RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI

ETANOL DENGAN METODE REKTIFIKASI

Oleh :

SIGIT SUSILO

F14104035

2009

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN

METODE REKTIFIKASI

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

SIGIT SUSILO

F14104035

2009

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN

METODE REKTIFIKASI

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

SIGIT SUSILO

F14104035

Dilahirkan pada tanggal 3 Desember 1985

di Purworejo

Tangggal lulus : .........................

Menyetujui,

Bogor, Januari 2009

Dosen Pembimbing Akademik

Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si.

NIP. 132 240 430

Mengetahui,

Dr. Ir. Desrial, M.Eng

Ketua Departemen Teknik Pertanian

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Sigit Susilo dengan nama

panggilan sigit, dilahirkan di Purworejo pada tanggal 03

Desember 1985. Penulis dilahirkan dari pasangan

Sudiharjo (Ayah) dan Sumirah (ibu) dan merupakan anak

kesepuluh dari sepuluh bersaudara. Penulis menjalankan

pendidikan dasar di SD N Rowobayem kemudian pada

tahun 1998 melanjutkan pendidikan di SMP N1 Kutoarjo.

Pada tahun 2002-2004 penulis menempuh pendidikan pada SMU N1 Purworejo.

Selesai pendidikan SMU, penulis melanjutkan studi di departemen Teknik

Pertanian IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB).

Selama kuliah penulis aktif di berbagai kegiatan akademis maupun non

akademis. Penulis aktif di Badan Eksekutif Mahasiswa Fateta (BEM-F) periode

2006-2007 sebagai staf pengabdian masyarakat, di Himpunan Mahasiswa Teknik

Pertanian (Himateta) IPB periode 2007-2008 sebagai kepala departemen

kewirausahaan. Selain itu, penulis juga aktif dalam kegiatan sosial seperti pada

kegiatan Kakak Asuh BEM-F sebagi ketua kegiatan dan Taman Belajar PPSDMS-

Nurul Fikri sebagai koordinator kegiatan.

Dalam perjalanan kehidupan kampus penulis berhasil menorehkan beberapa

prestasi diantaranya adalah sebagai peserta Program Pembinaan Sumber Daya

Manusia Strategis Nurul Fikri (PPSDMS-NF) 2006-2007. Penulis juga berhasil

meraih juara 3 pada kompetisi Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS)

2008 di Semarang. Dalam lingkup kewirausahaan, penulis mengembangkan bisnis

Food and Beverage dengan merek mr.BrownCo.

Sebagai syarat memperoleh gelar sarjana, penulis melakukan tugas akhir

penelitian. Hasil kegiatan tersebut telah disusun dalam bentuk skripsi yang diberi

judul Rancangan dan Uji Kinerja Alat Distilasi Etanol dengan Metode

Rektifikasi di bawah bimbingan Dr. Leopold O. Nelwan S.TP, M.Si.

Sigit Susilo. F14104035. Rancangan dan Uji Kinerja Alat Distilasi Etanol dengan

Metode Rektifikasi. Dibawah bimbingan: Leopold Oscar Nelwan. 2009

RINGKASAN

Pemanfaatan energi alternatif sedang digalakkan guna mengurangi

ketergantungan terhadap bahan bakar minyak (BBM), dimana salah satunya

adalah pemanfaatan bioetanol. Bioetanol dapat digunakan untuk menggantikan

bahan bakar bensin. Dalam pengembangan industri bioetanol, 50% lebih biaya

produksi terdapat pada proses pemurnian sehingga bagian pemurnian sangat

penting dalam proses produksi bioetanol. Distilator merupakan alat pemurnian

campuran etanol-air menjadi komponen-komponennya. Metode dalam pemisahan

terdiri dari dua jenis yaitu distilasi sitem batch dan distilasi sistem kontinyu.

Perbedaan kedua metode ini adalah pada sistem pengumpanan bahan yang akan

didistilasi serta kapasitas produksi.

Penelitian ini bertujuan merancang alat distilasi etanol dengan metode

rektifikasi dan menguji kinerja alat pada beberapa metode pengoperasian dan

konsentrasi awal etanol. Penelitian dimulai pada bulan Maret sampai November

2008 di Laboratorium Metanium Leuwikopo dan laboratorium Energi dan

Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi

Pertanian, IPB.

Tahap penelitian dibagi dalam dua yaitu rancang bangun dan pengujian

alat distilasi etanol. Prosedur perancangan meliputi : identifikasi masalah, analisis

perancangan, pembuatan alat, uji kinerja dan analisis data. Uji kinerja alat distilasi

dilakukan untuk mengetahui tingkat efisiensi alat dengan menggunakan tiga

metode yaitu metode sistem batch tanpa refluks (BTR), metode batch dengan

refluks (BR) dan metode kontinyu dengan refluks (KR). Sampel etanol yang

digunakan yaitu etanol dengan konsentrasi 10% dan 30%.

Hasil perancangan alat distilasi terdiri dari enam bagian utama, yaitu

steam boiler, bottom column, kolom tray, feed tank, kondensor, dan pipa

penampung distilat yang dilengkapi dengan pembagi distilat.

Tabung steam boiler dirancang dengan ukuran diameter 15.24 cm dan

tinggi 22 cm. Bagian atas dibentuk merucut kemudian disambung dengan pipa

cabang tiga yang berfungsi sebagai tempat pemasukan air dan pipa penyaluran

uap panas ke pipa spiral di dalam kolom bawah. Bagian pipa penyalur uap panas

diberi katup untuk mengatur besar-kecilnya pengeluaran uap dari steam.

Kolom bawah dirancang dari bahan stainless steel dengan diameter 15.24

cm, tebal 0.5 cm dan tinggi 26 cm. Didalam kolom bawah terdapat pipa tembaga

yang berbentuk spiral dan plate berlubang. Pipa spiral terbuat dari bahan tembaga

dengan panjang 3 m, diameter luar 6.5 cm dan tebal 1 cm.

Kolom tray berfungsi sebagai unit pemisahan dengan sistem bertingkat. Kolom yang berisi tumpukan tray terdiri dari seksi enriching atau rectifying dan

seksi stripping. Tray atau plate terbuat dari steinless steel dengan diameter 7.4 cm

dengan satu lubang besar dan beberapa lubang kecil. Tray dalam kolom ini

berjumlah 10 buah dengan jarak tiap tray adalah 10 cm. Bagian kolom sendiri

dirancang dari bahan steanless steel dengan diameter luar 7.62 cm, tebal 0.1 cm,

dan tinggi 100 cm.

Tangki pemasukan berfungsi untuk memasukkan bahan umpan yang akan

didistilasi. Bahan tangki pemasukan terbuat dari gelas ukur berskala dua liter.

Kondensor dirancang dari bahan stainless steel dengan ukuran diameter 5

cm, panjang 30 cm. Pipa didalam terdiri dari empat pipa kecil dengan ukuran

diameter 0.5 cm, panjang 30 cm. Pipa didalam kondensor terdiri dari 4 pipa

bertujuan untuk memperluas kontak uap etanol dengan air sehingga proses

kondensasi dapat berlangsung sempurna.

Hasil distilasi ditampung dalam pipa penampung distilat yang dirancang

dari pipa stainless steel dengan diameter 5 cm dan panjang 10 cm. Pada pipa

penampung ini dibuat dua percabangan yang berfungsi sebagai pembagi hasil.

Percabangan pertama berfungsi sebagai saluran refluks sedangkan percabangan

lainnya sebagai hasil atas distilasi.

Perubahan suhu steam (Ts) terhadap waktu pada ketiga metode adalah

konstan setelah katup dibuka, sedangkan perubahan suhu kondensat steam (Tsc) cenderung fluktuatif tetapi pada akhir pengujian menjadi konstan ketika seluruh

uap steam yang keluar berupa uap panas. Perubahan suhu kolom bawah (Tb)

cenderung meningkat pada metode batch dengan semakin menurunnya

konsentrasi dalam kolom bawah sedangkan metode kontinyu suhu Tb konstan.

Perubahan suhu di menara kolom tray (Tm) pada metode bacth menurun pada

akhir pengujian karena etanol dalam sampel telah habis, sedangkan pada metode

kontinyu suhu Tm konstan. Suhu air yang keluar dari kondensor (Tco) lebih besar

dari pada suhu air yang masuk ke dalam kondensor (Tci) karena adanya pindah

panas dari uap etanol ke air sehingga terjadi kondensasi.

Pengujian dengan metode refluks menghasilkan distilat dengan

konsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan distilasi tanpa refluks yaitu pada

metode KR.10 sebesar 94.84% dan metode BR.30 sebesar 97.6%.

Kebutuhan energi untuk pemurnian etanol pada ketiga metode dengan

menggunakan sampel etanol 10% dan 30% berbeda-beda. Pemurnian etanol

dengan metode pertama yaitu BTR.10 dan BTR.30 membutuhkan energi sebesar

2043.509 kJ dan 2417.206 kJ untuk memurnikan satu liter etanol. Metode kedua

yaitu BR.10 dan BR.30 membutuhkan energi sebesar 2307.406 kJ dan 5186.549

kJ. Sedangkan metode KR.10 dan KR.30 membutuhkan energi sebesar 7532.46 kJ

dan 6956.37 kJ.

Metode BR membutuhkan energi yang besar dibandingkan dengan metode

BTR. Metode BR membutuhkan waktu 180 menit dan 450 menit, sedangkan

metode BTR membutuhkan waktu 135 menit dan 165 menit.

Energi yang terpakai per ml volume etanol setara etanol murni pada

metode BTR.10, BR.10, dan KR.10 masing-masing adalah 48.96 kJ/ml, 106.33

kJ/ml, dan 37.29 kJ/ml, sedangkan pengujian dengan metode BTR.30, BR.30, dan

KR.30 masing-masing adalah 16.91 kJ/ml, 23.21 kJ/ml, dan 21.18 kJ/ml.

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, karunia serta

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini berjudul Rancangan dan Uji Kenerja Alat Distilasi Etanol dengan

Metode Rektifikasi.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan dari

berbagai pihak yang bersifat materiil, bimbingan maupun semangat. Oleh karena

itu, penulis mengucapkan rasa penghargaan dan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua, kakak-kakakku tercinta dan segenap keluarga yang telah

memberikan dukungan, doa dan semangat kepada penulis.

2. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si selaku dosen pembimbing yang

telah memberikan bimbingan dan arahan selama pelaksanaan kegiatan

penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini.

3. Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian atas biaya penelitian yang

digunakan dalam kegiatan penelitian ini.

4. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr Dan Dr. Ir. Rokhani

Hasbullah, M.Si yang telah bersedia meluangkan waktunya menjadi

penguji pada ujian akhir penulis.

5. Kepada seluruh staf Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian yang

telah memberikan bantuan peminjaman alat untuk pengujian.

6. Bapak Parma selaku teknisi bengkel METANIUM yang telah membantu

dalam pembuatan alat pengering.

7. Mbak Rani, mbak Oni, mbak Meta selaku staf BRDST-BPPT Puspiptek,

Sepong yang talah membantu dalam pengujian konsentrasi etanol.

8. Budi Septiawan yang telah banyak membantu dalam penelitian ini dari

awal hingga akhir penyusunan skripsi.

9. Rekanrekan di asrama PPSDMS-NF regional V Bogor atas dukungan dan

inspirasi selama penelitian.

10. Rekan-rekan di WAKASIBA warid, kani, abah atas semangat dan

kebersamaan selama penyusunan skripsi.

ii

11. Rekan-rekan sejurusan atas kebersamaannya selama empat tahun di

Teknik Pertanian.

12. Louis (Swiss German University) yang telah membantu selama pengujian

yang penuh dengan semangat dan perjuangan.

13. Eni, dena, tuko, fadly, indra, irna, frima, heru, elvi, riska, cahya dkk atas

bantuan dan dukungannya.

14. Seluruh pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak

langsung, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak

kekurangan. Oleh karena itu, segala kritikan dan saran yang bersifat membangun

sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi ini.

Bogor, Januari 2009

Penulis

iii

DAFTAR ISI

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

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

DAFTAR TABEL................................................................................................ iii

DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... v

DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................... vi

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

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

B. Tujuan Penelitian...................................................................... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 3

A. Etanol....................................................................................... 3

B. Mutu Etanol.......................................... 4

C. Bioetanol................................................................................... 6

D. Azeotrop................................................................................... 8

E. Distilasi......................................... 10

1. Teori Dasar Distilasi........................................................... 11

2. Proses Distilasi................................................................... 12

3. Distilasi Kontinyu dengan Refluks (Rektifikasi).............. 13

4. Rasio Refluks...................................................................... 14

F. Pindah Panas............................................................................ 15

G. Konduksi Panas Dalam Silinder.............................................. 16

III. METODE PENELITIAN ................................................................. 19

A. Waktu Dan Tempat Penelitian .............................................. 19

B. Bahan dan Alat....................................................................... 19

C. Prosedur Penelitian................................................................. 20

D. Rancangan Fungsional............................................................ 22

E. Rancangan Struktural............................................................. 22

F. Uji Kinerja........... .................................................................. 23

G. Metode Pengujian ................................................................. 24

iv

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 31

A. Perancangan alat distilasi etanol dengan metode rektifikasi...... 31

B. Pengujian Alat Distilasi Etanol.. ............................................... 37

1. Distilasi sistem batch tanpa refluks................................... 38

2. Distilasi sistem batch dengan refluks................................. 40

3. Distilasi sistem kontinyu dengan refluks........................... 48

C. Perbandingan Perubahan suhu dan volume distilat pada

tiga metode pengujian .............................................................. 53

1. Pengujian dengan sampel etanol 10%............................... 53

2. Pengujian dengan sampel etanol 30%............................... 57

D. Konsentrasi Hasil Pengujian. ................................................... 61

E. Kebutuhan Energi untuk proses distilasi.................................. 64

V. KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 66

A. Kesimpulan ............................................................................. 66

B. Saran ........................................................................................ 66

DAFTAR PUSTAKA ............ 67

LAMPIRAN................ ........................................................................................ 69