proses industri kimia-bioetanol

Proses Industri KimiaIndustri Ethanol

OLEH : Irawan Setiadi Teknik kimia - UNILA

Etanol

Etanol (C2H5OH) dikenal dengan nama garam alkohol atau alkohol, ethyl alcohol atau methyl carbitnol. Merupakan produk hasil fermentasi dari substrat yang mengandung karbohidrat. Etanol merupakan cairan tidak berwarna dan memiliki bau khas. Selain itu etanol adalah zat yang biodegradable, memiliki kadar racun yang rendah dan sangat sedikit menimbulkan polusi bagi lingkungan apabila tertumpah.

Etanol

Tabel 1. Sifat Fisik dan Kimia EtanolNo Sifat Fisik & Kimia Keterangan

1 Nama IUPAC Ethanol

2 Rumus Molekul C2H5OH

3 Berat Molekul 46,07 g/mol

4 Synonims Alcohol, Ethyl Alcohol, Methyl Carbitnol

5 Wujud Cairan bening tidak berwarna

6 Kemurnian 95% - 99%

7 Melting Point -114oC

8 Boiling Point 78,3oC

9 Flash Point 14oC

10 SP. Grav. 0,7864 (pada 20oC)

11 Nilai Kalor 7080 Kcal/kg

12 Kelarutan Larutan sempurna

Sumber: MEL, 2008

Etanol (C2H5OH) adalah senyawa kimia yang dihasilkan dari proses fermentasi dari bahan baku glukosa dan pati dengan mikroorganisme khamir atau yeast. Glukosa dapat dihasilkan dari tanaman yg mengandung gula dan pati. Gula dihasilkan dari tanaman yg mengandung gula seperti tebu dan aren, sedangkan pati dihasilkan dari tanaman seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu. Tanaman penghasil gula dan pati merupakan tanaman penghasil pangan yg biasa ditanam rakyat hampir diseluruh Indonesia, sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yg potensial sebagai sumber bahan baku pembuatan bioethanol. Bioetanol memiliki fungsi yang bermacam-macam, baik dalam industri makanan, obat-obatan maupun industri kimia.

Etanol

Etanol

Tabel 2. Kegunaan Ethanol dalam Industri

No Industri Kegunaan

1 Painting/Coating Solvent Pewarna

2 Pharmatical Solvent pengharum, solven obat, antibiotik

3 Makanan Bahan baku asam cuka

4 Cosmetic Blending Solvent

5 Detergent Blending Solvent

6 Tinta Solvent pewarna

7 Chemical Intermediate Ethyl Acrylate, Ethyl Acetate, Ethylamines, Ethoxypropanol.

8 Bahan bakar Additive bensin

Sumber: MEL, 2008

Jika dibakar Etanol (C2H5OH) menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Dengan mencampurkan etanol dan bensin, maka dapat dihasilkan bahan bakar campuran yang dapat terbakar dengan sempurna serta dapat mengurangi emisi pencemaran udara pembakaran. Bahan bakar campuran ini telah banyak digunakan secara luas di Amerika Serikat.

Etanol merupakan salah satu produk industri hilir. Produksi etanol cendrung meningkat dalam 10 tahun terakhir ini. Etanol digunakan sebagai pelarut dan zat antara di industri farmasi dan kimia. Etanol dapat diproduksi dengan dua cara: (1) Sintesis dan (2) Fermentasi.

Etanol

Etanol

Produksi etanol secara sintesis merupakan proses esterifikasi-hidrolisis etilen (CH2CH2) menggunakan asam sulfat, dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

3CH2CH2 + 2H2SO4 CH3CH2OSO3H + (CH2CH2)2SO4

CH3CH2OSO3H + H2O CH3CH2OH + H2SO4

Ada 2 proses utama untuk mensintesis etilen menjadi etanol yakni hidrasi tidak langsung dan hidrasi langsung. Pada tahun 1930, Union Carbide Corporation mengembangkan proses hidrasi tidak langsung, dimana ada berbagai nama sebutan seperti proses asam sulfat pekat – etilen, etil sulfat, esterifikasi – hidrolisis, atau sulfitasi – hidrolisis.

Etanol

Ada 3 tahapan untuk proses esterifikasi – hidrolisis untuk menghasilkan etanol, yaitu:A. Absorpsi etilen dalam konsentrasi asam sulfat membentuk monoetil sulfat dan dietil sulfat.

CH2 = CH2 + H2SO4 CH3CH2OSO3H

2CH 2 = CH2 + H2SO4 (CH3CH2O)2SO2

B. Hidrolisis etil sulfat membentuk etanol.

CH3CH2OSO3H + H2O CH3CH2OH + H2SO4

(CH3CH2O)2SO2 + 2 H2O 2 CH3CH2OH + H2SO4

(CH3CH2O)2SO2 + CH3CH2OH CH3CH2OSO3H + (CH3CH2)2O

C. Rekonsentrasi Asam Sulfat Encer

Etanol

Dietil eter merupakan hasil samping dari reaksi etanol dan dietil sulfat. Proses rekonsentrasi asam sulfat encer merupakan salah satu masalah dari proses ini, karena memerlukan biaya operasi yang besar.

Pada proses hidrasi langsung yang pertama kali dilakukan orang, yaitu etilen menjadi etanol melalui fasa cair yang dikatalisis oleh asam sulfat encer. Ada dua proses utama pada hidrasi langsung etilen menjadi etanol, yaitu proses fasa uap dan fasa campuran. Pada fasa uap terjadi pengontakan katalis padat atau cair dengan reaktan berupa gas. Sedangkan pada fasa campuran terjadi pengontakan katalis padat atau cair dengan reaktan berupa cairan dan gas.

Tabel 3. Pembuatan Etanol secara Sintesis dan Fermentasi

Etanol

No Parameter Sintesis Fermentasi

1 Bahan Baku Produk minyak bumi berupa etilen

Biomassa berupa gula, pati dan selulosa.

2 Proses Hidrasi langsung dan hidrasi tak langsung (menggunakan katalis)

Fermentasi langsung, sakarifikasi-fermentasi-simultan, Hidrolisa-fermentasi (keduanya menggunakan mikroorganisme berupa yeast dan bakteri

3 Kondisi Operasi Suhu tinggi (250-300oC), memerlukan material khusus untuk reaktor

Suhu sedang (30–50oC)

4 Kebutuhan Energi Besar Kecil, karena mendapatkan suplai energi dari sisa bahan baku yg tidak digunakan

EtanolFermentasi Etanol

Fermentasi merupakan suatu proses perubahan substrat menjadi produk tertentu dengan bantuan aktivitas mikroorganisme sebagai biokatalis.Fermentasi etanol adalah proses pemecahan asam piruvat menjadi etanol. Etanol hasil proses fermentasi adalah merupakan produk metabolisme sel khamir. Proses fermentasi yang menghasilkan etanol pada umumnya dilakukan pada kondisi anaerob. Etanol yg dihasilkan pada proses fermentasi anaerob jauh lebih banyak daripada etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi aerob.Secara stoikiometri,glukosa diubah menjadi etanol melalui reaksi: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Glukosa yang diubah menjadi etanol berasal dari substrat yang digunakan sebagai bahan baku fermentasi. Substrat tersebut harus mengandung karbohidrat.

Aplikasi di Dunia Industri

Fermentasi Etanol Pabrik Medco Etanol Lampung

Deskripsi ProsesSecara garis besar, keseluruhan proses yang terdapat di pabrik Medco Etanol Lampung terbagi menjadi 4 bagian utama, yaitu:1.Unit Utilitas2.Unit Pretreatment3.Unit Proses4.Unit Pengolahan Produk


1. Unit Utilitas

Unit utilitas merupakan unit yang mengelola dan menyediakan sarana untuk menunjang unit-unit lain, sehingga proses dapat berjalan dengan baik.

1. Unit utilitas ini terdiri dari:2. Unit water intake3. Unit Pengolahan Air4. Unit Pembangkit Steam5. Unit Pembangkit Listrik6. Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling water)7. Unit Pengolahan Limbah Padat dan Cair (Waste

Management)


2. Unit Pretreatment

Unit pretreatment merupakan unit yang berfungsi untuk mengolah bahan baku, yaitu ubi kayu segar (cassava) menjadi bubur (cassava slurry) sebelum bahan baku diolah di proses. Unit pretreatment terdiri dari:

1. Penimbangan Singkong2. Penghilangan Tanah/kulit ari3. Pencucian4. Pencacahan5. Pemarutan


3. Unit ProsesUnit ini berfungsi untuk menghasilkan etanol dengan cara

memecah pati menjadi dekstrin dengan menggunakan enzime α-amilase, lalu dekstrin dipecah menjadi glukosa dengan menggunakan enzim glukoamilase dan glukosa difermentasi menjadi etanol dengan menggunakan yeast.

Kemudian etanol dimurnikan dengan menggunakan distilasi agar didapatkan etanol dengan kemurnian 96%.

Dalam unit ini terdapat 3 unit utama, yaitu:1. Liquefaksi2. Fermentasi3. Distilasi


4. Unit Pengelolaan ProdukUnit ini berfungsi untuk mendistribusikan etanol. Pada proses

pendistribusiannya, digunakan 2 tahap, yaitu: 1. Menggunakan road tanker sebagai transportasi ke

pelabuhan2. Memindahkan etanol dari road tanker ke ship tanker.

Tiap road tanker memiliki kapasitas 20 KL dan ship tanker rata-rata memiliki kapasitas 2000 – 3000 KL.

BAHAN BAKU

Bahan Baku UtamaPada proses pembuatan bioetanol, MEL menggunakan 80% singkong jenis Kasesa dan Thailand.

Kasesa

Singkong jenis Kasesa adalah jenis singkong tahunan yang berumur lebih panjang (±12 bulan), tahan hujan dan penyakit, serta mempunyai kadar pati yang lebih bagus.

Thailand

Singkong jenis Thailand berumur lebih pendek (±6-8 bulan), tidak tahan hujan, dan kadar patinya lebih rendah.

Pabrik etanol PT. MEL dalam proses pembuatan bioetanol menggunakan singkong dengan

kadar pati rata-rata 25% yang difermentasi hingga menghasilkan etanol dengan konsentrasi

97%. Kadar pati dalam singkong tergantung pada jenis singkong, umur singkong, dan

iklim/ musim.

BAHAN BAKU

Bahan Baku Penunjang

1. Saccharomyces cerevisiae

1. Enzim α-amilase

2. Enzim Glukoamilase

3. NH4OH

4. H2SO4 atau HNO3

5. Antifoam

Keterangan :

•Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae merupakan salah satu spesies khamir yang

memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi. Produk

metabolik utamanya adalah etanol, CO2 dan air sedangkan beberapa

produk lain dihasilkan dalam jumlah sangat sedikit. Khamir ini

bersifat fakultatif anaerobik. Saccharomyces cerevisiae memerlukan

suhu 30oC dan pH 4,0-4,6 agar dapat tumbuh dengan baik.

Keterangan :

Enzim α-amilase

Enzime α-amilase diproduksi oleh mikroorganisme, seperti

Bachillus lichenformis, Bacillus subtilis, dan tersedia dalam

beberapa konsentrasi yang berbeda. Enzim ini digunakan pada

proses Likuifaksi untuk memutus gula yang berantai panjang

(starch) menjadi gula yang berantai lebih pendek (dekstrin).

Untuk menstabilkan enzim ini dapat digunakan ion Ca yang

ditambahkan dalam bentuk CaCl.

Enzim Glukoamilase

Glukoamilase dihasilkan dari Aspergilus niger. Enzim ini akan

memotong ikatan alfa-1,4 pada molekul pati pada proses

sakarifikasi sehingga dihasilkan glukosa.

NH4OH

NH4OH akan ditambahkan pada cassava slurry dalam tangki

penampungan sementara sebelum masuk fermentor jika pHnya

kurang dari 5,5. NH4OH yang digunakan selain dapat

mengontrol pH agar tidak terlalu rendah juga dapat menjadi

nutrisi bagi yeast berupa nitrogen.

H2SO4 atau HNO3

H2SO4 akan ditambahkan pada cassava slurry dalam tangki

penampungan sementara sebelum masuk fermentor jika pHnya

lebih dari 6,6.

Antifoam

Antifoam digunakan untuk menghilangkan busa (foam) di unit

fermentasi yang timbul akibat adanya reaksi perubahan glukosa

menjadi etanol oleh enzime saccharomyces cerevisiae. Karena

dengan adanya busa (foam) yang timbul pada saat reaksi akan

mengakibatkan reaksi tidak berjalan dengan sempurna.

Unloader

Hopper

Hopper Root Peeler

Weighing Pretreatme

nt

Conveyor

Metric Screw

Choper

Conveyor A Conveyor B

Washer

Tangki T-105 Starch Mill

Slurry tank

Rasper

Process water

Process water

Liquefaction process

Gambar Blok Diagram Unit Pretreatment

T-214

A/B/C

T-335

A/B

T-212 T-215

T-213

H-211 A/B

H-212 A/B

T-334 R-311 – R-316

Slurry dari pre-treatment

T-211

T-216H-213dibuang

Cooling water

Blok Diagram Proses Likuifaksi & Sakarifikasi Fermentasi

Blok Diagram Proses Likuifaksi & Sakarifikasi Fermentasi

Limbah

Setiap proses pengolahan bahan baku menjadi produk akan

diikuti dengan terbentuknya produk yang tidak bernilai jual atau

limbah. Selain tidak berguna limbah juga dapat mencemari

lingkungan sekitar pabrik. Namun di MEL limbah yang dihasilkan

dari proses produksi etanol dapat dimanfaatkan kembali. Limbah

yang dihasilkan MEL beserta kegunaannya dapat dilihat pada

tabel di bawah ini:

Limbah Kapasitas KegunaanWet cake 150 ton/ hari Dijual ke PT. NEA untuk dijadikan

bahan glukosaThin slop 60 ton/hari Sebagian digunakan untuk pengencer

pada proses fermentasi jika viskositas terlalu tinggi dan sebagian lagi dikirim ke methane reactor untuk diolah menjadi biogas.

Cassava skin & menir

1300 m3/ hari Dapat dijadikan pupuk organik.

CO2 160 ton/ hari Dapat dijadikan bahan industri lainnya seperti urea dan minuman berkarbonasi, namun untuk saat ini belum diterapkan.

Biogas 27,450 Nm3/ hari Dijadikan bahan bakar untuk mencukupi kebutuhan energi di MEL, namun masih dalam tahap persiapan.

Tabel Limbah dan Kegunaannya

proses industri kimia-bioetanol

Documents