Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etanol Dari Molases Dengan kapasitas Produksi 2550 Ton/Hari

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN ETANOL DARI MOLASE

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 2550 TON/TAHUN

KARYA AKHIR

DISUSUN OLEH :

NIM : 025201027

AULIA AKBAR HARAHAP

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN

ETANOL DARI MOLASE

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 2550 TON/TAHUN

KARYA AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Wisuda Sarjana Program Diploma IV (D-IV)

Program Studi Teknologi Kimia Industri

Disusun Oleh :

NIM : 025201027 AULIA AKBAR HARAHAP

Diperiksa/Disetujui Oleh :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Dr.Eng.Ir.Irvan, MSi

NIP 132.126.842 NIP 132.282.133

Rondang Tambun, ST, MT

Koordinator Karya Akhir

NIP 132.126.842 Dr.Eng.Ir.Irvan, MSi

TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2007

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN

ETANOL DARI MOLASE

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 2550 TON/TAHUN

KARYA AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Wisuda Sarjana Program Diploma IV (D-IV)

Program Studi Teknologi Kimia Industri

Disusun Oleh :

NIM : 025201027 AULIA AKBAR HARAHAP

Diperiksa/Disetujui Oleh :

Penguji I Penguji II Penguji III

Dr.Eng.Ir.Irvan, MSi Ir.Netti Herlina, MT

NIP 132.126.842 NIP 132.243.746 NIP 132.243.713

M.Hendra S.Ginting, ST, MT

Koordinator Karya Akhir

NIP 132.126.842 Dr.Eng.Ir.Irvan, MSi

TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2007

First off I’d Like to Thanks Allah SWT Who Gives

Me the Opportunity to Finish This Masterpiece

I Would Like Presenting This Masterpiece to My

Beloved Father Alm.H.Majo Ali Harahap Thanks for

Loving Me, Supporting Me and Praying Me from

Another World Side

Thanks to My Family, My Mom Hj.Sarinah Silalahi

Who Loving, Supporting and Praying for Me

to My Sister Faridah Hanum Harahap Who Has

Been My Share Friend to All My Problem

and My Brother Ali Raja Alam Harahap

Thanks to three Bitches (Novi, Riami, Winda) to

Become My Girls

Thanks to Fauzi BF (Black Fauzi) to Borrow Me

Your Calculator

Thanks to Dedi Kanibal, Baba Liong, Eka Badak

and Diyan To Our Scorn (Caci Maki) Every Day

Thanks to A2BM (Ami, Almina, Beatrix and

Maya) to Help Me Studying Karo Language

Thanks to Karakap (Elvi) to Buy Me A Bread

Every Day

Thanks to Maria and Pince Who Has Motivated Me

to Get Scholar

Thanks to Manda for Helping Me Practice My English

Every Day

Thanks to Ervan for Helping Me Practice My Arabic

Every Day

Thanks to Reza Kakek to Borrow Me Your Motor

Cycle to Help Me Finish My Duty

Thanks to Toing (Tolong Ingat) to Help Me Fresh My

Brain Coz Your Jokes

And Thanks to All My Friends Who Has Fill My

Hall Days and Activities That I Cant Mention it One

By One Hope We Always Together to Face The Future

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena atas Rahmat dan Hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini dengan judul Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase dengan Kapasitas Produksi 2550 Ton/Tahun.

Tugas pra rancangan ini merupakan tugas akhir dalam menyelesaikan studi Program Diploma IV (D-IV) disiplin ilmu Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Dalam penyusunan tugas pra rancangan pabrik ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dukungan dan fasilitas terutama dari orang tua tercinta Alm.H.Majo Ali Harahap dan Hj.Sarinah Silalahi dari abang dan kakak tercinta dan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir.Indra Surya, MSc, selaku Ketua Departemen Program Studi Teknologi Kimia Industri, Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Dr.Ir.Irvan, MT, selaku koordinator Karya Akhir dan dosen pembimbing yang telah banyak memberi arahan dan bimbingan dalam penyusunan tugas pra rancangan ini.

3. Bapak Rondang Tambun, ST, MT, selaku koordinator program studi Diploma IV Teknologi Kimia Industri dan dosen co-pembimbing karya akhir yang telah banyak memberi arahan dan bimbingan dalam penyusunan tugas pra rancangan ini.

4. Seluruh staff pengajar dan pegawai pada program studi Teknologi Kimia Industri, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.

5. Rekan satu kelompok Beatrix N.Bangun dan Ami Lifda Sinulingga, terima kasih atas kerja sama dan dukungannya selama ini semoga semua kerja keras kita berguna.

6. Rekan-rekan seperjuangan satu angkatan stambuk 2002 di Teknologi Kimia Industri .

Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan Karya Akhir ini dan kemajuan ilmu pengetahuan. Akhir kata penulis berharap agar Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan Mahasiswa Teknologi Kimia Industri khususnya dan seluruh pembaca pada umumnya.

Medan, Juli 2007

INTISARI

Pabrik pembuatan etanol dari molase ini direncanakan berkapasitas produksi sebesar 2550 ton/tahun. Bahan baku yang digunakan untuk proses produksi per harinya adalah sebesar 32040 kg/hari.

Lokasi pabrik direncanakan di daerah Marelan Kodya Medan Belawan Sumatera Utara yang berada dekat dengan pelabuhan Belawan, dengan luas areal pabrik 3876 m2

Tenaga kerja yang dibutuhkan dalam pengoperasian pabrik ini berjumlah 105 orang karyawan dengan bentuk badan usaha adalah Perseroan Terbatas (PT) dan struktur organisasi adalah sistem garis.

.

Hasil analisa terhadap aspek ekonomi pabrik ini adalah sebagai berikut : a. Total modal investasi : Rp 44.729.554.160,-

b. Biaya Produksi (per tahun) : Rp 159.792.033.598,- c. Hasil penjualan (per tahun) : Rp 320.400.000.000,- d. Laba bersih : Rp 112.443.076.600,- e. Profit Margin (PM) : 50,13 %

f. Break Even Point (BEP) : 19,72 % g. Return on Investment (ROI) : 46,8 % h. Pay Out Time (POT) : 2,137 tahun i. Return on Network (RON) : 78,06 % j. Internal Rate of Return (IRR) : 56,06 %

Berdasarkan data-data di atas maka dapat disimpulkan bahwa perancangan pabrik Etanol dari molase ini layak untuk didirikan.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

INTISARI ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii 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 Rancangan ... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1

2.1. Molase ... II-1 2.2. Etanol ... II-2 2.3. Pembuatan Etanol... II-3 2.4. Deskripsi Proses Pembuatan Etanol dari Fermentasi Molase II-5 BAB III NERACA MASSA ... III-1

3.1. Neraca Massa Filter Press I ... III-1 3.2. Neraca Massa Reaktor... III-1 3.3. Neraca Massa Fermentor... III-2 3.4. Neraca Massa Tangki Penampungan ... III-2 3.5. Neraca Massa Filter Press II ... III-2 3.6. Neraca Massa Menara Destilasi ... III-3 BAB IV NERACA PANAS ... IV-1 4.1. Tangki Pencampuran ... IV-1 4.2. Fermentor ... IV-1 4.3. Heater ... IV-2 4.4. Kondensor ... IV-2 4.5. Reboiler ... IV-2 BAB V SPESIFIKASI ALAT ... V-1

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VI-1 6.1. Instrumentasi ... VI-1 6.2. Keselamatan Kerja ... VI-8 BAB VII UTILITAS ... VII-1

7.1. Kebutuhan Uap (Steam) ... VII-1 7.2. Kebutuhan Air ... VII-1 7.3. Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-8 7.4. Kebutuhan Listrik... VII-8 7.5. Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-9 7.6. Unit Pengolahan Limbah... VII-10 7.7. Spesifikasi Peralatan Utilitas... VII-18 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1

8.1. Lokasi Pabrik ... VIII-1 8.2. Tata Letak Pabrik ... VIII-2 8.3. Perincian Luas Tanah ... VIII-4 BAB IX 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-5 9.5. Tenaga Kerja dan Jam Kerja ... IX-9 9.6. Kesejahtraan Tenaga Kerja ... IX-12 BAB X ANALISA EKONOMI ... X-1

10.1. Modal Investasi ... X-1 10.2. Biaya Produksi Total ... X-4 10.3. Total Penjualan... X-5 10.4. Perkiraan Rugi/Laba Perusahaan ... X-5 10.5. Analisa Asek Ekonomi ... X-5 BAB XI KESIMPULAN ... XI-1 DAFTAR PUSTAKA

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

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Produksi Molase Secara Nasional ... I-1 Tabel 1.2. Produksi Etanol dari Molase Secara Nasional ... I-2 Tabel 2.1. Produksi Molase Secara Nasional ... II-1 Tabel 2.2. Sifat-sifat Fisika Etanol ... II-2 Tabel 2.3. Sifat-sifat Bahan Baku ... II-3 Tabel 3.1. Neraca Massa pada Filter Press I ... III-1 Tabel 3.2. Neraca Massa pada Reaktor ... III-1 Tabel 3.3. Neraca Massa pada Fermentor ... III-2 Tabel 3.4. Neraca Massa pada Tangki Penampungan ... III-2 Tabel 3.5. Neraca Massa pada Filter Press II ... III-2 Tabel 3.6. Neraca Massa pada Menara Destilasi ... III-3 Tabel 4.1. Neraca Panas pada Reaktor ... IV-1 Tabel 4.2. Neraca Panas pada Fermentor ... IV-1 Tabel 4.3. Neraca Panas pada Heater ... IV-2 Tabel 4.4. Neraca Panas pada Kondensor ... IV-2 Tabel 4.5. Neraca Panas pada Reboiler ... IV-2 Tabel 6.1. Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik

Pembuatan Etanol dari Molase... VI-8 Tabel 7.1. Kualitas Air Tanah Marelan ... VII-2 Tabel 7.2. Kebutuhan Air Proses ... VII-2 Tabel 7.3. Kebutuhan Air Pendingin... VII-3 Tabel 8.1. Perincian Luas Tanah Pabrik Pembuatan Etanol ... VIII-4 Tabel 9.1. Jumlah Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya ... IX-10 Tabel 9.2. Jadwal Kerja Karyawan Shift ... IX-11 Tabel LA.1 Data tekanan uap (Pa) ... LA-8 Tabel LA.2 Neraca massa molar pada menara destilasi ... LA-8 Tabel LA.3 Neraca Komponen Alur Ld ... LA-11 Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas ... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas Panas Gas ... LB-2

Tabel LB.3 Kapasitas Panas Liquid ... LB-2 Tabel LB.4 Kapasitas Panas Liquid ... LB-2 Tabel LB.5 Panas Laten ... LB-2 Tabel LB.6 Panas Reaksi Pembentukan ( ΔHfo

Tabel LB.7 Neraca panas masuk ke reaktor... LB-4 ) ... LB-2

Tabel LB.8 Neraca panas keluar reaktor ... LB-4 Tabel LB.9 Neraca panas masuk reaktor fermentor... LB-6 Tabel LB.10 Neraca panas keluaran reaktor fermentor ... LB-6 Tabel LB.11 Panas Bahan Masuk Heater ... LB-7 Tabel LB.12 Panas Bahan keluar Heater ... LB-8 Tabel LB.13 Panas bahan masuk kondensor ... LB-8 Tabel LB.14 Panas bahan keluar (alur Ld) kondensor ... LB-9 Tabel LB.15 Panas bahan keluar (alur D) kondensor ... LB-9 Tabel LB.16 Panas bahan masuk reboiler ... LB-10 Tabel LB.17 Panas bahan keluar (alur Vb) reboiler ... LB-10 Tabel LB.18 Panas bahan keluar (alur B) reboiler ... LB-10 Tabel LC.1 Densitas bahan dalam tangki molase ... LC-1 Tabel LC.2 Densitas bahan dalam reactor ... LC-3 Tabel LC.3 Densitas bahan dalam tangki penampung fermentasi ... LC-12 Tabel LC.4 Densitas filtrat pada filter press I ... LC-16 Tabel LC.5 Densitas cake pada filter press I... LC-17 Tabel LC.6 Densitas filtrat pada filter press II ... LC-18 Tabel LC.7 Densitas cake pada filter press II ... LC-18 Tabel LC.8 Komposisi bahan pada alur Vd ... LC-29 Tabel LC.9 Komposisi bahan pada alur Lb ... LC-29 Tabel LC.10 Deskripsi Kondensor ... LC-34 Tabel LC.11 Komposisi Distilat ... LC-39 Tabel LC.12 Deskripsi Reboiler ... LC-47 Tabel LC.13 Deskripsi Heater... LC-55 Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin LD-17 Tabel LE.1 Perincian harga bangunan ... LE-2 Tabel LE.2 Data Indeks Harga Chemical Engeneering (CE) ... LE-3

Tabel LE.3 Perkiraan Harga Peralatan Proses ... LE-6 Tabel LE.4 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas ... LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi... LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-13 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ... LE-14 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-15 Tabel LE.9 Perkiraan Biaya Depresiasi ... LE-17 Tabel LE.10 Nilai Perhitungan IRR ... LE-23

DAFTAR GAMBAR

Gambar 6.1. Kontrol pada Reaktor ... VI-4 Gambar 6.2. Kontrol pada Filter Press ... VI-4 Gambar 6.3. Heater beserta Instrumennya ... VI-5 Gambar 6.4. Kolom Destilasi beserta Instrumennya ... VI-6 Gambar 6.5. Kondensor beserta Instrumennya ... VI-6 Gambar 6.6. Reboiler beserta Instrumennya ... VI-7 Gambar 6.7. Pompa beserta Instrumennya ... VI-7 Gambar 8.1. Tata Letak Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase ... VIII-5 Gambar 9.1. Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan Etanol ... IX-13 Gambar LD.1Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada

Cooling Tower (CT) ... LD-16 Gambar LD.2Kurva Hy terhadap 1/(Hy*-Hy) ... LD-17 Gambar LE.1.Grafik Break Event Point ... LE-24

INTISARI

Pabrik pembuatan etanol dari molase ini direncanakan berkapasitas produksi sebesar 2550 ton/tahun. Bahan baku yang digunakan untuk proses produksi per harinya adalah sebesar 32040 kg/hari.

Lokasi pabrik direncanakan di daerah Marelan Kodya Medan Belawan Sumatera Utara yang berada dekat dengan pelabuhan Belawan, dengan luas areal pabrik 3876 m2

Tenaga kerja yang dibutuhkan dalam pengoperasian pabrik ini berjumlah 105 orang karyawan dengan bentuk badan usaha adalah Perseroan Terbatas (PT) dan struktur organisasi adalah sistem garis.

.

Hasil analisa terhadap aspek ekonomi pabrik ini adalah sebagai berikut : a. Total modal investasi : Rp 44.729.554.160,-

b. Biaya Produksi (per tahun) : Rp 159.792.033.598,- c. Hasil penjualan (per tahun) : Rp 320.400.000.000,- d. Laba bersih : Rp 112.443.076.600,- e. Profit Margin (PM) : 50,13 %

f. Break Even Point (BEP) : 19,72 % g. Return on Investment (ROI) : 46,8 % h. Pay Out Time (POT) : 2,137 tahun i. Return on Network (RON) : 78,06 % j. Internal Rate of Return (IRR) : 56,06 %

Berdasarkan data-data di atas maka dapat disimpulkan bahwa perancangan pabrik Etanol dari molase ini layak untuk didirikan.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bahan baku untuk pengolahan gula putih yang paling umum digunakan adalah batang tanaman tebu (Saccharum officinarum L) atau umbi tanaman bit gula

(Beta vulgaris). Bagian dari tanaman tebu yang mengandung gula adalah pada

batangnya. Selain gula mentah, tebu juga menghasilkan produk lain yang bermanfaat seperti molase (sirup manis berwarna hitam), etanol dan ampas tebu. Umumnya gula mentah diolah menjadi gula halus, sedangkan ampasnya digunakan untuk

pembangkit tenaga listrik.

Molase yang disebut juga gula tetes merupakan salah satu produk utama setelah gula pasir. Molase yang mengandung gula (sekitar 50 - 60%) dan sejumlah asam amino dan mineral dihasilkan dari bermacam-macam tingkat pengolahan dari tebu menjadi gula. Produksi molase mempunyai pangsa pasar yang relatif besar didalam dan luar negeri. Hal ini dapat dibuktikan bahwa pada tahun 2006, PTPN II Tanjung Morawa Sumut mampu menghasilkan molase sebesar 45.000 ton. Sebagian besar dari produksi molase tersebut laku terjual dengan harga US $100,45 perton atau Rp.960 per kilogram. Sehingga molase juga merupakan pemasukan tambahan, karena molase umumnya juga dijual di pasar Internasional lewat pedagang perantara

(Master Sihotang, 2006).

Tabel 1.1 Produksi Molase Secara Nasional Tahun Kuantitas (Kg) Persentase %

1997 1998 2000 2001 2002

1.267.990.000 1.415.115.971 1.536.200.007 1.829.745.972 2.966.023.440

14,06 15,70 17,04 20,30 32,90

Etanol dapat diproduksi dengan menggunakan molase. Di Indonesia kebutuhan akan etanol sangat tinggi, karena etanol memiliki banyak manfaat, salah satunya adalah : untuk industri kosmetik, tinta dan percetakan Selain itu juga karena etanol memiliki sifat yang tidak beracun maka bahan ini bisa digunakan sebagai pelarut dalam industri makanan dan minuman

Di Indonesia etanol memiliki pangsa pasar yang cukup besar karena memiliki banyak manfaat. Untuk sekarang ini produksi etanol di Indonesia cukup tinggi, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Produksi Etanol dari Molase Secara Nasional Tahun Kuantitas (Ton/Tahun)

2003 2004 2005 2006

69.705 81.321 83.665 84.551

( www.webdev.bps.go.id)

1.2 Perumusan Masalah

Sehubungan dengan meningkatnya produksi molase serta tingginya kebutuhan akan etanol, maka diperlukan suatu usaha untuk memanfaatkan molase tersebut dengan mendirikan pabrik etanol. Tugas akhir ini memaparkan bagaimana merancang Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase.

1.3 Tujuan Perancangan Pabrik

Tujuan utama pra rancangan pabrik etanol dari molase adalah untuk menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia, khususnya di bidang rancang dan Operasi Teknik Kimia sehingga akan memberikan gambaran kelayakan Pra Rancangan Pabrik Etanol dari Molase. Pabrik ini direncanakan akan didirikan untuk memenuhi 3 % dari kebutuhan nasional, yakni sebesar 2550 Ton/Tahun

1.4 Manfaat Rancangan

Manfaat dari Pra Rancangan Pabrik Etanol dari Molase adalah :

1. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri akan etanol. Selain itu juga produk ini akan diekspor sebagai penambah devisa bagi negara yang akan membantu memperbaiki perekonomian.

2. Dengan didirikannya pabrik etanol akan menciptakan lapangan kerja serta mengurangi jumlah pengangguran yang pada akhirnya akan meningkatkan kesejahteraan rakyat dan bangsa Indonesia.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Molase

Molase adalah hasil samping dari proses pembuatan gula tebu. Meningkatnya produksi gula tebu Indonesia sekitar sepuluh tahun terakhir ini tentunya akan meningkatkan produksi molase. Molase merupakan media fermentasi yang baik, karena mengandung gula, sejumlah asam amino dan mineral, setelah itu molase tersebut diolah menjadi beberapa produk seperti gula cair dari gula tetes, penyedap makanan (mono sodium glutamat, MSG), alkohol, dan pakan ternak.

Molase memiliki kandungan sukrosa sekitar 30 persen disamping gula reduksi sekitar 25 persen berupa glukosa dan fruktosa (Kurniawan, 2004). Sukrosa dalam molase merupakan komponen sukrosa yang sudah tidak dapat lagi dikristalkan dalam proses pemasakan di pabrik gula. Hal ini disebabkan karena molase mempunyai nilai

Sucrose Reducing sugar Ratio (SRR) yang rendah yaitu berkisar antara 0,98 – 2,06

(Kurniawan, 2004). Kandungan yang terdapat pada molase:

a. Glukosa : 21,7 % b. Sukrosa : 34,19 % c. Air : 26,49 % d. Abu : 17,62 %

(Martoyo,T,2002)

Molase merupakan salah satu bahan pembuatan etanol merupakan limbah pabrik gula berupa kristal gula yang tidak terbentuk menjadi gula pada proses kristalisasi. Produksi molase sendiri di Indonesia cukup tinggi, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut ini :

Tabel 2.1 Produksi Molase Secara Nasional Tahun Kuantitas (Kg) Persentase %

1997 1998 2000 2001 2002

1.267.990.000 1.415.115.971 1.536.200.007 1.829.745.972 2.966.023.440

14,06 15,70 17,04 20,30 32,90

(Biro Pusat Statistik, 2002)

2.2 Etanol

Etanol atau etil alkohol adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena sifatnya yang tidak beracun. Etanol adalah cairan jernih yang mudah terbakar dengan titik didih pada 78,50C dan titik beku pada -114,50C. Etanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memiliki bau yang khas. Rumus molekul

etanol adalah C2H5

2.2.1 Sifat-sifat Fisika Etanol

Etanol memiliki banyak manfaat bagi masyarakat karena memiliki sifat yang tidak beracun. Selain itu etanol juga memiliki banyak sifat-sifat, baik secara fisika maupun kimia. Adapun sifat-sifat fisika etanol dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Sifat-Sifat Fisika Etanol Berat Molekul 46,07 gr/grmol Titik Lebur -112 0C

Titik didih 78,4 0C Densitas 0,7893 gr/ml Indeks bias 1,36143 cP Viskositas 200C 1,17 cP Panas penguapan 200,6 kal/gr Merupakan cairan tidak berwarna

Dapat larut dalam air dan eter Memiliki bau yang khas

2.2.2 Sifat-sifat Kimia Etanol

Etanol selain memiliki sifat-sifat fisika juga memiliki sifat-sifat kimia. Sifat-sifat kimia tersebut adalah :

1. Merupakan pelarut yang baik untuk senyawa organik 2. Mudah menguap dan mudah terbakar

3. Bila direaksikan dengan asam halida akan membentuk alkyl halida dan air CH3CH2OH + HC=CH CH3CH2OCH=CH

4. Bila direaksikan dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air

2

CH3CH2OH + CH3COOH CH3COOCH2CH3 + H2

5. Dehidrogenasi etanol menghasilkan asetaldehid

O

6. Mudah terbakar diudara sehingga menghasilkan lidah api (flame) yang berwarna biru muda dan transparan, dan membentuk H2O dan CO2.

Dalam proses pembuatan etanol, ada beberapa bahan baku yang digunakan, yaitu : air, glukosa, dan sukrosa. Bahan baku tersebut memiliki beberapa sifat yang dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan baku

Rumus kimia H2O Glukosa (C6H12O6) Sukrosa (C12H22O11)

Berat Molekul 18,016 gr/grmol 180,16 gr/grmol 342,30 gr/grmol Densitas 0,9995 gr/cm3 - -

Titik lebur 00C 1460C 190-1920C

Titik didih 1000C - -

Specific gravity - 1,55425 1,58815 Dt = Data Tak Tersedia

(Sumber : Perry,1999)

2.3 Pembuatan Etanol

Secara umum, etanol dapat dibuat dari bahan-bahan berikut : 1. Zat Tepung

Zat tepung (berupa bubur) oleh enzim diastase dari mout (kecambah dari

gerst) dapat dirubah menjadi maltosa (sebangsa gula) dengan melalui tingkatan

mengeluarkan enzim maltase. Enzim ini merubah maltosa menjadi glukosa. Glukosa oleh enzim dirubah menjadi etanol dan CO2

Reaksi :

.

(C6H10O5)n + 1/2n H2O

diastase dari mout

1/2n C12H22O

Amylum (maltase dari ragi)

11

C12H22O11 + H2O  → C

0

30 2C6H12O

Maltosa Glukosa

6

C6H12O6 Saccharomyces→ 2C2H5OH + 2CO2

Konsentrasi etanol yang terjadi tidak boleh melebihi 15 %. Dari hasil destilasi diperoleh etanol 96 %. (R. Soepomo, 1998 ).

2. Molase

Molase merupakan hasil samping proses pembuatan gula. Molase mengandung sejumlah besar gula baik sukrosa maupun gula pereduksi. Spesies ragi yang telah dikenal mempunyai daya konversi gula menjadi etanol yang sangat tinggi adalah Saccharomyces Cerevisiae.

Reaksinya :

C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6

Sukrosa Glukosa

C6H12O6 Saccharomyces→ 2C2H5OH + 2CO

Dalam pembuatan etanol tersebut, mula-mula molase diencerkan dengan air sehingga konsentrasi gulanya menjadi 14 – 18 %. Jika konsentrasi gula terlalu tinggi, maka waktu fermentasinya lebih lama dan sebagian gula tidak terkonversi, sehingga tidak ekonomis. (Judoamidjojo, 1992)

2

3. Cairan Buah-Buahan yang Manis

Cairan buah-buahan yang manis mengandung glukosa dan fruktosa sehingga bisa mengalami peragian etanol.

C6H12O6 Saccharomyces→ 2C2H5OH + 2CO

Dengan proses ini, cairan buah-buahan berubah menjadi minuman yang sehari-hari disebut anggur, dengan kadar etanol yang relatif rendah. (R.Soepomo, 1998)

2.4 Deskripsi Proses Pembuatan Etanol dari Fermentasi Molase.

Pembuatan etanol dari fermentasi molase dapat dilakukan dengan beberapa tahap. Adapun tahapan-tahapan tersebut adalah :

1. Tahapan pemurnian bahan baku

Bahan baku adalah molase dengan komposisi : a. Glukosa : 21,7 %

b. Sukrosa : 34,19 % c. Air : 26,49 % d. Abu : 17,62 %

(Martoyo,T,2002)

Sebelum dipompakan ke dalam reaktor (R-101), molase dimurnikan terlebih dahulu dengan menyaringnya lewat filter press (FP-101) yang bertujuan untuk menghilangkan abu. Abu yang telah dipisahkan dari molase ditampung pada bak penampung I (B-101) untuk selanjutnya dibuang.

2. Tahap Hidrolisa

Setelah bebas dari abu, kemudian molase dihidrolisa untuk mengubah sukrosa menjadi glukosa di reaktor (R-101) selama 4 jam.

Reaksi yang terjadi di reaktor Hidrolisa :

C12H22O11 + H2O 2C6H12O6

3. Tahap Fermentasi

Proses peragian dilakukan di fermentor (R-102). Khamir yang digunakan pada fermentor adalah Saccharomycess cereviciae dengan lama fermentasi selama 36 jam. Bahan nutrisi yang digunakan pada fermentasi ini adalah H3PO4 dan

(NH4)2SO4

C

. Pada fermentor terjadi konversi glukosa menjadi etanol berdasarkan reaksi :

6H12O6 Saccharomyces→2C2H5OH + 2CO

Konsentrasi etanol yang dihasilkan berkisar antara 7 – 10% (Sumber : Riegel, 1992) 2

Fermentasi adalah proses pengubahan bahan organik menjadi suatu bentuk kimia yang lain dengan menggunakan proses yang menghasilkan enzim dengan cara penambahan mikroorganisme. Secara umum, khamir yang digunakan

diklasifikasikan berdasarkan kemampuan khamir untuk menyerap oksigen. Proses pengrusakan glukosa menjadi etanol dipengaruhi oleh rangkaian yang sangat kompleks dimana reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut :

C12H22O11 + H2O 2C6H12O

(Sukrosa) (Glukosa)

6

C6H12O6 Saccharomyces→2C2H5OH + 2CO2

(Glukosa) (Etanol) (Karbon dioksida)

+ Panas/kalor

4. Tahap Pemurnian Produk

Untuk mendapatkan etanol murni, maka Saccharomycess cereviciae

yang terikut harus dipisahkan dengan filter press (FP-102) dan ditampung pada Bak penampung (B-102). Saccharomycess cereviciae yang terpisah dikembangbiakan untuk dipergunakan kembali pada proses peragian berikutnya.

5. Tahap Pemisahan Etanol Dari Larutan

Karena konsentrasi etanol yang diperoleh dari hasil fermentasi masih sangat rendah (7-10 %), maka etanol tersebut didistilasi (KD-101) untuk memperoleh kadar etanol yang diinginkan sesuai standar 96 % (Gasohol Handbook, 1981). Setelah diperoleh etanol yang sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan, kemudian etanol tersebut dikondensasi (K-101) untuk mengubah etanol kedalam fasa cair. Etanol yang sudah berada dalam fasa cair kemudian dialirkan kedalam tangki penyimpanan.

BAB III

NERACA MASSA

Setelah dilakukan perhitungan pada lampiran A, maka didapat hasil neraca massa sebagai berikut :

3.1 Neraca Massa Filter Press I

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Filter Press I

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

1 2 3

Glukosa Sukrosa

Air Abu

289,695 456,436 353,642 235,227

- -

35,364 235,227

289,695 456,436 318,278

-

Jumlah 1335 270,591 1064,409

Total 1335 1335

3.2 Neraca Massa Reaktor

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Reaktor

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

3 4 5

Glukosa Sukrosa

Air

289,695 456,436 318,278

- - 4119,288

770,295 - 4413,536

Jumlah 1064,409 4119,288 5183,831

3.3 Neraca Massa Fermentor

Tabel 3.3 Neraca Massa pada Fermentor

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

5 6 7 8 9 10

Glukosa Air Etanol CO Saccharomyces 2

(NH4)2SO

H 4 3PO 770,295 4 4413,536 - - - - - - - - - 259,192 - - - - - - - 20,735 - - - - - - - 20,735 - - - 338,965 - - - 77,030 4413,536 354,292 - 300,662 - -

Jumlah 5183,831 259,192 20,735 20,735 338,965 5145,520

Total 5484,493 5484,493

3.4 Neraca Massa Tangki Penampungan

Tabel 3.4 Neraca Massa pada Tangki Penampungan

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

10 11

Glukosa Air Etanol Saccharomyces 77,030 4413,536 354,292 300,662 77,030 4413,536 354,292 300,662

Jumlah 5145,520 5145,520

Total 5145,520 5145,520

3.5 Neraca Massa Filter Press II

Tabel 3.5 Neraca Massa pada Filter Press II

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

11 12 13

Glukosa Air Etanol Saccharomyces 77,030 4413,536 354,292 300,662 - 441,354 - 300,662 77,030 3972,182 354,292 -

Jumlah 5145,520 742,016 4403,504

3.6 Neraca Massa Menara Destilasi

Tabel 3.6 Neraca Massa pada Menara Destilasi

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

14 15 16

Glukosa Air Etanol

77,030 3972,182

354,292

- 14,172 340,120

77,030 3958,010

14,172

Jumlah 4403,504 354,292 4049,212

BAB IV

NERACA PANAS

Basis perhitungan : 1 jam Satuan operasi : kkal/jam Temperatur referensi : 25oC

4.1 Reaktor

Tabel 4.1 Neraca Panas Reaktor

Komponen Qmasuk (kkal/jam) Qkeluar (kkal/jam)

Glukosa Sukrosa Air 0 0 0 1206281,970 - 66203,040

Jumlah 0 1272485,010 Panas reaksi 25o

Panas yang dibutuhkan

C -712634,630

1985119,640

- -

Total 1272485,010 1272485,010

4.2 Fermentor

Tabel 4.2 Neraca Panas Fermentor

Komponen Qmasuk (kkal/jam) Qkeluar (kkal/jam)

Glukosa Air Etanol CO 1206281,970 2 66203,040 - - 40209,660 22067,680 210561,050 342,354

Jumlah 1272485,010 273257,667 Panas reaksi 25o

Panas yang diserap air pendingin

C 3356,532

-

- 1002583,875

4.3 Heater

Tabel 4.3 Neraca Panas Heater

Komponen Qmasuk(kkal/jam) Qkeluar(kkal/jam)

Etanol Air Glukosa

210561,050 19860,910 40209,660

378410,428 914777,626 9669,499

Jumlah 270631,620 1302857,553

Panas yang dibutuhkan 1032225,933 -

Total 1302857,553 1302857,553

4.4 Kondensor

Tabel 4.4 Neraca Panas Kondensor

Qmasuk (kkal/jam) Qkeluar (kkal/jam)

Panas bahan masuk Panas produk (Ld)

Panas produk (D) Panas air dingin

13289742,741 - - -

- 11572824,491

367231,015 1349687,235

Total 13289742,741 13289742,741

4.5 Reboiler

Tabel 4.5 Neraca Panas Reboiler

Qmasuk (kkal/jam) Qkeluar (kkal/jam)

Panas bahan masuk Panas air panas Panas produk (Vb)

Panas produk (B)

4359519,907 273489,846

- -

- - 3485689,302 1147320,451

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

5.1 Tangki Molase (T-101)

Fungsi : menampung molase selama 1 bulan (25 hari) Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon steel SA-212 grade B

Diameter : 1,344 m Tinggi : 1,008 m Volume : 1,283 m P

3

desain

Tebal plat :

: 16,5 psi 16

3 _{in = 0,005 m}

5.2 Reaktor (R-101)

Fungsi : menghidrolisa sukrosa menjadi glukosa Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal Jumlah : 2 unit

Bahan : Carbon steel SA-167 grade 5

Diameter : 2,259 m Tinggi : 2,259 m Volume : 6,187 m P

3

desain

Tebal plat :

: 18,492 psi 16

3 _{in = 0,005 m} Pelengkap : - pengaduk

5.3 Fermentor (R-102)

Fungsi : mengubah glukosa menjadi etanol secara fermentasi Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal

Jumlah : 3 unit

Bahan : baja anti karat SA-167 grade 5

Diameter : 2,245 m Tinggi : 2,244 m Volume : 6,065 m P

3

desain

Tebal plat : 3/16 in = 0,005 m : 18,468 psi

Pelengkap : - pengaduk - jaket

- volume jaket = 1,597 m - tebal jaket = 0,514 m

3

5.4 Tangki Penampung Fermentasi (T-102)

Fungsi : Tempat penampungan sementara hasil fermentasi Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon steel SA-212 grade B

Diameter : 2,251 m Tinggi : 2,251 m Volume : 6,113 m P

3

desain

Tebal plat :

: 16,929 psi 16

3 _{in = 0,005 m}

5.5 Tangki Penyimpanan Etanol (T-104)

Fungsi : menyimpan Etanol 96% guna kebutuhan produksi Jenis : silinder vertikal dengan tutup elipsoidal dan alas datar Jumlah : 2 unit

Bahan : Carbon steel

Tinggi : 6,538 m Volume : 240,650 m P

3

desain

Tebal plat :

: 19,7183 psi 8

3 in = 0,009 m

5.6 Filter Press I (FP-101)

Fungsi : Memisahkan abu dari molase Jenis : plate and frame filter

Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon steel

Bahan media filter : kanvas Porositas cake : 0,173 Luas plate : 5,299 m Jumlah plate : 27 buah

2

5.7 Filter Press II (FP-102)

Fungsi : Memisahkan saccharomyces dari larutan etanol Jenis : plate and frame filter

Jumlah : 1 unit Bahan : Carbon steel

Bahan media filter : kanvas Porositas cake : 0,054 Luas plate : 13,769 m Jumlah plate : 69 buah

2

5.8 Pompa I (P-101)

Fungsi : Mengalirkan molase dari tangki molase ke filter press Jenis : centrifugal pump

Jumlah : 1 unit

Bahan : Commercial steel

Nominal size pipe : 1 in = 0,025 m

ID : 1,049 in = 0,027 m OD : 1,315 in = 0,033 m Flow area pipe : 0,00600 ft

Daya : 0,005 hp ≈ 0,5 hp

2

5.9 Pompa II (P-102)

Fungsi : Mengalirkan glukosa dari tangki pencampuran ke fermentor Jenis : centrifugal pump

Jumlah : 1 unit

Bahan : Commercial steel

Nominal size pipe : 2 in = 0,051 m

Schedule number : 40

ID : 2,067 in = 0,052 m OD : 2,375 in = 0,060 m Flow area pipe : 0,02330 ft

Daya : 0,03 hp ≈ 0,5 hp

2

5.10 Pompa III (P-103)

Fungsi : Mengalirkan etanol dari fermentor ke tangki penampungan Jenis : centrifugal pump

Jumlah : 1 unit

Bahan : Commercial steel

Nominal size pipe : 2 in = 0,051 m

Schedule number : 40

ID : 2,067 in = 0,052 m OD : 2,375 in = 0,060 m Flow area pipe : 0,02330 ft

Daya : 0,03 hp ≈ 0,5 hp

2

5.11 Pompa IV (P-104)

Fungsi : mengalirkan etanol dari tangki penampungan ke filter press Jenis : centrifugal pump

Jumlah : 1 unit

Bahan : Commercial steel

Nominal size pipe : 1,5 in = 0,038 m

Schedule number : 40

ID : 1,610 in = 0,041 m OD : 1,900 in = 0,048 m Flow area pipe : 0,01414 ft

Daya : 0,03 hp ≈ 0,5 hp

2

5.12 Kolom Destilasi (KD-101)

Fungsi : memisahkan glukosa, etanol dan air Jenis : sieve tray

Bahan Konstruksi : carbon steel SA 283grade C

Jumlah : 1 unit Kondisi Operasi : Temperatur : 92.61 0 Tekanan : 1 atm

C

Diameter : 1,235 m Silinder

Tinggi : 9,6 m

Tebal : 3₁₆ in = 0,005 m

Diameter : 1,235 m Tutup

Tinggi : 0.309 m Tebal :

16

3 _{in = 0,005 m}

Jumlah : 23 trays Tray

Lokasi umpan : tray ke 10

Hole diameter : 6 mm = 0,006 m Tebal : 1,002 mm = 0,001 m Jarak tray : 0,4 m

5.13 Kondensor (K-101)

Fungsi : mengubah fasa campuran etanol-air menjadi fasa cair Jenis : 1-4 sheel and tube exchanger

Bahan konstruksi : Stainless steel

Jumlah : 1 unit

Diameter tube : ¾ in = 0,019 m Pitch (PT

Jenis tube : 16 BWG

) : 1 in square pitch

Panjang tube : 12 ft = 3,658 m Jumlah tube : 70 buah

Diameter shell : 10 in = 0,254 m

5.14 Tangki Penampung Distilat Sementara (T-103)

Fungsi : menampung dan memisahkan disilat Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel

Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit Kapasitas : 1,388 m3 Kondisi operasi

Temperatur = 81,14 °C :

Tekanan = 1 atm Kondisi fisik :

Diameter : 2,874 m Silinder

Tinggi : 0,564 m

Tebal : 3/16 in = 0,005 m

Diameter : 2,874 m Tutup

Tinggi : 0,718 m

5.15 Pompa Refluks Destilasi (P-105)

Fungsi : memompa campuran refluks ke menara destilasi Jenis : centrifugal pump

Bahan Konstruksi : stainless steel

Jumlah : 1 unit

Nominal size pipe : 2,5 in = 0,063 m

Schedule number : 40

ID : 2,469 in = 0,063 m OD : 2,875 in = 0,073 m Flow area pipe : 0,03322 ft

Daya : 0,2 hp ≈ 0,5 hp

2

5.16 Pompa I Destilasi (P-106)

Fungsi : memompa destilat ke tangki penyimpanan etanol Jenis : centrifugal pump

Bahan Konstruksi : stainless steel

Jumlah : 1 unit

Nominal size pipe : 0,5 in = 0,013 m

Schedule number : 40

ID : 0,622 in = 0,016 m OD : 0,840 in = 0,021 m Flow area pipe : 0,00211 ft

Daya : 0,007 hp ≈ 0,5 hp

2

5.17 Pompa II Destilasi (P-107)

Fungsi : memompa liquid bottom ke reboiler Jenis : centrifugal pump

Bahan Konstruksi : stainless steel

Jumlah : 1 unit

Nominal size pipe : 1,5 in = 0,038 m

Schedule number : 40

OD : 1,900 in = 0,048 m Flow area pipe : 0,01414 ft

Daya : 0,03 hp ≈ 0,5 hp

2

5.18 Reboiler (R-101)

Fungsi : menaikkan suhu campuran etanol, air dan glukosa sebelum dimasukkan ke dalam kolom destilasi. Jenis : sheel and tube exchanger

Bahan konstruksi : stainless steel Jumlah : 1 unit

Diameter tube : 1 in = 0,025 m Pitch (PT

Jenis tube : 10 BWG

) : 1 in square pitch

Panjang tube : 12 ft = 3,658 m Jumlah tube : 16 buah

Diameter shell : 8 in = 0,203 m

5.19 Pompa Reboiler (P-108)

Fungsi : memompa larutan dari reboiler ke tangki penampung hasil samping

Jenis : centrifugal pump

Bahan Konstruksi : stainless steel

Jumlah : 1 unit

Nominal size pipe : 3 in = 0,076 m

Schedule number : 40

ID : 3,068 in = 0,078 m OD : 3,500 in = 0,089 m Flow area pipe : 0,05130 ft

Daya : 0,1 hp ≈ 0,5 hp

5.20 Bak Penampung Cake I (B-101)

Fungsi : menampung cake dari unit filter press I Bentuk : empat persegi panjang

Bahan konstruksi : kayu Jumlah : 1 unit Kapasitas : 5,846 m Panjang : 2,062 m

3

Lebar : 2,062 m Tinggi : 1,381 m

5.21 Bak Penampung Cake II (B-102)

Fungsi : menampung cake dari unit filter press II Bentuk : empat persegi panjang

Bahan konstruksi : kayu Jumlah : 1 unit Kapasitas : 17,741 m Panjang : 2,985 m

3

Lebar : 2,985 m Tinggi : 1,999 m

5.22 Heater (H-101)

Fungsi : memanaskan campuran etanol sebelum dimasukkan ke dalam kolom destilasi.

Jenis : sheel and tube exchanger

Bahan konstruksi : stainless steel

Jumlah : 1 unit

Diameter tube : ¾ in = 0,019 m Pitch (PT

Jenis tube : 10 BWG

) : 1 in square pitch

Panjang tube : 16 ft = 4,877 m Jumlah tube : 32 buah

5.23 Tangki Penyimpanan Saccharomyces (T-105)

Fungsi : menampung Saccharomyces

Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon steel SA-212 grade B

Diameter : 0,710 m Tinggi : 0,710 m Volume : 0,186 m P

3

desain

Tebal plat :

: 16,301 psi 16

3 _{in = 0,005 m}

5.24 Tangki Penyimpanan (NH4)2SO4

Fungsi : menampung (NH

(T-106)

4)2SO

Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal

4

Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon steel SA-212 grade B

Diameter : 0,304 m Tinggi : 0,304 m Volume : 0,014 m P

3

desain

Tebal plat :

: 15,748 psi 16

3 _{in = 0,005 m}

5.25 Tangki Penyimpanan H3PO4

Fungsi : menampung H

(T-107)

3PO

Jenis : Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal

4

Jumlah : 1 unit

Bahan : Carbon steel SA-212 grade B

Diameter : 0,300 m Tinggi : 0,300 m Volume : 0,013 m P

3

Tebal plat : 3₁₆ in = 0,005 m

5.26 Pompa IX (P-109)

Fungsi : Mengalirkan H3PO4

Jenis : centrifugal pump

ke fermentor

Jumlah : 1 unit

Bahan : Commercial steel

Nominal size pipe : 1/8 in = 0,003 m

Schedule number : 40

ID : 0,269 in = 0,007 m OD : 0,405 in = 0,010 m Flow area pipe : 0,00040 ft

Daya : 0,00007 hp ≈ 0,5 hp

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Instrumentasi merupakan suatu sistem atau susunan peralatan yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Alat–alat instrumentasi dipasang pada setiap peralatan proses dengan tujuan agar para engineer dapat memantau dan mengontrol kondisi di lapangan. Dengan adanya istrumentasi ini pula, para engineer dapat segera melakukan tindakan apabila terjadi kejanggalan dalam proses. Namun pada dasarnya, tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di dalam pabrik mencapai tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk dapat dihasilkan secara optimal.

Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk, pencatat, dan pemberi tanda bahaya. Peralatan instrumentasi biasanya bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses tergantung pada pertimbangan ekonomi dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat–alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat–alat tersebut dipasang di atas papan instrumen dekat peralatan proses yang dikontrol secara manual atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bangsal peralatan yang dikontrol secara otomatis (Perry, 1999).

Variabel–variabel proses yang biasanya dikontrol atau diukur oleh instrumen adalah :

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.

2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya.

Pada dasarnya suatu sistem pengendalian terdiri dari : 1. Elemen Perasa(Sensing Element / Primary Element).

Elemen yang merasakan (menunjukkan) adanya perubahan dari harga variabel yang diukur.

2. Elemen Pengukur(Measuring Element).

Elemen yang sensitif terhadap adanya perubahan temperatur, tekanan, laju aliran, maupun ketinggian fluida. Perubahan ini merupakan sinyal dari proses dan disampaikan oleh elemen pengukur ke elemen pengontrol.

3. Elemen Pengontrol(Controlling Element).

Elemen yang menerima sinyal kemudian akan segera mengatur perubahan– perubahan proses tersebut sama dengan nilai set point (nilai yang dikehendaki). Dengan demikian elemen ini dapat segera memperkecil ataupun meniadakan penyimpangan yang terjadi.

4. Elemen Pengontrol Akhir (Final Control Element).

Elemen yang akan mengubah masukan yang keluar dari elemen pengontrol ke dalam proses sehingga variabel yang diukur tetap berada dalam batasan yang diinginkan dan merupakan hasil yang dikehendaki.

Pengendalian peralatan instrumentasi dapat dilakukan secara otomatis dan semi otomatis. Pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan dengan cara mengatur instrumen pada kondisi tertentu, bila terjadi penyimpangan variabel yang dikontrol maka instrumen akan bekerja sendiri untuk mengembalikan variabel pada kondisi semula, instrumen ini bekerja sebagai controller. Pengendalian secara semi otomatis adalah pengendalian yang mencatat perubahan–perubahan yang terjadi pada variabel yang dikontrol. Untuk mengubah variabel–variabel ke dalam nilai yang diinginkan maka dilakukan usaha secara manual, instrumen ini bekerja sebagai pencatat (recorder) atau penunjuk (indicator).

Faktor–faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen–instrumen adalah (Peters et.al., 2003) :

1. Range yang diperlukan untuk pengukuran.

2. Level instrumentasi.

3. Ketelitian yang dibutuhkan. 4. Bahan konstruksinya.

Instrumentasi yang umum digunakan dalam pabrik adalah : 1. Untuk variabel temperatur.

• Temperature Controller (TC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati temperatur dari suatu alat. Dengan menggunakan

Temperature Controller, para engineer juga dapat melakukan

pengendalian terhadap peralatan sehingga temperatur peralatan tetap berada dalam range yang diinginkan. Temperature Controller kadang– kadang juga dapat mencatat temperatur dari suatu peralatan secara berkala Temperature Recorder (TR).

• Temperature Indicator (TI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati temperatur suatu alat. 2. Untuk variabel ketinggian permukaan cairan.

• Level Controller (LC) adalah instumentasi yang digunakan untuk

mengamati ketinggian cairan di dalam suatu alat. Dengan menggunakan

Level Controller, para engineer juga dapat melakukan pengendalian

ketinggian cairan di dalam peralatan tersebut.

• Level Indicator (LI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati ketinggian cairan di dalam suatu alat. 3. Untuk variabel tekanan.

• Pressure Controller (PC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati tekanan operasi dari suatu alat. Para engineer juga dapat melakukan perubahan tekanan dari peralatan operasi. Pressure

Controller dapat juga dilengkapi pencatat tekanan dari suatu peralatan

secara berkala Pressure Recorder (PR).

• Pressure Indicator (PI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati tekanan operasi dari suatu alat. 4. Untuk variabel aliran cairan.

• Flow Controller (FC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati laju alir larutan atau cairan yang melalui suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat melakukan pengendalian.

• Flow Indicator (FI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

Beberapa instrumen yang digunakan dalam peralatan pabrik adalah :

1. Reaktor

Instrumen yang digunakan pada reaktor adalah Temperature Controller

(TC) yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalam reaktor. Reaktor dilengkapi dengan sight glass yang berfungsi sebagai

Level Controller (LC). Reaktor juga dilengkapi dengan sensing elemen yang

peka terhadap perubahan suhu sehingga temperatur reaktor dapat dilihat pada temperatur indikator. Juka suhu terlalu tinggi, maka secara otomatis valve yang terdapat pada aliran steam akan tertutup dan sebaliknya. Valve pada aliran steam juga dilengkapi dengan valve by pass.

Gambar 6.1 Reaktor beserta instrumennya

2. Filter Press

Pada filter press terdapat pressur indikator yang berfungsi untuk menunjukkan tekanan pada filter press. Jika tekanan terlalu besar dapat mengakibatkan kerusakan pada alat.

3. Heater

Instrumen yang digunakan pada heater adalah Temperature Controller

(TC) yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalamnya. Apabila fluida yang keluar berada di bawah temperatur yang diinginkan, maka Temperature Controller (TC) akan menggerakkan Flow

Controller (FC) untuk membuka valve sehingga laju alir steam yang masuk

menjadi lebih besar.

Gambar 6.3 Heater beserta instrumennya.

4. Kolom Destilasi

Instrumen yang digunakan pada kolom destilasi adalah Temperature

Controller (TC) yang berfungsi apabila suhu dalam kolom destilasi

meningkat, maka Temperature Controller (TC) akan menggerakan Flow

Controller (FC) pada reboiler bottom sehingga steam yang disuplai menjadi

menurun. Apabila ketinggian fluida dalam kolom destilasi terlalu besar, maka efektifitas destilasi akan menurun sehingga dipasang Flow Controller (FC) untuk memperkecil laju alir bahan yang masuk. Kondisi kolom destilasi juga dipengaruhi oleh efek kondensasi destilat sehingga pada kondensor diperlukan Temperature Controller (TC) yang akan menggerakkan Flow

Controller(FC) air pendingin yang disuplai pada kolom destilasi.

Fluida Masuk Fluida Keluar FC TC

Steam

Gambar 6.4 Kolom destilasi beserta instrumennya.

5. Kondensor

Instrumen yang digunakan pada kondensor adalah Temperature

Controller (TC) yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur

fluida di dalam kondensor. Apabila fluida yang keluar berada di atas temperatur yang diinginkan dalam kondensor, maka Temperature Controller

(TC) akan menggerakkan Flow Controller (FC) untuk membuka valve

sehingga laju alir air pendinginyang masuk menjadi lebih besar.

Gambar 6.5 Kondensor beserta instrumennya. PI

TI

TI FI

LI

6. Reboiler

Instrumen yang digunakan pada reboiler adalah Temperature Controller (TC) yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalam

reboiler. Apabila fluida yang keluar berada di bawah temperatur reboiler,

maka Temperature Controller (TC) akan menggerakkan Flow Controller (FC)

untuk membuka valve sehingga laju alir steam yang masuk menjadi lebih besar. Pressure Indicator (PI) juga dipasang agar tekanan di dalam reboiler

tidak berjalan di atas atau di bawah batas yang diinginkan.

Gambar 6.6 Reboiler beserta instrumennya.

7. Pompa

Instrumen yang digunakan pada pompa adalah Flow Controller (FC) yang berfungsi untuk memperkecil laju alir fluida yang masuk apabila laju alir fluida di dalam pompa berada di atas batas yang ditentukan.

Gambar 6.7 Pompa beserta instrumennya. Fluida

Fluida FC

FI

FI PI

Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase

No Nama Alat Jenis Instrumentasi Kegunaan

1 Tangki LC Mengontrol tinggi cairan dalam tangki

2 Pompa FC Mengatur laju cairan dalam pipa

3 Reaktor

TC Mengontrol suhu dalam reaktor

PC Mengontrol tekanan dalam reaktor

LC Mengontrol tinggi cairan dalam reaktor

4 Kolom Destilasi

PC Mengontrol tekanan dalam kolom destilasi

TC Mengontrol suhu dalam kolom destilasi

LC Mengontrol tinggi cairan dalam kolom destilasi

FC Mengatur laju cairan dalam pipa 5 Kondensor TC Mengontrol suhu dalam

kondensor

FC Mengatur laju cairan dalam pipa 6 Reboiler TC Mengontrol suhu dalam reboiler

FC Mengatur laju cairan dalam pipa 7 Filter Press PC Mengamati tekanan operasi

6.2 Keselamatan Kerja

Keselamatan kerja merupakan bagian dari kelangsungan produksi pabrik, oleh karena itu aspek ini harus diperhatikan secara serius dan terpadu. Untuk maksud tersebut perlu diperhatikan cara pengendalian keselamatan kerja dan keamanan pabrik pada saat perancangan dan saat pabrik beroperasi.

Sebagaimana pedoman pokok dalam usaha penanggulangan masalah keselamatan kerja adalah undang-undang keselamatan kerja tanggal 12 Januari 1970.

Undang-undang ini juga mengisyaratkan bahwa tindakan koratif dan korektif agar kecelakaan kerja dihindari dan lingkungan kerja harus memenuhi syarat-syarat kesehatan.

Untuk menjamin keselamatan kerja, maka dalam perencanaan suatu pabrik perlu diperhatikan beberapa hal, yaitu :

1. Lokasi pabrik

2. Sistem pencegahan kebocoran 3. Sistem perawatan

4. Sistem penerangan

5. Sistem penyimpanan material dan perlengkapan 6. Sistem pemadam kebakaran

Disamping itu, terdapat beberapa peraturan dasar keselamatan kerja yang harus diperhatikan pada saat bekerja di setiap pabrik-pabrik kimia :

1. Tidak boleh merokok atau makan

2. Tidak boleh minum minuman keras (beralkohol) selama bekerja

Pada pra-rancangan pabrik pembuatan etanol dari molase, usaha-usaha pencegahan terhadap bahaya-bahaya yang mungkin terjadi dilakukan dengan :

1. Pencegahan terhadap kebocoran

− Memasang sistem alarm pada tempat yang strategis dan penting seperti power station, laboratorium dan ruang proses

− Mobil pemadam kebakaran harus dalam keadaan siap siaga dalam fire station

− Fire hydrant ditempatkan pada jarak 100 m di daerah storage, proses dan perkantoran

− Fire extinguisher disediakan pada bangunan pabrik untuk memadamkan api yang relatif kecil

− Gas detektor dipasang pada daerah proses, storage dan daerah perpipaan yang dihubungkan dengan aliran gas di ruang kontrol untuk mendeteksi kebocoran gas

− Smoke detektor ditempatkan pada setiap sub-station listrik untuk mendeteksi kebakaran melalui asapnya

2. Memakai peralatan pelindung diri

Pada lokasi pabrik disediakan perlengkapan perlindungan diri seperti :

− Pakaian kerja

− Sepatu pengaman

− Topi pengaman

Topi memberikan perlindungan terhadap percikan bahan kimia terutama jika bekerja di bawah perpipaan serta tangki yang mungkin bocor, juga perlindungan terhadap alat kerja yang jatuh

− Sarung tangan

− Masker

Berguna untuk memberi perlindungan terhadap debu-debu yang berbahaya ataupun uap kimia agar tidak terhirup

3. Pencegahan terhadap bahaya mekanis

− Setiap ruang kerja karyawan dibuat cukup luas dan tidak menghambat kegiatan karyawan lain

− Alat-alat dibuat dengan penahan yang cukup juat 4. Pencegahan terhadap bahaya listrik

− Setiap instalasi dan alat-alat listrik harus diamankan dengan pemakaian sekering atau pemutus hubungan listrik secara otomatis

− Sistem perkabelan listrik harus dipasang secara terpadu dengan tata letak pabrik, sehingga jika ada perbaikan dapat dilakukan dengan mudah 5. Menerapkan nilai-nilai disiplin bagi karyawan

− Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang diberikan dan mematuhi setiap peraturan dan ketentuan yang diberikan

− Setiap kecelakaan kerja atau kejadian yang merugikan segera dilaporkan ke atasan

− Setiap karyawan harus saling mengingatkan akan perubahan yang dapat menimbulkan bahaya

− Setiap ketentuan dan peraturan harus dipatuhi 6. Menyediakan poliklinik di lokasi pabrik

Apabila terjadi kecelakaan kerja seperti kebakaran pada pabrik maka yang harus dilakukan adalah :

1. Mematikan seluruh kegiatan pabrik, baik mesin maupun listrik

2. Mengaktikan alat pemadaman kebakaran, dalam hal ini alat pemadaman kebakaran yang digunakan disesuaikan dengan jenis kebakaran yang terjadi, yaitu :

− Instalasi pemadam dengan air

Untuk kebakaran yang terjai pada bahan yang berpijar seperti kayu, arang, kertas dan bahan berserat. Air dipompakan dengan menggunakan pompa yang bekerja dengan instalasi listrik sendiri sehingga tidak terganggu jika instalasi listrik pabrik dimatikan

− Instalasi pemadam dengan CO Gas CO

2

2

− Instalasi pemadam dengan busa udara

yang digunakan adalah yang sudah dicairkan dalam tabung gas bertekanan yang disambung secara seri ke nozel-nozel. Instalasi ini digunakan untuk ruangan tertutup seperti pada tangki penyimpanan dan juga pada instalasi listrik

Busa bertekanan yang keluar dari alat pemadam akan mendinginkan sumber kebakaran dan menyelimuti serta melindungi sumber kebakaran dari masuknya O

− Instalasi pemadam dengan debu

2

Debu pemadam cocok untuk kebakaran yang berupa lidah api, kebakaran gas dan pelarut organik bertekanan yang bocor

BAB VII

UTILITAS

Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik.

Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase ini adalah sebagai berikut :

1. Kebutuhan uap (steam) 2. Kebutuhan air

3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan listrik 5. Kebutuhan bahan bakar

7.1 Kebutuhan Uap (steam)

Dalam pabrik, uap digunakan sebagai media pemanas alat-alat perpindahan panas. Adapun kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Etanol dari molase adalah sebanyak 4391,741 kg/jam yang digunakan pada heater, reboyler dan reaktor.

Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 30 %.

Maka kebutuhan uap = 30% ×4391,741 = 1317,522 kg/jam Total uap yang harus dihasilkan ketel = 4391,741 + 1317,522

= 5709,262 kg/jam Diperkirakan 80 % kondensat dapat dipergunakan kembali sehingga :

Kondensat yang dapat digunakan kembali = 80%×5709,262 = 4567,409 kg/jam Kebutuhan air segar = 20%×5709,262 = 1141,852 kg/jam

7.2 Kebutuhan Air

Kebutuhan air pada Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase ini mencakup kebutuhan air yang diperlukan untuk umpan ketel dan kebutuhan air proses yang digunakan untuk proses secara langsung yaitu air yang ditambahkan ke dalam reaktor sebesar 4119,288 kg/jam dan kebutuhan air pendingin.

Untuk mengetahui jumlah kebutuhan air maka dapat diuraikan sebagai berikut :

- Kebutuhan air untuk umpan ketel = 1141,852 kg/jam - Kebutuhan air proses = 4119,288 kg/jam - Kebutuhan air pendingin = 22477,651 kg/jam Total kebutuhan air = 27738,791 kg/jam

Sumber air untuk pabrik pembuatan Etanol dari Molase ini berasal dari air tanah yang diperoleh dengan membuat sumur bor. Kualitas air dapat diasumsikan sebagai berikut :

Tabel 7.1 Kualitas Air Tanah Marelan

Parameter Satuan Kadar

Suhu pH Kekeruhan Besi (Fe) Clorida (Cl) Seng (Zn) Sulfat (SO4

Arsen (Ar) ) SiO Kalsium (Ca) 2 Magnesium (Mg) Zat organik °C - mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 25 7 6-9 4,48 11 0.082 10 0.02 27 45 28 12

Sumber : PT Adolina Belawan, 2007

Kebutuhan air pada pabrik pembuatan Etanol adalah sebagai berikut :

• Kebutuhan air proses

Kebutuhan air proses pada pabrik pembuatan etanol dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 7.2 Kebutuhan Air Proses

No Nama Alat Kode Alat Kebutuhan (kg/jam) 1 Reaktor R-101 4119,288

• Kebutuhan air pendingin

Kebutuhan air pendingin pada pabrik pembuatan etil laktat dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 7.3 Kebutuhan Air Pendingin

No Nama Alat Nama Alat Kebutuhan (kg/jam) 1 Tangki Fermentor R-102 9561,984 2 Kondensor K-101 12915,667

total 22477,651

Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam menara pendingin air. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown (Perry, 1999).

Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: We = 0,00085 Wc (T2 – T1

Di mana :

) (Pers. 12-10 Perry, 1999)

Wc

T

= jumlah air pendingin yang diperlukan = 22477,651 kg/jam

1

T

= temperatur air pendingin masuk = 25°C = 77°F

2

Maka,

= temperatur air pendingin keluar = 40°C = 104°F

We

= 515,862 kg/jam

= 0,00085 × 22477,651 × (104-77)

Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 % dari air pendingin yang masuk ke menara air (Perry, 1999). Ditetapkan drift loss 0,2 %, maka:

Wd

Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus (Perry, 1997). Ditetapkan 5 siklus, maka:

= 0,002 × 22477,651 = 44,955 kg/jam

1 S W W e b −

= (Pers, 12-12, Perry, 1999)

kg/jam 965 , 128 1 5 515,862 W_b = − =

Sehingga make up air yang diperlukan = 515,862 + 44,955 +128,965 = 689,782 kg/jam

Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air (water intake facility) yang juga merupakan tempat pengolahan awal air tanah dari sumur bor. Untuk pengolahan awal, dilakukan penyaringan, selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu:

1. Pengendapan 2. Klarifikasi 3. Filtrasi

4. Demineralisasi 5. Deaerasi

7.2.1 Pengendapan

Air tanah yang dipompakan dari sumur bor kemudian dialirkan ke dalam pengendapan, dimana partikel padat yang berdiameter besar akan mengendap secara gravitasi. Diameter partikel padat berkisar antara 10-4 meter. (Baron, 1982)

7.2.2 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan yang disebabkan oleh

suspended solid di dalam air. Air dari bak pengendapan dialirkan ke dalam clarifier

setelah diinjeksikan larutan alum Al2(SO4)3 yang berfungsi sebagai koagulan dan

larutan abu Na2CO3

Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok-flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar mlimpah (overflow) yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir (sand filter)untuk penyaringan.

yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dan penetralan pH.

Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan abu soda = 1 : 0,54. (Baron, 1982)

Total kebutuhan air = 27738,791 kg/jam Pemakaian larutan alum = 50 ppm

Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum yang dibutuhkan = 50.10-6

Larutan soda sbu yang dibutuhkan = 27.10

× 27738,791 = 1,387 kg/jam

-6

× 27738,791 = 0,749 kg/jam

7.2.3 Filtrasi

Filtrasi berfungsi untuk memisahkan flok dan koagulan yang masih terikat bersama air. Penyaring pasir (sand filter) yang digunakan terdiri dari 3 lapisan, yaitu :

a. Lapisan I terdiri dari pasir hijau (green sand) setinggi 60,96 cm b. Lapisan II terdiri dari anterakit setinggi 31,75 cm

c. Lapisan III terdiri dari batu kerikil (graved) setinggi 17,78 cm

Pada bagian bawah sand filter dilengkapi dengan strainer agar air menembus celah-celah pasir secara merata. Daya saring sand filter akan berkurang sehingga diperlukan pencucian (back wash) secara berkala. Selama pemakaian, daya saring

sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan regenerasi secara berkala dengan cara

pencucian balik (back washing). Dari penyaring ini, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan.

7.2.4 Demineralisasi

Air untuk umpan ketel harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, alat demineralisasi dibagi atas :

1. Penukar Kation (Cation Exchanger)

Penukar kation berfungsi untuk mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg dan kation lain yang larut dalam air dengan kation dari resin. Resin yang digunakan bermerek Daulite C-20. Reaksi yang terjadi :

2H+R + Ca2+ Ca2+R2 + 2H

2H

+

+

R + Mg2+ Mg2+R2 + 2H

Untuk regenerasi dipakai H

+

2SO4

Ca

berlebih dengan reaksi :

2+

R2 + 2H2SO4 CaSO4 + 2H+

Mg

R

2+

2. Penukar Anion (Anion Exchanger)

Penukar anion berfungsi untuk menukar anion yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan Dowex 2. Reaksi yang terjadi :

2ROH + SO42- R2SO4 + 2OH

ROH + Cl

RCl + OH Untuk regenerasi dipakai NaOH dengan reaksi :

-

R2SO4 + 2NaOH Na2SO4

RCl + NaOH NaCl + ROH + 2ROH

Air tanah Marelan mengandung kation Ca

Perhitungan Kesadahan Kation

2+

,Mg2+

1 gr/gal = 17,1 ppm

dan Fe masing-masing 45 ppm, 28 ppm dan 4,48 ppm. (Tabel 7.1)

− Jumlah air untuk umpan ketel = 1141,852 kg/jam = 27404,448 kg/hari

= 3

3 264,17 /

/ 998 / 27404,448 m gal m kg hari kg ×

= 7254,108 gal/hari

− Kesadahan awal =

1 , 17 48 , 4 28 45+ +

= 4,531 gr/gal

− Total kesadahan kation = 4,531 gr/gal × 7254,108 gal/hari = 32868,363 gr/hari = 32,868 kg/hari Resin yang digunakan memiliki EC (exchanger capacity) = 24,5kg/ft3

Direncanakan menggunakan resin sebanyak 10 ft

3

Jumlah air yang dapat diolah =

, sehingga :

hari kg hari kg ft ft kg / 448 , 7404 2 / 32,868 10 / 5 ,

24 3 3

× ×

= 204272,755 kg Waktu regenerasi =

ketel umpan air diolah yang air = hari kg kg / 448 , 7404 2 204272,755

Waktu regenerasi digunakan H2SO4 66o Be dimana pemakaiannya sebanyak

9,61 lb/ft3

Maka kebutuhan H

untuk setiap regenerasi. (Baron, 1982)

2SO4 = 9,61 lb/ft3 × 10 ft

= 96,1 lb × 7,5 hari × 0,454 kg/lb

3

= 327,220 kg/regenerasi

Air tanah Marelan mengandung anion Cl

Perhitungan Kesadahan Anion

-, SO42-, SiO2

2-1 gr/gal = 17,1 ppm

masing-masing 11 ppm, 10 ppm dan 27 ppm. (Tabel 7.1)

− Kesadahan awal = 11 + 10 + 27

= 48 ppm /17,1 = 2,807 gr/gal

− Jumlah air untuk umpan ketel = 1141,852 kg/jam = 27404,448 kg/hari

= 3

3 264,17 /

/ 998 / 27404,448 m gal m kg hari kg ×

= 7254,108 gal/hari

− Total kesadahan kation = 2,807 gr/gal × 7254,108 gal/hari = 20362,281 gr/hari = 20,362 kg/hari Resin yang digunakan memiliki EC (exchanger capacity) = 24,5kg/ft3

Direncanakan menggunakan resin sebanyak 10 ft

3

Jumlah air yang dapat diolah =

, sehingga :

hari kg hari kg ft ft kg / 448 , 7404 2 / 20,362 10 / 5 ,

24 3 3

× ×

= 329675,509 kg Waktu regenerasi =

ketel umpan air diolah yang air = hari kg kg / 448 , 7404 2 329675,509

= 12,03 hari ≈ 12 hari Dipakai 5 lb NaOH/ft3

Maka kebutuhan NaOH = 5 lb/ft

resin untuk setiap regenerasi : (The Nalco Water Handbook)

3

× 10 ft

= 50 lb × 12 hari × 0,454 kg/lb

3

7.2.5 Deaerasi

Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion

(ion exchanger) sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada deaerator ini, air

dipanaskan hingga 90°C supaya gas-gas yang terlarut dalam air, seperti O2 dan CO2

dapat dihilangkan, sebab gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Penarikan gas-gas tersebut dilakukan dengan menginjeksikan steam melalui nozzle yang ada pada deaerator.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan Etanol dari Molase adalah sebagai berikut :

1. Al2(SO4)3

2. Na

= 1,387 kg/jam

2CO3

3. H

= 0,749 kg/jam

2SO4

4. NaOH = 0,946 kg/jam = 1,818 kg/jam

7.4 Kebutuhan Listrik

Perincian kebutuhan listrik diperkirakan sebagai berikut : 1. Unit proses = 140 hp 2. Unit utilitas = 80 hp 3. Ruang kontrol dan laboratorium = 50 hp 4. Penerangan dan kantor = 70 hp 5. Bengkel = 50 hp

390 hp

Faktor keamanan 15% (Perry, 1999) Total kebutuhan listrik = 1,15 × 390 hp

= 448,5 hp = 334,446 kW Kebutuhan listrik pabrik dipasok oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara). Untuk mengantisipasi adanya pemadaman, maka dipersiapkan generator dengan hanya memperhitungkan daya untuk kebutuhan proses, utilitas, dan ruang kontrol. Maka daya yang dipersiapkan : 140 + 80 + 50 = 270 hp

Efisiensi generator 80 %, maka :

Daya output generator = 270/0,8 = 337,5 hp = 251,674 kW

Untuk perancangan disediakan 1 unit diesel generator AC 250 kW, 220-240 Volt, 50 Hertz, 3 fase berbahan bakar solar.

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik (generator) adalah minyak solar karena minyak solar mempunyai nilai baker yang tinggi.

Keperluan bahan bakar :

Nilai bahan bakar solar = 19860 Btu/lb (Labban, 1971) Bahan bakar generator

Densitas bahan bakar solar = 0,89 kg/L (Perry, 1999) Daya generatoryang dihasilkan = 251,674 kW x 0,9478 Btu/det.kW

=

238,537 Btu/det x 3600 det/jam = 858733,2 Btu/jam

Jumlah bahan bakar =

Btu/lb 19860

Btu/jam 858733,2

= 43,239 lb/jam x 0,454 kg/jam = 19,630 kg/jam

Kebutuhan solar =

kg/l 0,89

kg/jam 19,630

= 22,056 l/jam x 24 jam/hari = 529,344 l/hari

Uap yang dihasilkan ketel uap = 5709,262 kg/jam Keperluan bahan bakar ketel uap

Reuse kondensat = 4567,409 kg/jam

Air umpan ketel = 1141,852 kg/jam entalpi superheated steam = 2875,3 kJ/kg (200 0

= 687,213 kkal/kg

C, 1 atm) (Smith, 2001)

entalpi kondensat (saturated liq.) = 419,1 kJ/kg (Smith, 2001) = 100,159 kkal/kg

= 90,081 kkal/kg entapi feed ketel =

(

) (

)

(

)

98,143

1141,852 4567,409 081 , 0 9 1141,852 159 , 00 1 4567,409 = ++ × × _kkal/kg Qketel

Efisiensi ketel 75%, maka Q =

= 5709,262 × (687,213 – 98,143) = 3363154,966 kkal/jam kkal 621 , 4484206 0,75 6 3363154,96 = /jam

= 1778318,48 Btu/jam Nilai bahan bakar solar = 19860 Btu/lb (Perry, 1999)

Jumlah bahan bakar

= 89,543lb/jam 19860

1778318,48

= = 44,771 kg/jam densitas solar = 0,89 kg/L

kebutuhan solar = 50,304 ltr/jam 0,89

44,771

=

Daya generator yang dihasilkan = 250 kW×(0,9478 Btu/det)/kW×3600 det/jam Keperluan bahan bakar generator

= 853020 Btu/jam

Jumlah bahan bakar = (853020 Btu/jam) / (19860 Btu/lbm × 0,454 kg/lbm

= 94,607 kg/jam

)

Kebutuhan solar = (94,607 kg/jam) / (0,89 kg/ltr) = 106,3 ltr/jam

Kebutuhan solar total = 50,304 + 106,3 = 156,604 ltr/jam

7.6 Unit Pengolahan Limbah

Pada pabrik pembuatan etanol dari molase ini, menghasilkan limbah cair dan limbah padat yang bersumber dari :

1. Limbah air domestik

Limbah ini sebahagian besar mengandung bahan-bahan organik sisa pencernaan dan urine.

2. Limbah laboratorium

Limbah yang berasal dari laboratorium mengandung bahan-bahan kimia yang dipergunakan untuk menganalisa mutu air yang dipergunakan untuk pengenceran glukosa.

3. Limbah cair hasil pencucian peralatan pabrik

Limbah ini diperkirakan mengandung kerak dan kotoran-kotoran yang melekat pada peralatan pabrik.

4. Limbah cair dari proses destilasi

Limbah ini sebahagian besar kandungannya adalah air yang didalamnya terkandung glukosa dan etanol yang tidak terpisahkan pada proses destilasi. Limbah ini dapat langsung dibuang karena tidak berbahaya bagi lingkungan.

5. Limbah padat

Limbah padat pada pabrik pembuatan etanol dari molase ini adalah abu dan Saccharomyces cereviciae. Abu yang telah dipisahkan dari molase langsung dibuang karena tidak berbahaya bagi lingkungan sedangkan

Saccharomyces cereviciae dikembangbiakkan untuk digunakan kembali pada

proses peragian selanjutnya.

Pengolahan limbah cair pada pabrik pembuatan etanol direncanakan melalui bak penampungan, bak pengendapan awal dilanjutkan dengan activated sludge dan bak pengendapan akhir.

7.6.1 Perhitungan total air buangan pabrik

Diperkirakan jumlah air buangan pabrik :

1. Dari buangan domestik (dapur, kamar mandi) Diperkirakan air buangan tiap orang = 5 ltr/jam

Jadi air buangan untuk 105 orang = 105 × 5 = 525 ltr/jam 2. Dari Laboratorium diperkirakan = 50 ltr/jam

3. Dari pencucian peralatan = 100 ltr/jam 4. Dari Limbah cair proses destilasi = 4049,212 ltr/jam Total air buangan = 525 + 50 + 100 + 4049,212

7.6.2 Perkiraan dimensi bak 1. Bak penampungan

Fungsi : tempat menampung air buangan sementara Bentuk : persegi panjang

Jumlah : 1 unit Limbah bersifat asam

Laju volumetrik air buangan = 113,4 m3 Waktu penampungan air buangan = 7 hari

/hari

Volume air buangan = 113,4 × 7 = 793,8 m Direncanakan digunakan 1 buah bak penampungan

3

Bak terisi 90 % maka volume bak= 9 , 0

8 , 793

= 882 m Direncanakan ukuran bak sebagai berikut :

3

- panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l) - tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka :

Volume bak = p × l × t

882 = 2 l × l × l = 2 l l =

3

3

2 882

lebar bak = 7,6 m jadi dimensi bak :

panjang = 2 × 7,6 = 15,2 m lebar = 7,6 m

tinggi = 7,6 m

luas bak = 15,2 × 7,6 = 115,5 m2

2. Bak pengendapan awal

Fungsi : menghilangkan padatan dengan cara pengendapan Bentuk : persegi panjang

Jumlah : 1 unit Limbah bersifat asam

Laju volumetrik air buangan = 113,4 m3 Waktu penampungan air buangan = 1 hari

/hari

Volume air buangan = 113,4 × 1 = 113,4 m Direncanakan digunakan 1 buah bak penampungan

3

Bak terisi 90 % maka volume bak= 9 , 0 113,4

= 126 m Direncanakan ukuran bak sebagai berikut :

3

- panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l) - tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka :

Volume bak = p × l × t

126 = 2 l × l × l = 2 l l =

3

3

2 126

lebar bak = 4 m jadi dimensi bak :

panjang = 2 × 4 = 8 m lebar = 4 m

tinggi = 4 m

luas bak = 8 × 4 = 32 m2

3. Bak penetralan

Fungsi : tempat menetralkan pH limbah yang bersifat asam Bentuk : persegi panjang

Jumlah : 1 unit

Laju volumetrik air buangan = 113,4 m3 Waktu penampungan air buangan = 1 hari

/hari

Volume air buangan = 113,4 × 1 = 113,4 m Direncanakan digunakan 1 buah bak penampungan

3

Bak terisi 90 % maka volume bak= 9 , 0 113,4

Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : - panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l) - tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka :

Volume bak = p × l × t

126 = 2 l × l × l = 2 l l =

3

3

2 126

lebar bak = 4 m jadi dimensi bak :

panjang = 2 × 4 = 8 m lebar = 4 m

tinggi = 4 m

luas bak = 8 × 4 = 32 m2

Air buangan dari pabrik yang menghasilkan bahan-bahan organik karenanya air limbah tersebut harus dinormalkan dari keadaan asam sampai mencapai pH 7 (Hammer, 1986). Untuk menetralkan air limbah yang mengandung bahan organik yang mempunyai pH 5 maka digunakan soda abu Na2CO3

Jumlah air buangan = 113,4 m

(Hammer, 1986). Kebutuhan soda abu untuk menetralkan limbah organik = 0,15 gr soda abu/30 ml air limbah yang mempunyai pH 5 (diteliti di Laboratorium Kimia Analitik, FMIPA, USU, 1999).

3

/hari = 113400 l/hari = 1134 × 105 Kebutuhan soda abu = 1134 × 10

ml/hari

5

= 567000 gr/hari = 567 kg/hari ml/hari × (0,15 gr/30 ml)

= 23,6 kg/jam

7.6.3 Pengolahan limbah dengan sistem activated sludge (lumpur aktif)

Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated

sludge (sistem Lumpur aktif), mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent

Proses lumpur aktif merupakan proses aerobis dimana flok lumpur aktif (lumpur yang mengandung mikroorganisme mikroflora dan mikrofauna) tersuspensi di dalam campuran lumpur yang mengandung O2. Biasanya mikroorganisme yang

digunakan merupakan kultur campuran seperti bakteri (Sphaerotilus natans,

Thiothrix sp, Lactobacillus sp, Peloploca sp, dan lain-lain), protozoa, fungi

(Leptomitus sp, Geothricum candidum dan lain-lain), rotifera dan nematode. Flok

lumpur aktif ini sendiri merupakan makanan bagi mikroorganisme ini sehingga akan diresirkulasi kembali ke tangki aerasi.

Data

Laju alir volumetrik air buangan (Q) = 113,4 m

:

3

BOD

/hari = 29956,9 gal/hari

5influent (S0

Effisiensi reaktor (E) = 95 % (Metcalf, 1991) ) = 760 mg/l (Hammer, 1986)

Koefisien cell yield (Y) = 0,8 mgvss/mg BOD5

Koefisien endogenous decay (Kd) = 0,025 hari

(Metcalf, 1991)

-1

Mixed liquor suspended solid = 450 mg/l

(Metcalf, 1991)

Mixed liquor volatile suspended solid (X) = 340 mg/l

Direncanakan waktu tinggal sel (θc) = 7 hari

1. Penentuan BOD5

E =

effluent (S)

100

0

0 − ×

S S S

S = S0

100

0

S E×

-

= 760 - 100

760 95×

= 38 mg/l

(BOD5effluent (s) maksimum = 50 mg/l (Kep.03/MENLH/1/1998))

2. Penentuan volume Aerator (Vr

V

)

r

(

)

(

c

)

c Kd X S S Y Q θ θ × +× − × 1 0

966.584.069

1.104.667.507

276.166.877

1.380.834.384

3.728.252.836

0,12 2.104.391.601

41.608.646.784

745.650.567

P/F pada i = 57 % PV pada I = 57 %

1 (240.075.135.153) 56% 57%

0,6369

72.821.426.269 268.006.320 (4.380.861.088) 0,4057

50.944.844.376 0,2584

35.645.090.272 0,1646

24.943.216.282 0,06 0,1048

17.456.361.225 0,0668

12.217.974.379 0,0425

8.552.340.534 0,0271

5.986.975.099 0,0173

4.191.440.754 0,0110

2.934.604.875 (4.380.861.088)

40

50

60

70

80

90

100

Kapasitas Produksi (%)

-50,000,000,000 100,000,000,000 150,000,000,000 200,000,000,000 250,000,000,000 300,000,000,000 350,000,000,000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Kapasitas Produksi (%)

B

iaya (

R

u

p

iah

)

Penjualan

Biaya tetap

Biaya variabel

Biaya produksi

Gambar LE.1 Grafik Break Event Point

BEP = 19,72

-50,000,000,000 100,000,000,000 150,000,000,000 200,000,000,000 250,000,000,000 300,000,000,000 350,000,000,000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Kapasitas Produksi (%)

B

iaya (

R

u

p

iah

)

Penjualan

Biaya tetap

Biaya variabel

Biaya produksi

Gambar LE.1 Grafik Break Event Point

BEP = 19,72

STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN

PABRIK PEMBUATAN ETANOL

RUPS

Dewan Komisaris

General Manager

Manager Produksi

Manager Teknik

Manager

Financial/marketing

Manager

SDM/Umum

Kepala

Bagian

Utilitas

Kepala

Bagian

Proses

Kepala

Bagian

Laboratorium

Kepala Bagian

Maintenance

& Listrik

Kepala

Bagian

Instrumentasi

Kepala

Bagian

Marketing

Kepala

Bagian

Pembelian

Kepala

Bagian

Personalia

Kepala

Bagian

SDM

Kepala

Bagian

Keamanan

Tabel LE.10 Nilai Perhitungan IRR

Tahun Laba sebelum

Pajak Pajak

Laba setelah

pajak Depresiasi Net Cash Flow

P/F pada i =

56 %

Pv pada i = 56 %

P/F pada i =

57 %

Pv pada i = 57 %

0 - - - - -240,075,135,153 1 -240,075,135,153 1 (240,075,135,153) 1 160,607,966,500 48,164,889,950 112,443,076,600 1,886,562,642 114,329,639,242 0.6410 73,288,230,283 0.6369 72,821,426,269 2 176,668,763,150 52,981,378,945 123,687,384,260 1,886,562,642 125,573,946,902 0.4109 51,600,076,801 0.4057 50,944,844,376 3 194,335,639,465 58,279,516,840 136,056,122,686 1,886,562,642 137,942,685,328 0.2634 36,334,976,285 0.2584 35,645,090,272 4 213,769,203,412 64,107,468,523 149,661,734,955 1,886,562,642 151,548,297,597 0.1689 25,588,961,961 0.1646 24,943,216,282 5 235,146,123,753 70,518,215,376 164,627,908,450 1,886,562,642 166,514,471,092 0.1082 18,023,079,171 0.1048 17,456,361,225 6 258,660,736,128 77,570,036,913 181,090,699,295 1,886,562,642 182,977,261,937 0.0694 12,695,491,949 0.0668 12,217,974,379 7 284,526,809,741 85,327,040,605 199,199,769,225 1,886,562,642 201,086,331,867 0.0445 8,943,558,735 0.0425 8,552,340,534 8 312,979,490,715 93,859,744,665 219,119,746,147 1,886,562,642 221,006,308,789 0.0285 6,300,976,854 0.0271 5,986,975,099 9 344,277,439,786 103,245,719,132 241,031,720,762 1,886,562,642 242,918,283,404 0.0183 4,439,548,638 0.0173 4,191,440,754 10 378,705,183,765 113,570,291,045 265,134,892,838 1,886,562,642 267,021,455,480 0.0117 3,128,240,795 0.0110 2,934,604,875

268,006,320 -4,380,861,088

IRR

=

(

57

56

)

%

)

88

(-43808610

268006320

268006320

%

56

−

−

+

x

= 56,06 %