Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Polihidroksibutirat (PHB) dari Glukosa Pada Alchaligenes Eutrophus dengan Kapasitas 5000 Ton/Tahun

PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN POLIHIDROKSIBUTIRAT (PHB)
DARI GLUKOSA PADA A. EUTROPHUS
DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 5.000 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia

OLEH :
AIDIL SYUKRI
NIM : 030405039

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
F A K U L T A S

T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2010
PRA RANCANGAN PABRIK

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN POLIHIDROKSIBUTIRAT (PHB)
DARI GLUKOSA PADA A. EUTROPHUS
DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 5.000 TON/TAHUN
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
Oleh:

AIDIL SYUKRI
030405039
Telah Diperiksa / Disetujui,
Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Ir. Kartini Noor Hafni, MT
NIP: 19630421 199103 2 001

Dr. Halimatuddahliana ST, MSc
NIP : 19730408 199802 2 002
Dosen Penguji I

Dosen Penguji II

Dosen Penguji III

Dr. Halimatuddahliana ST, MSc Dr. Ir. Taslim, MSi
Ir. Indra Surya, M.Sc
NIP : 19730408 199802 2 002 NIP. 19650115 199003 1 002 NIP. 19630609 198903 1 004
Mengetahui,
Koordinator Tugas Akhir

Dr.Eng.Ir. Irvan, MSi
NIP. 19680820 199501 1 001

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

KATA PENGANTAR

Universitas Sumatera Utara

Puji syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan yang selalu memberikan
kesehatan dan menunjukkan jalan dan pengharapan sehingga Penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir dengan judul Pembuatan Polihidroksibutirat (PHB)
pada Alcaligenes Eutrophus dengan Kapasitas Produksi 5.000 ton/tahun.
Pra–rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat dalam
menyelesaikan perkuliahan pada Program Studi Strata Satu (S1) Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini,
Penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan fasilitas dari berbagai pihak. Pada
kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ayahanda dan Ibunda yang selalu memotivasi dan tidak henti berdoa agar
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Ibu Dr.Halimatuddahliana, ST. MSc, dosen pembimbing I yang telah banyak

memberikan masukan, motivasi dan bimbingan serta pengertian kepada
Penulis selama penulisan Tugas Akhir ini.
3. Ibu Ir. Kartini Noor Hafni, MT, dosen pembimbing II yang telah banyak
memberikan masukan dan bimbingan kepada Penulis selama penulisan Tugas
Akhir ini.
4. Simon F Tampubolon, Abangda Mangkunama Naibaho, Haryanto Manurung
serta sahabat – sahabat penulis yang tidak bisa saya tulisakan satu – persatu
yang memberikan bantuan material dan spiritual dalam peyelesaian Tugas
Akhir ini.
5. Bapak Ronny Purwadi (ITB), Bapak Tjandra Setiadji (ITB), Abangda Emil
Kaburuan (Taiwan) dan Handika (ITB) yang memberikan literatur dan
motivasi kepada penulis.
6. My Foster Dad - Bill Fox yang selalu menemani setiap langkah dan
memberikan motivasi yang sangat berarti.
7. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
8. Bapak Hendra S Ginting, ST. MT, Sekretaris Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
9. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

i

Universitas Sumatera Utara

ii

10. Abangda John Sandy Sihombing TK ’99 dan Kakanda Tiur Yanthi
Manullang yang selalu mengingatkan penulis dan memberikan motivasi yang
sangat berarti.
11. Ibu Dr. Ir Iriany MSc yang telah banyak menyempatkan waktunya untuk
diskusi suhubungan penyelesaian Tugas Akhir ini.
12. Bapak dan Ibu dosen staf pengajar Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
13. Septin E K G M, sebagai teman seperjuangan Penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
14. Kawan – kawan di Angkatan ’05 yang telah banyak memberikan masukan,
doa dan motivasinya kepada Penulis.
15. Abang dan Kakak Alumni yang tidak tersebutkan namanya yang telah banyak
memberikan masukan, doa dan motivasinya kepada Penulis.
16. Adik – Adik di Teknik Kimia USU yang tidak tersebutkan namanya yang

telah banyak memberikan bantuan, masukan, doa dan motivasinya kepada
Penulis.
17. Terkhusus buat Someone Special yang cukup berarti, walupun mungkin dia
tidak tahu itu My Sweetheart.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari masih banyak terdapat
kekurangan baik isi ataupun kesalahan penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu
Penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca sehingga
tulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan,
Juli 2010

(Aidil Syukri)

Universitas Sumatera Utara

INTISARI

Plastik telah dikenal luas dalam kehidupan manusia. Berbagai barang

kebutuhan hidup mulai barang-barang sederhana hingga barang-barang berteknologi
terus meningkat menumbuhkan kekhawatiran mengenai dampak buruknya terhadap
lingkungan. Penanganan sampah plastik antara lain dilakukan dengan cara daur
ulang, pembakaran (incineration), dan penguburan (landfill). Pembakaran sampah
plastik menghasilkan zat-zat beracun yang berbahaya bagi makhluk hidup, sementara
cara penguburan tidak efektif karena plastik sangat sulit terdegradasi. Salah satu cara
yang dikembangkan untuk mengatasi masalah sampah plastik adalah penggunaan
plastik biodegradable.
Pupuk urea yang diproduksi 5.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dengan
bahan baku glukosa pada bakteri A. Eutrophus. Lokasi pabrik pembuatan urea ini
direncanakan didirikan di daerah Kisaran dengan luas areal 21.500 m2, tenaga kerja
yang dibutuhkan 148 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT)
yang dipimpin oleh seorang direktur utama dengan struktur organisasi sistem garis.

Hasil analisa ekonomi pabrik polihidroksibutirat adalah sebagai berikut:





















Total Modal Investasi

:

Rp 753.296.667.950,-

Biaya Produksi

:

Rp 377.914.127.881,-

Hasil Penjualan

:

Rp 652.032.208.650,-

Laba Bersih

:

Rp 190.940.743.256,-

Profit Margin

:

41,83 %

Break Even Point

:

55,82 %

Return on Investment

:

25,35 %

Pay Out Time

:

3,95 tahun

Return on Network

:

42,25 %

Internal Rate of Return

:

43,84 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan
pupuk urea dari gas sintesis ini layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Hal
KATA PENGANTAR ............................................................................................i
INTISARI ............................................................................................................ iii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ...............................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................xi
BAB I

PENDAHULUAN ............................................................................ I-1
1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-2
1.3 Tujuan Perancangan Pabrik ......................................................... I-2
1.4 Manfaat Perancangan .................................................................... I-2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... II-1
2.1 Polihidroksialkanoat (PHA) ......................................................... II-1
2.2 Proses Pembuatan Polihidroksibutirat (PHB) ............................... II-2
2.2.1 Alternatif Sumber Karbon dan Bakteri ..................................... II-3
2.2.2 Alternatif Proses Fermentasi .................................................... II-4
2.2.3 Alternatif Proses Ekstraksi ....................................................... II-5
2.3 Bahan Baku ................................................................................. II-7
2.3.1 Glukosa (C6H12O6 .................................................................... II-7
2.3.2 Culture Medium ....................................................................... II-8
2.3.3 Kalium Hidroksida (KOH) ....................................................... II-9
2.3.4 Kloroform (CHCl3) ................................................................ II-10
2.4 Deskripsi Proses ....................................................................... II-10
2.4.1 Fermentasi ............................................................................. II-10
2.2.2 Ekstraksi ................................................................................ II-12
2.2.3 Alternatif Proses Ekstraksi ..................................................... II-14

BAB III

NERACA MASSA ............................................................................III-1

BAB IV

NERACA ENERGI ......................................................................... IV-1

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN ...........................................................V-1

Universitas Sumatera Utara

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ................... VI-1
6.1

Instrumentasi ............................................................................ VI-1

6.1.1 Tujuan Pengendalian .............................................................. VI-3
6.1.2 Jenis-jenis Pengendalian dan Alat Pengendali ........................ VI-3
6.1.3 Variabel-variabel Proses dalam Sistem Pengendalian ............. VI-9
6.1.3 Syarat Perancangan Pengendalian ........................................ VI-10
6.2

Keselamatan Kerja Pabrik ....................................................... VI-12

BAB VII UTILITAS....................................................................................... VII-1
7.1

Kebutuhan Steam (Uap) ........................................................... VII-1

7.2

Kebutuhan Air ......................................................................... VII-2

7.2.1 Screening .............................................................................. VII-5
7.2.2 Klarifikasi ............................................................................. VII-6
7.2.3 Filtrasi .................................................................................. VII-7
7.2.4 Demineralisasi ...................................................................... VII-8
7.2.5 Deaerator ............................................................................ VII-11
7.3 Kebutuhan Listrik .................................................................. VII-11
7.4 Kebutuhan Bahan Bakar ........................................................ VII-12
7.5 Unit Pengolahan Limbah........................................................ VII-13
7.7

Spesifikasi Peralatan Utilitas .................................................. VII-19

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ...................................... VIII-1
8.1 Lokasi Pabrik .......................................................................... VIII-1
8.2 Tata Letak Pabrik .................................................................... VIII-3
8.3
BAB IX

Perincian Luas Areal Pabrik .................................................... VIII-4

ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1
9.1

Organisasi Perusahaan .............................................................. IX-1

9.2

Manajemen Perusahaan............................................................. IX-3

9.3

Bentuk Hukum Badan Usaha .................................................... IX-4

9.4

Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab........................ IX-6

9.5

Sistem Kerja ............................................................................. IX-8

9.6

Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .............................. IX-10

9.7

Sistem Penggajian ................................................................... IX-12

9.8

Fasilitas Tenaga Kerja ............................................................. IX-13

Universitas Sumatera Utara

9.9 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja ................................ IX-14
BAB X

ANALISA EKONOMI ......................................................................X-1
10.1 Modal Investasi...........................................................................X-1
10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/ Total Cost (TC)..............................X-4
10.3 Total Penjualan (Total Sales) ......................................................X-5
10.4 Bonus Perusahaan .......................................................................X-5
10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha .........................................................X-5
10.5 Analisa Aspek Ekonomi ..............................................................X-5

BAB XI

KESIMPULAN ................................................................................ XI-1

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... xiv
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Beberapa jenis bakteri dan sumber karbon pada pembuatan PHB .......... II-3

Tabel 2.2

Perbandingan Sifat – sifat fisika dan kimia PHB dan PP ....................... II-4

Tabel 2.3

Komposisi Kultur Medium Sintetik ...................................................... II-8

Tabel 2.4

Komposisi Kultur Medium Sintetik .................................................... II-10

Tabel 3.1

Neraca Massa pada Fermentor (R-101) .............................................. III-2

Tabel 3.2

Neraca Massa pada Disc Centrifuge (CF-101) .................................... III-3

Tabel 3.3

Neraca Massa pada Tangki Pencuci (V-105) ....................................... III-4

Tabel 3.4

Neraca Massa pada Disc Centrifuge (CF-102) .................................... III-4

Tabel 3.5

Neraca Massa pada Tangki Ekstraksi (V-106)..................................... III-4

Tabel 3.6

Neraca Massa pada Disc Centrifuge (CF-103) .................................... III-5

Tabel 3.7

Neraca Massa pada Tangki Pengendapan (V-107) ................................ III-5

Tabel 3.8

Neraca Massa pada Dekanter (DC-101) .............................................. III-5

Tabel 3.9

Neraca Massa pada Spray Dryer (SPD-101) ....................................... III-6

Tabel 4.1

Neraca energi pada Fermentor (R-101) ............................................... IV-1

Tabel 4.2

Neraca energi pada Tangki Ekstraksi (V-106) ..................................... IV-1

Tabel 4.3

Neraca energi pada Vaporizer (VE-101) ............................................. IV-1

Tabel 4.4

Neraca energi pada Spray Dryer (SPD -101)....................................... IV-3

Tabel 6.1

Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra-rancangan Pabrik Pembuatan Polihidroksibu

Tabel 7.1

Kebutuhan Uap .................................................................................. VII-1

Tabel 7.2

Kebutuhan Air Pendingin .................................................................. VII-2

Tabel 7.3

Kebutuhan Air Panas 90 0C pada Alat ................................................ VII-2

Tabel 7.4

Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan......................................... VII-4

Tabel 7.5

Kualitas Air Sungai Silau Asahan ...................................................... VII-4

Tabel 7.6

Kebutuhan Listrik pada Alat Utilitas ................................................ VII-11

Tabel 8.1

Perincian Luas Tanah .......................................................................VIII-4

Tabel 9.1

Susunan Jadwal Shift Karyawan ......................................................... IX-9

Tabel 9.2

Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ................................................ IX-10

Tabel 9.3

Perincian Gaji Karyawan ................................................................... IX-12

Tabel LA-1

Komposisi Kultur Medium.............................................................. LA-4

Tabel LB-1

Kapasitas Panas Liquid ................................................................... LB-1

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB-2

Tabel Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison .. LB-2

Tabel LB-3

Panas Pembentukan ........................................................................ LB-3

Tabel LB-4

Perhitungan Panas Masuk pada Fermentor ...................................... LB-9

Tabel LB-5

Perhitungan Panas Keluar pada Fermentor .................................... LB-10

Tabel LB-6

Neraca Panas Fermentor ............................................................... LB-10

Tabel LB-7

Perhitungan Panas Masuk pada Tangki Ekstraksi .......................... LB-11

Tabel LB-8

Perhitungan Panas Keluar pada Tangki Ekstraksi ......................... LB-12

Tabel LB-9

Neraca Panas Tangki Ekstraksi .................................................... LB-12

Tabel LB-10

Perhitungan Panas Masuk pada Tangki Vaporizer ........................ LB-13

Tabel LB-11

Perhitungan Panas Keluar pada Tangki Vaporizer ....................... LB-13

Tabel LB-12

Neraca Panas Tangki Vaporizer ................................................... LB-14

Tabel LB-13

Perhitungan Panas Masuk pada Spray Dryer ................................ LB-14

Tabel LB-14

Perhitungan Panas Keluar pada Spray Dryer ............................... LB-15

Tabel LB-15

Neraca Panas Spray Dryer ........................................................... LB-15

Tabel LC-1

Komposisi bahan masuk ke tangki pencuci (V-105) ....................... LC-9

Tabel LC-2

Komposisi bahan masuk ke tangki ekstraksi (V-106) ................... LC-13

Tabel LC-3

Komposisi bahan masuk ke gudang produk.................................. LC-22

Tabel LC-4

Komposisi bahan masuk ke fermentor.......................................... LC-24

Tabel LC-5

Komposisi bahan masuk ke vaporizer (VE-101) .......................... LC-41

Tabel LC-6

Komposisi bahan masuk ke Disk Centrifuge (CF-101) ................. LC-48

Tabel LC-7

Komposisi bahan masuk ke Disk Centrifuge (CF-102) ................. LC-49

Tabel LC-8

Komposisi bahan masuk ke Disk Centrifuge (CF-103) ................. LC-51

Tabel LC-9

Komposisi bahan masuk ke Dekanter (DC-101) ........................... LC-53

Tabel LC-10

Komposisi bahan masuk ke Disk Centrifuge (CF-103) ................. LC-51

Tabel LE-1

Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya ..............................LE-2

Tabel LE-2

Harga Indeks Marshall dan Swift ....................................................LE-3

Tabel LE-3

Estimasi Harga Peralatan Proses .....................................................LE-7

Tabel LE-4

Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ..............LE-8

Tabel LE-5

Biaya Sarana Transportasi............................................................. LE-10

Tabel LE-6

Perincian Gaji Pegawai .................................................................LE-14

Tabel LE-7

Perician Biaya Kas ........................................................................ LE-15

Tabel LE-8

Perincian Modal Kerja .................................................................. LE-17

Universitas Sumatera Utara

Tabel LE-9

Aturan Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 ....................... LE-18

Tabel LE-10

Perkiraan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No.17 tahun 2000 .........LE-19

Tabel LE-11

Data perhitungan BEP................................................................... LE-27

Tabel LE-12

Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) ............................ LE-30

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Jenis Polihidroksialkanoat ............................................................. II-1

Gambar 2.2

Proses Degredasi polihidroksibutirat-co-valerat ............................ II-2

Gambar 2.3

Metode – metode pemisahan PHB dari sel bakteri sialkanoat ........ II-5

Gambar 2.4

Biosintesis PHB pada Alcaligenes eutrophus .............................. II-10

Gambar 6.1

Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback ........................... VI-4

Gambar 6.2

Sebuah loop Pengendalian .......................................................... VI-5

Gambar 6.3

Instrumentasi tangki bahan baku ............................................... VI-12

Gambar 6.4

Instrumentasi pada fermentor .................................................... VI-12

Gambar 6.5

Instrumentasi pada pompa ......................................................... VI-13

Gambar 6.6

Tingkat kerusakan di suatu pabrik ............................................. VI-14

Gambar 8.1

Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan PHB ................... VIII-6

Gambar 9.1

Struktur Organiasi Pabrik Pembuatan PHB ............................... IX-16

Gambar LC-1 Prototipe Decanter Centrifuges (solid bowl centrifuge) .............LC-53
Gambar LC-2 Prototipe Spray Dryer jenis Co (FSD-4)....................................LC-57
Gambar LD-1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas) ............................ LD-2
Gambar LE-1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan dan Tangki
Pelarutan.(Peters, 2004)........................................................................... LE-5
Gambar LE-2 Kurva Break Even Point Pabrik pembuatan PHB dari Glukosa.. LE-29

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ..................................... LA-1
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS ...................................... LB-1
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ..................... LC-1
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS... LD-1
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ..................................... LE-1

Universitas Sumatera Utara

INTISARI

Plastik telah dikenal luas dalam kehidupan manusia. Berbagai barang
kebutuhan hidup mulai barang-barang sederhana hingga barang-barang berteknologi
terus meningkat menumbuhkan kekhawatiran mengenai dampak buruknya terhadap
lingkungan. Penanganan sampah plastik antara lain dilakukan dengan cara daur
ulang, pembakaran (incineration), dan penguburan (landfill). Pembakaran sampah
plastik menghasilkan zat-zat beracun yang berbahaya bagi makhluk hidup, sementara
cara penguburan tidak efektif karena plastik sangat sulit terdegradasi. Salah satu cara
yang dikembangkan untuk mengatasi masalah sampah plastik adalah penggunaan
plastik biodegradable.
Pupuk urea yang diproduksi 5.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dengan
bahan baku glukosa pada bakteri A. Eutrophus. Lokasi pabrik pembuatan urea ini
direncanakan didirikan di daerah Kisaran dengan luas areal 21.500 m2, tenaga kerja
yang dibutuhkan 148 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT)
yang dipimpin oleh seorang direktur utama dengan struktur organisasi sistem garis.

Hasil analisa ekonomi pabrik polihidroksibutirat adalah sebagai berikut:





















Total Modal Investasi

:

Rp 753.296.667.950,-

Biaya Produksi

:

Rp 377.914.127.881,-

Hasil Penjualan

:

Rp 652.032.208.650,-

Laba Bersih

:

Rp 190.940.743.256,-

Profit Margin

:

41,83 %

Break Even Point

:

55,82 %

Return on Investment

:

25,35 %

Pay Out Time

:

3,95 tahun

Return on Network

:

42,25 %

Internal Rate of Return

:

43,84 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan
pupuk urea dari gas sintesis ini layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang
Plastik telah dikenal luas dalam kehidupan manusia. Berbagai barang

kebutuhan hidup mulai barang-barang sederhana hingga barang-barang berteknologi
terus meningkat menumbuhkan kekhawatiran mengenai dampak buruknya terhadap
lingkungan. Awalnya sifat-sifat plastik yang ringan, praktis, ekonomis, dan tahan
terhadap pengaruh lingkungan menjadi unggulan, sehingga plastik dapat digunakan
untuk menggantikan bahan-bahan lain yang tidak tahan lama. Akan tetapi plastik
juga banyak digunakan untuk barang sekali pakai sehingga sampah plastik semakin
bertambah, sementara proses degradasi secara alamiah berlangsung sangat lama.
Sebagai akibatnya sampah plastik menjadi masalah bagi lingkungan.
Penanganan sampah plastik antara lain dilakukan dengan cara daur ulang,
pembakaran (incineration), dan penguburan (landfill). Pembakaran sampah plastik
menghasilkan zat-zat beracun yang berbahaya bagi makhluk hidup, sementara cara
penguburan tidak efektif karena plastik sangat sulit terdegradasi. Cara daur ulang
merupakan alternatif terbaik untuk menangani sampah plastik, tetapi cara ini
memerlukan biaya yang tinggi dan hanya dapat mengatasi sebagian kecil sampah
plastik sehingga masih menimbulkan pencemaran.
Salah satu cara yang dikembangkan untuk mengatasi masalah sampah plastik
adalah penggunaan plastik biodegradabel. Jenis plastik ini mudah diuraikan oleh
mikroorganisme sehingga tidak mencemari lingkungan. Polihidroksialkanoat (PHA)
merupakan salah satu jenis plastik biodegradabel yang memiliki potensi besar untuk
menggantikan plastik hidrokarbon yang sekarang banyak digunakan. Lebih dari 40
jenis PHA dan kopolimernya telah ditemukan dan dinyatakan sebagai material yang
ramah

lingkungan.

Polimer-polimer

ini

terbiodegradasi sempurna

menjadi

karbondioksida dan air setelah beberapa bulan penguburan dalam tanah (Yu dkk,
1998).
Berbagai mikroorganisme seperti Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus,
Nocardia, Pseudomonas, dan Rhizobium mengakumulasi polihidroksialkanoat
sebagai material cadangan energi (Jogdand, 2000). Masing-masing mikroorganisme

I-1

Universitas Sumatera Utara

I-2

menghasilkan komposisi polimer PHA yang berbeda. Jenis sumber karbon yang
dikonsumsi oleh mikroorganisme juga menentukan jenis PHA yang dihasilkan.
Polihidroksialkanoat telah diproduksi secara komersil dengan proses biosintesa
menggunakan bahan baku glukosa. Tetapi produksi PHA ini mengalami kendala
terutama dari segi biaya produksi yang tinggi yang disebabkan oleh biaya bahan
baku, yaitu glukosa dan biaya pengolahan (pengambilan PHA dari sel
mikroorganisme).
Bebrapa industri yang sudah memproduksi plastik biodegradable seperti
PHA ialah Industri Metabolix (USA), Biocycle (Brazil), Tianan Biologic Material
(Cina), Biomer dan Bio-on. (www.wikipedia.org/wiki/polyhydroxyalkanoate).

Sumber : Ecyclopedia of Bioprocess Technolgy

Universitas Sumatera Utara

I-3

PHA telah dikomersialkan dengan harga yang lebih mahal jika dibandingkan
dengan plastik konvensial yang terbuat dari petrokimia. Namun melihat petrokimia
adalah bahan baku yang tidak bisa diperbaharui dan plastik yang dihasilkan dapat
menyebabkan pencemaran lingkungan, industri PHA terus berkembang. Zeneca Bio
Products (Billingham, UK) telah memproduksi 1.000 ton pertahun copolimer PHB/V
dan dijual dengan nama dagang BIOPOL dengan harga US $16/kg.
Jika dibadingkan dengan harga plastik petrokimia seperti polietilen dan
polipropilen yang harganya US $ 1/kg, PHA mungkin terlalu mahal. Namun
perbandingan harga tidak menjadi masalah terhadap plastik non-biodegradable.
Untuk itu perbandingan PHA yang sesuai ialah terhadap plastic biodegradable
lainnya yang harganya berkisar US $ 5 – US $ 16 /kg.

1.2

Perumusan Masalah
Mengingat kebutuhan manusia akan plastik cukup besar untuk keperluan

sehari – hari. Sehingga penggunaan plastik non-biodegradable dapat menyebabkan
pencemaran lingkungan. Sehingga diperlukan adanya plastik biodegradable seperti
PHB untuk mengurangi penggunaan plastik konvensional. PHB sudah diproduksi
secara komersial di sebagian Asia dan Eropa Barat. Hal ini ditanggapi dengan baik
oleh industri – industri polimer di dunia. Dan mengingat Indonesia memiliki raw
material pembuatan PHB, hal ini mendorong untuk dibuatnya suatu pra rancangan
pabrik pembuatan Polihidroksibutirat (PHB) dengan tujuan mencukupi kebutuhan
PHB domestik.

1.3

Tujuan Perancangan
Secara umum, tujuan pra rancangan pabrik pembuatan Polihidroksibutirat

(PHB) ini adalah menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia khususnya di bidang
perancangan, proses, dan operasi teknik kimia sehingga dapat memberikan gambaran
kelayakan Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Polihidroksibutirat (PHB).
Secara khusus, tujuan pra rancangan pabrik pembuatan Polihidroksibutirat
(PHB) ini adalah untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri akan plastik
biodegradable sehingga dapat mengurangi pencemaran yang ditimbulkan oleh
plastik non-biodegradable.

Universitas Sumatera Utara

I-4

1.4

Manfaat Perancangan
Manfaat pra perancangan pabrik pembuatan Polihidroksibutirat (PHB) adalah

memberikan gambaran kelayakan dari segi rancangan dan ekonomi pabrik sehingga
akan mendukung pertumbuhan industri plastik di Indonesia. Hal ini, diharapkan akan
dapat memenuhi kebutuhan PHB di Indonesia.
Manfaat lain yang ingin dicapai adalah dapat meningkatkan devisa negara dan
dapat membantu pemerintah untuk menanggulangi masalah pengangguran di
Indonesia yaitu dengan menciptakan lapangan kerja baru.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Polihidroksialkanoat (PHA)
Polihidroksialkanoat merupakan salah satu contoh polimer poliester,
diperoleh dari hasil sintesis sumber karbon oleh berbagai macam bakteri.
Polihidroksialkanoat berpotensi menggantikan polimer dari minyak bumi. Terdapat
lebih dari 90 monomer berbeda dari polihidroksialkanoat yang telah ditemukan
sebagai bahan dasar acuan biosintetis. Beberapa contoh polihidroksialkanoat yang
sudah diproduksi secara komersial ialah homopolimer polihidroksibutirat atau PHB
dan copolimer polihidroksibutirat-co-3-hidroksivalerat. (Lee, 1996)
Polihidroksialkanoat diklasifikasikan berdasarkan rantai monomernya menjadi
homopolimer dan copolimer.
Struktur PHAs dengan monomer homopolimer ialah sebagai berikut :

n=1

R=

n=2
n=3

R=
R=

hidrogen
poli (-3-hidroksipropionat)
metil
poli (-3-hidroksibutirat)
etil
poli (-3-horoksivalerat)
propil
poli (-3-hidroksiheksanoat)
pentil
poli (-3-hidroksioktanoat)
nonil
poli (-3-hidroksidekanoat)
hidrogen
poli (-4-hidroksibutirat)
hidrogen
poli (-5-hidroksivalerat)
Gambar 2. 1 Jenis Polihidroksialkanoat

Sedangkan contoh polihidroksialkanoat yang rantai pembentuknya copolimer
ialah sebagai berikut :
PHBV (Biopol®)

- CH3 & CH2CH3

PHBHx

- CH3 & - CH2CH2CH3

PHBO

- CH3 & -(CH2)4CH3

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2 . Proses Degredasi polihidroksibutirat-co-valerat (P(3HB-3HV))
pada . selama 0, 2, 4, 6, 8, and 10 weeks (dari kiri ke kanan)
2.2 Proses Pembuatan Polihidroksibutirat (PHB)
Polihidroksibutirat (PHB) merupakan salah satu jenis polihidroksialkanoat
yang paling umum ditemukan pada bakteri. PHB pertama kali ditemukan dan
dipelajari oleh Lemoigne pada tahun 1920.

2.2.1 Alternatif Sumber Karbon dan Bakteri
Berikut adalah beberapa sumber karbon dan bakteri yang digunakan dalam
proses pembuatan PHB.

Tabel 2.1 Beberapa jenis bakteri dan sumber karbon pada pembuatan PHB

Universitas Sumatera Utara

Alcaligenes
Eutrophus

Alcaligenes
Lactus

Recombinant
E. Coli

M. Organophilum

Glukosa

Sukrosa

Glukosa

Metanol

Nitrogen

-

Potassium

-

Moetode
Fermentasi

Kontrol
Konsentrasi
Glukosa

PH-stat

PH-stat

Kontrol
Konsentrasi
Methanol

Waktu
Fermentasi

50 jam

28.45 jam

39 jam

70 jam

164

143

110

250

121

71.4

85

130

76

50

77.3

52

0.3

0.17

0.19

0.19

Kim, dkk 1994

Yamane,dkk
1996

Unpublished
Result

Kim, dkk 1996

Bakteri
Sumber
Karbon
Nutrisi
Pembatas

Konsentrasi
Sel (g/l)
Konsentrasi
PHB (g/l)
Kandungan
PHB (%)
Yield PHB (g
PHB / g
Substrat)
Referensi

Karakteristik yang dimiliki oleh PHB hampir sama dengan karakteristik
polipropilen, sehingga PHB berpotensi menggantikan plastik sintetik misalnya
Polipropilena (PP). Dimana PP diperoleh dengan bahan baku minyak bumi. Adapun
perbandingan karakteristik tersebut dijabarkan dalam tabel dibawah ini:

Tabel 2.2 Perbandingan Sifat – sifat fisika dan kimia PHB dan PP
Karakteristik

Polihidroksibutirat

Polipropilena

Titik Leleh (0C)
Suhu Glass-transition (0C)
Berat Molekul
Distribusi berat molekul
Densitas (g/cm3)
Crystallinity (%)
Modulus Young (GPa)
Tensile Strength (MPa)
Extension to Break (%)

175-182
4
5 x 105-1 x 106
2.2 – 3
1.25
65-80
3.5 – 4
40
6–8

171-186
-10
2 x 105
5 – 12
0.92
65-70
1.7
38
400

Universitas Sumatera Utara

Solvent Reistance
Poor
Ultraviolet Resistnace
Good
Oxygen Permeabelity
45
Biodegradability
Excellent
Sumber: Biotechnology Bioprocess Engineering, Choi, 1997

Good
Poor
1700
Poor

2.2.2 Alternatif Proses Fermentasi
Proses pembuatan PHA secara umum ialah dengan proses fermentasi untuk
memperoleh kandungan PHA pada sel bakteri dan dilanjutkan dengan proses
pemisahan PHA dari sel. Pada proses fermentasi terjadi sintesa substrat menjadi
PHA. Jenis PHA yang dihasilkan dipengaruhi oleh jenis mikroba, sumber karbon dan
substrat pembatas.
PHA diperoleh dari hasil akumulasi karbon dengan kondisi pembatas N, P,
Mg atau O2 (Anderson dkk, 1990). Saat ini telah diketahui banyak bakteri yang dapat
mengakumulasi sumber karbon menjadi PHA. Terdapat 2 alternatif fermentasi yang
umum digunakan untuk memproduksi PHA yaitu :
 Fed-Batch

Fermentor di isi dengan nutrisi secukupnya untuk pertumbuhan sel.

 Multi-stage Continuous Cultivation

Pada proses fermentasi ini, nutrisi dimasukkan secara kontiniu pada
masing – masing fermentor. Fermentor yang pertama merupakan tempat
pertumbuhan sel. Sedangkan fermentor yang kedua digunakan untuk proses
akumulasi PHA.

2.2.3 Alternatif Proses Ekstraksi
Pada proses pemisahan PHA dari sel bakteri diketahui beberapa metode yang
intinya adalah untuk memecahkan dinding sel bakteri dan memisahkan kandungan
PHA yang terdapat pada bakteri tersebut. Beberapa metode yang dapat digunakan
dalam proses pemisahan ialah sebagai berikut :

Metode Pemisahan
Solvent Extraction
Digestion Methods
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Metode – metode pemisahan PHB dari sel bakteri

Untuk memperoleh jenis PHA yang diinginkan perlu diperhatikan mikroba
yang dipergunakan, sumber karbon, nutrient pembatas dan metode pemisahan sel
yang digunakan. Dalam beberapa penelitian telah diklasifikasikan beberapa mikroba
yang dapat mensintesa berbagai macam sumber karbon pada proses sintesa PHA.
Pada table 2.3 telah diberikan beberapa contoh bakteri yang dapat
menghasilkan PHA. PHA yang dihasilkan ini tergantung dari bakteri yang
mensintesa dan sumber karbon yang dipergunakan dengan lama waktu fermentasi
yang sesuai untuk memperoleh yield optimum.

Sedangkan proses pemisahan bakteri dari PHB yang sudah tersintesa didalam
sel bakteri terdapat beberapa metode pemisahan. Berikut ini adalah beberapa metode
yang pada umumnya dipergunakan oleh industri maupun riset :
 Solvent Extraction

Metode ini adalah salah satu metode tertua dalam pemisahan PHA.
Biasanya menggunakan pelarut seperti: kloroform, 1,2 – dikloroetana dan
metilene klorida. Dalam beberapa percobaan ekstraksi menggunakan pelarut,
diketahui dapat menghancurkan dinding sel. Kemurnian PHA dengan
menggunakan pelarut ini dapat mencapai 98%. Salah satu yang menjadi

Universitas Sumatera Utara

masalah pengunaan method ini ialah limbah cair yang dihasilkan. Sehingga
diperlukan solvent recovery untuk mengurangi pencemaran lingkungan.

 Digestion Method
Metode ini memiliki prinsip yang sama dengan metode solvent
extraction. Namun pada metode ini menggunakan pelarut seperti: surfaktan,
chelate dan enzim.

 Mechanical Treatment
Metode ini sering digunkan untuk memisahkan intraseluler protein
(Timer, dkk. 1998). Contoh metode ini antara lain: Bead Mill Disruption dan
High Pressure Homogenization.

 Supercritical CO2
Sedangkan pada metode pemisahan dengan Supercritical CO2
memerlukan tekanan yang tinggi untuk proses ekstraksi dan kemurnian hanya
mencapai 89%

 Using cells fragility
Pada metode Using cells fragility tidak bisa digunakan untuk setiap
mikroba. Pada metode ini bakteri yang digunakan ialah E. Coli dan A.
Vineandi sehingga jarang dipergunakan pada saat extraksi ( Choi, 2009)

Dalam Pra-rancangan pembuatan Pabrik Polyhydroxybutyrate (PHB) ini
dipilih proses fermentasi dengan menggunakan bakteri (strain) Alcaligenes
Eutrophus (Ralstonia Eutrophus) dengan sumber karbon glukosa dan nutrient
pembatas Amoniak (N). Sedangkan proses pemisahan PHB dari sel menggunakan
metode solvent extraction.

Pemilihan proses dilakukan dengan memperhatikan:
Pengoperasiannya mudah karena proses yang sederhana dengan
control yang lebih efisien.
Polyhydroxybutyrate yang diperoleh memiliki daya jual yang tinggi
karena memeiliki sifat – sifat yang lebih bagus.

Universitas Sumatera Utara

Dengan menggunakan bakteri A. Eutrophus sebagai strain dan
glukosa sebagai sumber karbon diperoleh yield PHB yang cukup
tinggi yaitu 0.3 gr PHB / gr substrat.
Kebutuhan Utility Plant lebih sedikit.

2.3

Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan pada PHB plant terdiri dari bahan glukosa,

NaOH, culture medium, chloroform dan trace element.
2.3.1

Glukosa (C6H12O6)
PHB plant menggunakan bahan baku utama yaitu glukosa.

Sifat Fisik glukosa
Berat Molekul

: 180.16 g/mol

Densitas

: 1.54 g/cm3

Kelarutan dalam Air

: 91 g/100 ml pada 250 C

Kelarutan dalam Metanol

: 0.037 M

Entalpi Pembakaran

: -1271 kJ/mol

Entalpi Pembentukan

: -2805 kJ/mol

Titik Leleh

: 1460C

2.3.2 Culture Medium
Culture medium ialah komposisi nutrisi sintetik dalam pengembangbiakan
bakteri yang digunakan. Berikut adalah komposisi perbandingan yang digunkan
dalam sebagai medium pengembangbiakan Alcaligenes Eutrophus.
Tabel 2.3 Komposisi culture medium sintetik sebagai cultivasi Alcaligenes
Eutrophus
Tabel 2.3 Komposisi Kultur Medium Sintetik
No Komposisi
1
Na2HPO4

Konsentrasi (g/L)
3.8

Universitas Sumatera Utara

2
KH2PO4
2.7
3
NH4Cl
2.0
4
Glukosa
20.0
5
MgSO4
0.2
6
Trace Element*
1.0 ml
* Trace Element : FeCl3 : 9.7 ; CaCl2: 7.8 ; CuSO4: 0.156 ; CoCl2:
0.119 ; NiCl2: 0.118 ; CrCl2 : 0.062 g/L
2.3.3

Kalium Hidroksida (KOH)
Natrium Hidroksida (KOH) digunakan untuk mengatur PH saat terjadi

fermentasi berada diantara 6.8 ± 0.1. Sifat-sifat dari KOH tersebut yaitu :
Berat Molekul

: 56,1056 g/mol

Fasa

: white solid

Titik didih

: 13270C

Titik leleh

: 420 oC

Densitas

: 2.1 g/cm3

Kelarutan dalam Air

: 110 g/100ml pada 250C

Bersifat Basa

2.3.4 Kloroform (CHCl3)
Sifat – sifat dari kloroform yaitu :

2.4

Berat Molekul

: 119.38 g/mol

Fasa

: Cair

Titik didih

: 61.2 oC

Titik leleh

: -63.5 oC

Densitas

: 1.48 g/cm3

Kelarutan dalam Air

: 0.8 g/100 ml pada 200C

Deskripsi Proses

Secara umum, proses produksi polihidroksibutirat (PHB) dari glukosa meliputi 2
tahap yaitu (Flickinger, 1999):

Universitas Sumatera Utara

1. Fermentasi
2. Ekstraksi
Proses pembuatan polihidroksibutirat adalah sebagai berikut:
2.4.1 Fermentasi
Proses produksi polihidroksibutirat (PHB) dari glukosa dengan menggunakan
bakteri Alcaligenes Eutrophus dapat dilakukan secara fed-batch. Dimana bakteri A.
Eutrophus dari tangki V-101 dimasukkan secara manual ke dalam fermentor (R-101)
untuk proses fermentasi. Kemudian ditambahkan nutrisi pembatas (NH4)2SO4 dari
tangki V-102 secara manual. Ke dalam fermentor tersebut diumpankan kultur
medium sintetik dengan komposisi seperti pada Tabel 1.
Fermentor ini dilengkapi dengan 3 buah impeller dan 4 baffle dimana
kecepatan impeller sebesar 20 rpm. Pada saat inokulasi, suhu dijaga antara 32±20C
dengan mengalirkan air pemanas ke dalam jaket fermentor, sedangkan tekanan pada
1 atm (Robin A. Henderson, 1999). Pada fermentor ini juga dilengkapi dengan pH
Control untuk menjaga pH 6.8 ± 0.1 dengan penambahan KOH 2 M dari tangki V103 (Henderson, 1999). Selama proses fermentasi berlangsung dilakukan proses
aerasi 0.5 v/v menit-1 dengan mengalirkan udara melalui kompressor (C-101).
Setelah waktu fermentasi mencapai 48 - 50 jam bakteri yang mengandung PHB siap
untuk dipanen (Henderson, 1999).
Tabel 2.4 Komposisi Kultur Medium Sintetik
No Komposisi
Konsentrasi (g/L)
1
Na2HPO4
1.7
2
KH2PO4
1.3
3
Glukosa
20.0
4
MgSO4 7H2O
1.2
5
Trace Element*
10 ml
* Trace Element : FeCl3, 9.7, CaCl, 7.8, CuSO4: 0.156 ; CoCl2:
0.119 ; NiCl2: 0.118 ; CrCl2 : 0.062 g/L
Sumber : El-Sayed, dkk 2009
Reaksi sintesis yang terjadi selama proses fermentasi berlangsung dapat
digambarkan pada diagram berikut:

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.4 Biosintesis PHB pada Alcaligenes eutrophus
Adapun tahapan sintesis yang berlangsung pada biosintesis PHB pada bakteri
A. Eutrophus ialah sebagai berikut :
•

•

•

2 gugus acetyl-CoA diubah menjadi acetoacetyl -CoA oleh enzim
ketothiolase (phaA).
acetoacetyl -CoA direduksi menjadi (D)-3-hydroxybutyryl-CoA oleh
acetoacetyl -CoA reductase (phaB).
Enzim PHB synthase (phaC) menghubungkan (D)-3-hydroxybutyryl-CoA
menjadi rangkaian PHB. (Lee, 1997)

2.4.2 Ekstraksi
Bakteri yang mengandung polihidroksibutirat (PHB) dipompakan bersama
substrat yang bersisa dengan menggunakan pompa (E-103) ke dalam disk centrifuge
(CF-101). Bakteri yang mengandung PHB ini dipisahkan dari substrat sisa dengan
kecepatan disk centrifuge sebesar 24,000 rpm (Chaijamrus,.2008). Bakteri yang
berbentuk slurry kemudian di bawa ke tangki pencuci (V-105) dan dicuci
menggunakan air destilasi. Kemudian bakteri tersebut dipisahkan dari air pencuci
dengan menggunkan disk centrifuge (CF-102) dan dimasukkan ke tangki ekstraksi
(V-105). Ke dalam tangki ekstraksi ini ditambahkan kloroform (CHCl3) untuk
melarutkan PHB. Pada tangki ini dilengkapi dengan pengaduk dengan kecepatan 200

Universitas Sumatera Utara

r.p.m. Proses ekstraksi berlangsung selama 1 jam pada suhu 600C, dimana pada suhu
tersebut dinding sel bakteri lebih mudah dihancurkan (Flickinger, 1999).
Campuran antara larutan kloroform dan PHB dipisahkan dari dinding sel (sel
yang tidak mengandung PHB) dimasukkan kedalam tangki pengendapan (V-107).
Kemudian kedalam tangki tersebut diatas ditambahkan air panas bersuhu 900C,
sehingga kloroform akan larut dalam air sedangkan PHB akan membentuk slurry.
Dengan menggunakan alat dekanter (DC-101), PHB dipisahkan dari kloroform dan
air. Larutan kloroform dan air ini akan dipompakan ke vaporizer (VE-101) untuk
memisahkan air dengan kloroform. Kloroform yang sudah dipisahkan dari air akan
ditampung kedalam tangki penampung (V-108) untuk diproses di utilitas. Sedangkan
PHB dimasukkan ke dalam spray dryer (SPD -101) melalui conveyor (SC-101).
Dimana suhu pada pengeringan ialah 1300 C dan tekanan 0,987 atm. Media
pengering yang digunakan dalam spray dryer adalah superheated steam. Produk
PHB yang berupa powder dimasukkan ke dalam tangki penampung (V-109).

Universitas Sumatera Utara

BAB III
NERACA MASSA
Neraca massa pada pra-rancangan pabrik pembuatan Polihidroksibutirat
(PHB) pada Alcaligenes Eutrophus dihitung berdasarkan:
Kapasitas produksi

:

4.500 ton/tahun atau 568,182 kg.jam-1

Waktu kerja per tahun

:

330 hari

Satuan operasi

:

kg.jam-1 untuk alat – alat lainnya

Kemurnian Produk

:

98 %

Peralatan – peralatan yang mengalami perubahan massa adalah :
- Fermentor (R-101)
- Disk Centrifuge (CF-101)
- Tangki Pencuci (V-105)
- Disk Centrifuge (CF-102)
- Tangki Ekstraksi (V-106)
- Disk Centrifuge (CF-103)
- Tangki Pengendapan (V-107)
- Dekanter (DC-101)
- Spray Dryer (SPD-101)

Universitas Sumatera Utara

3.1

Fermentor (R-101)
Tabel 3.1 Neraca Massa pada Fermentor (R-101)

Komponen

Masuk (kg.jam-1)
Alur 1 Alur 2
Alur 3

Udara
A. Eutrophus 662,216
Na2HPO4
160,824
KH2PO4
122,983
MgSO4 7H2O
113,523
C6H12O6
1.892,298
FeCl3
9,176
CaCl2
7,379
CuSO4
0,147
CoCl2
0,112
NiCl2
0,111
CrCl2
0,023
KOH
(NH4)2SO4
378,409
PHB
Non-PHB
H2O
92.872,037
Total
96.309,944

3.2

Alur 4

Keluar (kg.jam-1)
Alur 5 Alur 6 Alur 7
0,895
0,895
0,160
0,122
0,113
189,229
0,009
0,007
0,0002
0,0001
0,0001
0,00002

90,061
568,182
179,426
95.371,798
96.309,944

Disk Centrifuge (CF-101)

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Disc Centrifuge (CF-101)
Masuk (kg.jam-1)
Alur 7
PHB
568,182
Non-PHB
179,426
Na2HPO4
0,160
KH2PO4
0,122
MgSO4 7H2O 0,113
C6H12O6
189,229
Komponen

Alur 8
568,182
179,426

3,784

Keluar (kg.jam-1)
Alur 9

185.444

Universitas Sumatera Utara

FeCl3
CaCl
CuSO4
CoCl2
NiCl2
CrCl2
H2O
Pengotor*
Total

0,009
0,007
0,0002
0,0001
0,0001
0,00002
95.371,798

11,464
0,008

96.309,049

95.371,798
3,784
96.309,049

*) : 2% dari kultur medium sisa selain glukosa dan air

3.3

Tangki Pencuci (V-105)

Tabel 3.3 Neraca Massa pada Tangki Pencuci (V-105)
Komponen

Alur 8
568,182
PHB
179,426
Non-PHB
Air Pengotor 15,257
Air
Total

Masuk (kg.jam-1)
Alur 10

18.690,200
19.453,065

Keluar (kg.jam-1)
Alur 11
568,182
179,426
15,257
18.690,200
19.453,065

3.4
Disk Centrifuge (CF-102)
Tabel 3.4 Neraca Massa pada Disc Centrifuge (CF-102)
Masuk (kg.jam-1)
Keluar (kg.jam-1)
Komponen
Alur 11
Alur 12
Alur 13
PHB
568,182
568,182
Non-PHB
179,426
179,426
Air
18.705,457
18.690,200
15,257
Total
19.453,065
19.453,065

3.5
Tangki Ekstraksi (V-106)
Tabel 3.5 Neraca Massa pada Tangki Ekstraksi (V-106)
Komponen
Masuk (kg.jam-1)

Keluar (kg.jam-1)

Universitas Sumatera Utara

PHB
Non-PHB
CHCl3
Air
Total

Alur 13
568,182
179,426

Alur 14

Alur 15

13.830,748
15,257

9.345,100
23.938,713

Alur 16
568,182
179,426
13.830,748
9.360,357
23.938,713

3.6
Disk Centrifuge (CF-103)
Tabel 3.6 Neraca Massa pada Disc Centrifuge (CF-103)
Masuk (kg.jam-1)
Keluar (kg.jam-1)
Komponen
Alur 16
Alur 17
Alur 18
PHB
568,182
568,182
Non-PHB
179,426
167,830
11,595
CHCl3
13.830,748
13.830,748
Air
9.360,357
3,425
9.363,782
Total
23.945,564
23.945,564
3.7

Tangki Pengendapan (V-107)

Tabel 3.7 Neraca Massa pada Tangki Pengendapan (V-107)
Masuk (kg.jam-1)
Komponen
Alur 18
Alur 19
PHB
568,182
Non-PHB
11,595
CHCl3
13.830,748
Air
9.363,782
27.661,496
Total
51.435,804

Keluar (kg.jam-1)
Alur 20
568,182
11,595
13.830,748
37.025,278
51.435,804

3.8
Dekanter (DC-101)
Tabel 3.8 Neraca Massa pada Dekanter (DC-101)
Masuk (kg.jam-1)
Keluar (kg.jam-1)
Komponen
Alur 20
Alur 21
Alur 22
PHB
568,182
568,182
Non-PHB 11,595
11,595
CHCl3
13.830,748
13.830,748
Air
37.025,278
11,832
37.013,446
Total
51.435,804
51.435,804
3.9
Spray Dryer (SPD-101)
Tabel 3.10 Neraca Massa pada Spray Dryer (SPD-101)
Masuk (kg.jam-1)
Keluar (kg.jam-1)
Komponen
Alur 25
Alur Steam
Alur 20
PHB
568,182
568,182
Non-PHB 11,595
11,595
Air
11,832
11,832
Total
591,609
591,609

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

BAB IV
NERACA ENERGI
Basis perhitungan

: 1 jam

Satuan operasi

: kiloJoule/jam (kJ/jam)

Temperatur Basis

: 25oC (298,15 K)

4.1

Fermentor (R-101)

Tabel 4.1

Neraca energi pada Fermentor (R-101)

Komponen
Umpan
Produk
Panas Reaksi
Air Pemanas
Total
4.2

Keluar (kJ/jam)
37.043.259,685
37.043.259,685

Tangki Ekstraksi (V-106)

Tabel 4.2

Neraca energi pada Tangki Ekstraksi (V-106)

Komponen
Umpan
Produk
Steam
Total
4.3

Masuk (kJ/jam)
1.961.614,404
29.853.683,021
5.227.962,260
37.043.259,685

Masuk (kJ/jam)
253.332,862
1.519.997,173
1.773.330,035

Keluar (kJ/jam)
1.773.330,035
1.773.330,035

Vaporizer (VE-101)

Tabel 4.3

Neraca energi pada Vaporizer (VE-101)

Komponen
Umpan
Produk
∆H vl Kloroform
Steam
Total

Masuk (kJ/jam)
5.765.904,756
-

Keluar (kJ/jam)
10.708.108,832
29,470

4.942.233,547
10.708.138,302

10.708.138,302

Universitas Sumatera Utara

4.4

Spray Dryer (SPD-101)

Tabel 4.4

Neraca energi pada Spray Dryer (SPD -101)

Komponen
Umpan
Produk
∆H vl Air
Steam
Total

Masuk (kJ/jam)
4.149,191
-

Keluar (kJ/jam)
74.158,737
40,656

70.050,203
74.199,393

74.199,393

Universitas Sumatera Utara

BAB V
SPESIFIKASI PERALATAN
5. 1 Tangki Penyimpanan Biomassa A. Eutrophus (V-101)
Fungsi : menyimpan A. Eutrophus untuk kebutuhan 30 hari
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan Konstruksi

: Carbon Steel SA-285 grade C

Jumlah

: 1 unit

Kapasitas

: 18,542 m3

Kondisi Penyimpanan
Temperatur

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Kondisi fisik
Diameter

: 2,663 m

Tinggi : 3,995 m
Tebal :

1

/4 in

5. 2 Tangki Amonium Sulfat (V-102)
Fungsi

: menyimpan (NH4)2SO4 untuk kebutuhan 7 hari

Bentuk

: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel SA-285 grade C

Jumlah

: 1 unit

Kapasitas

: 35,916 m3

Kondisi Penyimpanan
Temperatur

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Kondisi fisik
Diameter

: 2,635 m

Tinggi

: 7,905 m

Tebal

:

1

/2 in

Universitas Sumatera Utara

5. 3 Tangki Kalium Hidroksida (V-103)
Fungsi
: menyimpan KOH untuk kebutuhan 30 hari
Bentuk

: Silinder tegak dengan alas datar dan tutup datar

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel SA-285 grade C

Jumlah

: 1 unit

Kapasitas

: 31,742 m3

Kondisi Penyimpanan
Temperatur

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Kondisi fisik
Diameter

: 2,528 m

Tinggi : 7,585 m
Tebal :

1

/2 in

5. 4 Tangki Kloroform (V-104)
Fungsi

: Penyimpanan bahan baku kloroform (CHCl3)

Jenis

: Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel SA-283 grade C

Jenis sambungan

: Double welded butt joints

Jumlah

: 1 unit

Kapasitas

: 224,282 m3

Kondisi Operasi
Temperatur

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Kondisi fisik
Silinder
Diameter

: 7,438 m

Tinggi

: 9,297 m

Tebal

: 1 1/4 in

Diameter

: 7,438 m

Tinggi

: 1,859 m

Tebal

: 1 1/4 in

Tutup

Universitas Sumatera Utara

5.5 Tangki Pencuci (V-105)
Fungsi

: Tempat pencucian biomassa

Jenis

: Continuous Stirred Tank

Bentuk

: Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Jumlah

: 1 unit

Kapasitas

: 19,341 m3

Kondisi Operasi
Temperatur

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Kondisi fisik
Silinder
Diameter

: 1,139 m

Tinggi

: 1,139 m

Tebal

: 1/4 in

Tutup
Diameter

: 1,139 m

Tinggi

: 0,285 m

Tebal

: 1/4 in

Pengaduk
Jenis

: High efficiency impeller

Jumlah baffle

: 4 buah

Diameter

: 0,397 m

Daya motor

: 1/2 hp

5.6 Tangki Ekstraksi (V-106)
Fungsi

: Tempat mengekstraksi PHB dari sel bakteri A. Eutrophus

Jenis

: Continuous Stirred Tank Reactor

Bentuk

: Sil