan kandungan etanol sampai 10%,dan penggunaan

bensin etanol 10% malah diwajibkan di beberapa kota dan negara bagian

63

AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan penggunaan

bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran

yang legal adalah berkisar 25% etanol dan 75% bensin (E25). Di bulan

Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta kendaraan dan truk

ringan bahan bakar fleksibel dan lebih dari 500 ribu sepeda motor yang

dapat menggunakan bahan bakar etanol murni (E100).

Gambar 3.6. Bioetanol sebagai bahan bakar minyak

Bioetanol adalah salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat

diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman

yang umum, misalnya tebu, kentang, singkong, dan jagung. Telah muncul

perdebatan, apakah bioetanol ini nantinya akan menggantikan bensin

yang ada saat ini. Bioetanol dengan kadar kurang dari 99% belum bisa

dicampur dengan bensin. Karena kandungan airnya bisa merusak mesin.

Untuk menghilangkan sisa air dilakukan dehidrasi. Caranya bisa

menggunakan Zeolit. Caranya, tambahkan zeolit ke dalam bioetanol 95%

menggunakan peralatan perendaman. Biarkan zeolit bereaksi dan

didiamkan sampai mengendap. Bioetanol distilasi sekali lagi dengan

menggunakan mini distilator. Cek atau ukur kadar bioetanolnya lagi

dengan menggunakan etanol meter. Jika sudah mendekati 100% sudah

bisa digunakan untuk bahan bakar.

64

Gambar 3.7. Zeolit

Gambar 3.8. Bioetanol direndam dengan Zeolit

3.3 PEMELIHARAAN PERALATAN KESEHATAN

Bioetanol merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat

digunakan pada bidang kesehatan sebagai zat antiseptik, solvent atau

untuk sterilisasi dan disinfeksi.

Gambar 3.9. Sterilisasi peralatan kesehatan

65

Pengertian Sterilisasi Setiap proses kimia atau fisik yang membunuh

semua bentuk hidup terutama mikroorganisme Desinfeksi Membunuh

organisme-organisme patogen dengan cara fisik atau kimia dilakukan

terhadap benda mati

Istilah yang harus diketahui antiseptik mencegah pertumbuhan atau

aktivitas mikroorganisme baik dengan cara menghambat atau membunuh.

Penggunaan Antiseptik dan desinfektan Biasa digunakan untuk mencuci

tangan dan membersihkan alat-alat kesehatan Bahan kimia yang dipakai

yaitu yang mampu membunuh organisme yang ada dalam waktu yang

tersingkat dan tanpa merusak bahan yang didesinfeksi. Cara Sterilisasi

dan Desinfeksi bisa menggunakan Bioetanol (alkohol).

Bioetanol yang paling efektif yang biasa digunakan adalah alkohol 70-

80 % Butuh waktu 10 menit untuk dapat membunuh kuman sering dipakai

untuk desinfektan kulit Konsentrasi diatas 90 % atau dibawah 50 %

biasanya kurang efektif.

Gambar 3.10. Alat kesehatan dan sterilisasi

4. Latihan Soal dan penugasan

Pilihlah jawaban yang tepat dibawah ini.

4.1 Kompor bioetanol generasi 1 mempunyai kelebihan sebagai

berikut :

a. Tidak menggunakan sumbu, warna api biru, mudah

mengoperasikan, ramah lingkungan.

b. Warna api biru, lidah api bertekanan, mudah

mengoperasikan, ramah lingkungan.

66

c. Tidak menggunakan sumbu, lidah api bertekanan, mudah

mengoperasikan, ramah lingkungan.

d. Warna api biru, panas mengarah satu titik, mudah

mengoperasikan, ramah lingkungan.

4.2 Kompor bioetanol generasi 2 dapat memancarkan api bertekanan

menggunakan sistem :

a. Tekanan gravitasi bumi

b. Udara hampa karena pembakaran

c. Reaksi bioetanol karena panas

d. Lubang pengeluaran burner bioetanol

4.3 Berapa proses bioetanol dapat dicampur dengan BBM untuk

mengoperasikan motor bakar?

a. 70 %

b. 75 %

c. 95 %

d. 99 %

4.4 Bahan untuk memproses bioetanol supaya dapat digunakan

campuran BBM adalah

a. NPK

b. Urea

c. Amylase

d. Ziolit

4.5 Bioetanol yang paling efektif untuk sterilisasi peralatan kesehatan

adalah

a. 30 %

b. 50 %

c. 70 %

d. 95 %

Penugasan :

Buatlah kompor bioetanol sederhana kapasitas 30 ml

Bahan: Kaleng minuman, obeng, tang pemotong, tang lancip dan palu.

67

5. Rangkuman

Pemanfaatan bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar kompor

memasak, bahan bakar mesin (pengganti/ campuran bensin),

pemeliharaan peralatan kesehatan.

Kompor bioetanol generasi 1 membakar bahan bakar bioetanol secara

langsung, untuk kompor generasai 2 menggunakan teknik bioetanol di

uapkan dan dimasukkan kedalam suatu ruangan kecil, maka perubahan

zat cair menjadi gas (uap) tadi menimbulkan tekanan, dan memancarlah

uap tadi keluar tentu melalui lubang-lubang yang sudah dibuat, kemudian

setelah bersentuhan dengan oksigen dan api maka terbakarlah.

Bioetanol sebagai bahan bakar mesin harusmempunyai kadar minimal

99% yang bisa dicampur dengan bensin. Untuk bioetanol kadar kurang

dari 99% masih mengandung air sehingga harus dihilangkan sisa air

dengan dehidrasi. Caranya bisa menggunakan Zeolit. Caranya,

tambahkan zeolit ke dalam bioetanol 95% menggunakan peralatan

perendaman. Biarkan zeolit bereaksi dan didiamkan sampai mengendap.

Bioetanol distilasi sekali lagi dengan menggunakan mini distilator.

Bioetanol yang paling efektif yang biasa digunakan untuk sterilisasi dan

desinfeksi adalah alkohol 70-80 % Butuh waktu 10 menit untuk dapat

membunuh kuman sering dipakai untuk desinfektan kulit Konsentrasi

diatas 90 % atau dibawah 50 % biasanya kurang efektif.

6. Evaluasi Materi Pokok

6.1. Coba amati pembakaran kompor bioetanol dengan menggunakan

bahan bakar bioetanol dengan kadar beberapa macam ( 70%, 90%,

99%), apa perbedaannya dan apa penyebabnya?

6.2. Analisa proses bioetanol menggunakan zeolit dari bahan 95% untuk

mencapai 99%, Jawablah pertanyaan dibawah ini:

Berapa lama proses terjadi (dengan hasil 99%)?

Berapa perbandingan bahan bioetanol dengan zeoalit?

Bagaimana rekasi/proses terjadi?

7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut

68

Apakah anda sudah memahami prinsip kerja peralatan yang

menggunakan bahan bioetanol (kompor memasak, mesin bensin,

pemeliharaan peralatan kesehatan)

Jika sudah faham lanjutkan ke materi selanjutnya.

Dan jika semua sudah dipahami dan telah dicoba dengan hasil yang

benar maka silahkan melanjutkan ke materi berikutnya.

69

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim, 2008. “Brosur PT. Madu Baru Yogyakarta”. PS. Madukismo : Yogyakarta.

2. Desroir, Norman.1988, “Unit Processing Organic Synthesis”, Ed 5, Mc Graw Hill Book

Company, New York.

3. Fadiz, S. 1998. “Mikrobiologi Pangan 1”. Gramedia Pustaka Utama : Jakarta.

4. Groggin P. H. 1968, “Alkohol Their Chemistry, Properties & Manufactures”, Reinhold

Book Corporation, New York.

5. Perry, J H. 1949, “Chemical Engineering Hand Book” Edition, Mc. Graw Hill Company.

Inc . New York, Toronto & London

6. SNI No. 06-3565-2009. BSN. Jakarta

7. Suharto, Ign. 1995. “Bioteknologi dalam Dunia Industri”. Andi Offset : Yogyakarta.

8. Toharisman, Aris dan Hendro Santosa. 1999. “Mutu Bahan Baku dan Preparasi Medium

Fermentasi” Pelatihan Teknologi Alkohol, Pusat Penelitian Perkebunan Indonesia,

Pasuruan.