Kajian Awal Pemisahan Campuran Aseton-Butanol-Etanol Hasil Feermentasi dengan Distilasi Sederhana dan dengan Pendekatan Model Isotherm Flash

KAJIAN AWAL PEMISAHAN CAMPURAN

ASETON-BUTANOL-ETANOL HASIL FERMENTAS1
DENGAN DISTILASI SEDERHANA DAN DENGAN PENDEKATAN
MODEL ISOTHERM FLASH

Oleh
AGUS PURWANTO
F 27.0042

1995

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

Agus Purwanto. F 27.0042. Kajian Awal Pemisahan Campuran Aseton-butanoletanol Hasil Fermentasi dengan Distilasi Sederhana dan dengan Pendekatan Model

Isotherm Flash. Dibawah bimbingan E. Gumbira-Sa'id dan Agus Herindayanto.

RINGKASAN


Penggunaan pelarut organik aseton-butanol-etanol (ABE) hasil fermentasi
sebagai bahan baku industri memberikan harapan yang cerah. Produksi bahan bakar
cair pelarut organik ABE dengan cara fermentasi dapat dihasilkan dari berbagai
macam substrat.
Fermentasi ABE disamping menghasilkan pelarut ABE juga menghasilkan
asam asetat, butirat, gas CO, dan H,, biomassa mikrobial dan riboflavin. Untuk
mendapatkan ABE murni maka ARE tersebut hams dipisahkan antara yang satu
dengan yang lain dari cairan fermentasi.

Distilasi adalah metoda yang dapat

digunakan dan bersifat ekonomis untuk memisahkan pelarut dari cairan fermentasi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji pemisahan ABE hasil fermentasi dengan cara
distilasi dan menyusun model simulasi ko~nputerproses pemisahan campuran asetonbutanol-etanol hasil fermentasi.
Pemisahan ABE didasarkan atas perbedaan volatilitas komponen yang ada.
Terdapat berbagai model distilasi yang dapat digunakan, salah satunya adalah model

isothennflash. Model tersebut mengasumsikan bahwa kondensasi berlangsung dalam
kondisi suhu yang sama di semua titik kondensasi. Model yang digunakan adalah

model kesetimbangan fasa, baik untuk evaporasi maupun kondensasi.

Dalam

penelitian ini diteliti pemisahan ABE, parameter fisik serta penerapan model dalam
proses distilasi yang dilakukan.
Hasil pengukuran sifat fisik cairan fermentasi menunjukkan bahwa titik didih
cairan fermentasi ABE relatif sama dengan titik didih air pada tekanan yang sama.
Titik didih cairan fermentasi ABE mengikuti model Antoine dengan besaran A
sebesar 12.4498, B 909.5197, dan C sebesar -214.8823. Pengukuran kapasitas panas

ABE menunjukkan bahwa kapasitas panas cairan fermentasi ABE lebih rendah
daripada kapasitas panas air yaitu sebesar 3.5335 M/kg°C.
Proses percobaan distilasi dengan dua tahap mendapatkan hasil bahwa
pemisahan yang dilakukan kurang dapat dilaksanakan dengan baik.

Kandungan

butanol terbesar diperoleh pada suhu evaporasi 93.7"C pada kondensor I dengan
konsentrasi 52.4676 gll. Kandungan aseton terbesar diperoleh pada suhu evaporasi

95.7"C pada kondensor I1 dengan konsentrasi 3.6420 gll. Konsentrasi etanol terbesar
diperoleh pada suhu evaporasi 100.5 "C pada kondensor I1 dengan konsentrasi 6.8013
gll.

Konsentrasi asetat terbesar diperoleh pada suhu evaporasi 91.5"C pada

kondensor I dengan konsentrasi 82.5578 gll. Konsentrasi butirat terbesar diperoleh
pada suhu evaporasi 93.7"C pada kondensor I dengan konsentrasi 15.9504 g/l.
Peningkatan kandungan komponen bila dibandingkan dengan sebelum didistilasi
adalah asetat 22.93, butirat 3.79, aseton 2.28, butanol 5.18, dan etanol 1.42 kali.
MODIS (Model Distilasi) terdiri atas beberapa model, yaitu model optimasi
suhu evaporasi, model optimasi suhu kondensasi, model simulasi suhu kondensasi,
dan model evaporasi distilasi. Model optimasi suhu evaporasi dapat memproses
masukan dengan beda hasil terkecil 0.000005. Suhu evaporasi optimal untuk

pemisahan butanol adalah 96.6"C, sedangkan suhu kondensasi optimal untuk
kondensasi butanol adalah 25.8"C.
Model evaporasi distilasi tnemberlkan hasil bahwa kadar aseton terbesar
diperoleh pada pemisahan dengan suhu evaporasi 100.5"C pada kondensor 11, butanol
pada suhu evaporasi 80.3"C pada kondensor I,etanol pada suhu evaporasi 100.S°C

pada kondensor 11, asetat pada suhu evaporasi 80 suhu evaporasi 96.3"C pada
kondensor I, dan butirat pada suhu evaporasi 80.3"C pada kondensor I. Dari hasil
simulasi suhu kondensasi didapatkan hasil bahwa dengan suhu evaporasi 102.4"C
suhu kondensasi yang diperoleh adalah 102.3"C.

KAJIAN AWAL PEMISAHAN CAMPURAN
ASETON-BUTANOL-ETANOL HASIL FERMENTAS1 DENGAN
DISTILASI SEDERHANA DAN DENGAN PENDEKATAN
MODEL ISOTHERM FLASH

Oleh
AGUS PURWANTO

F 27.0042
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk rnernperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Jurusan TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
Fal~ultasTeknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor


1995
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

KAJIAN AWAL PEMISAHAN CAMPURAN

ASETON-BUTANOL-ETANOL HASIL FERMENTAS1
DENGAN DISTILASI SEDERHANA DAN DENGAN PENDEKATAN
MODEL ISOTHERM FLASH

Oleh
AGUS PURWANTO
F 27.0042

1995

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

Agus Purwanto. F 27.0042. Kajian Awal Pemisahan Campuran Aseton-butanoletanol Hasil Fermentasi dengan Distilasi Sederhana dan dengan Pendekatan Model

Isotherm Flash. Dibawah bimbingan E. Gumbira-Sa'id dan Agus Herindayanto.

RINGKASAN

Penggunaan pelarut organik aseton-butanol-etanol (ABE) hasil fermentasi
sebagai bahan baku industri memberikan harapan yang cerah. Produksi bahan bakar
cair pelarut organik ABE dengan cara fermentasi dapat dihasilkan dari berbagai
macam substrat.
Fermentasi ABE disamping menghasilkan pelarut ABE juga menghasilkan
asam asetat, butirat, gas CO, dan H,, biomassa mikrobial dan riboflavin. Untuk
mendapatkan ABE murni maka ARE tersebut hams dipisahkan antara yang satu
dengan yang lain dari cairan fermentasi.

Distilasi adalah metoda yang dapat

digunakan dan bersifat ekonomis untuk memisahkan pelarut dari cairan fermentasi.

Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji pemisahan ABE hasil fermentasi dengan cara
distilasi dan menyusun model simulasi ko~nputerproses pemisahan campuran asetonbutanol-etanol hasil fermentasi.
Pemisahan ABE didasarkan atas perbedaan volatilitas komponen yang ada.
Terdapat berbagai model distilasi yang dapat digunakan, salah satunya adalah model

isothennflash. Model tersebut mengasumsikan bahwa kondensasi berlangsung dalam
kondisi suhu yang sama di semua titik kondensasi. Model yang digunakan adalah
model kesetimbangan fasa, baik untuk evaporasi maupun kondensasi.

Dalam

penelitian ini diteliti pemisahan ABE, parameter fisik serta penerapan model dalam
proses distilasi yang dilakukan.
Hasil pengukuran sifat fisik cairan fermentasi menunjukkan bahwa titik didih
cairan fermentasi ABE relatif sama dengan titik didih air pada tekanan yang sama.
Titik didih cairan fermentasi ABE mengikuti model Antoine dengan besaran A
sebesar 12.4498, B 909.5197, dan C sebesar -214.8823. Pengukuran kapasitas panas

ABE menunjukkan bahwa kapasitas panas cairan fermentasi ABE lebih rendah
daripada kapasitas panas air yaitu sebesar 3.5335 M/kg°C.

Proses percobaan distilasi dengan dua tahap mendapatkan hasil bahwa
pemisahan yang dilakukan kurang dapat dilaksanakan dengan baik.

Kandungan

butanol terbesar diperoleh pada suhu evaporasi 93.7"C pada kondensor I dengan
konsentrasi 52.4676 gll. Kandungan aseton terbesar diperoleh pada suhu evaporasi
95.7"C pada kondensor I1 dengan konsentrasi 3.6420 gll. Konsentrasi etanol terbesar
diperoleh pada suhu evaporasi 100.5 "C pada kondensor I1 dengan konsentrasi 6.8013
gll.

Konsentrasi asetat terbesar diperoleh pada suhu evaporasi 91.5"C pada

kondensor I dengan konsentrasi 82.5578 gll. Konsentrasi butirat terbesar diperoleh
pada suhu evaporasi 93.7"C pada kondensor I dengan konsentrasi 15.9504 g/l.
Peningkatan kandungan komponen bila dibandingkan dengan sebelum didistilasi
adalah asetat 22.93, butirat 3.79, aseton 2.28, butanol 5.18, dan etanol 1.42 kali.
MODIS (Model Distilasi) terdiri atas beberapa model, yaitu model optimasi
suhu evaporasi, model optimasi suhu kondensasi, model simulasi suhu kondensasi,
dan model evaporasi distilasi. Model optimasi suhu evaporasi dapat memproses

masukan dengan beda hasil terkecil 0.000005. Suhu evaporasi optimal untuk

pemisahan butanol adalah 96.6"C, sedangkan suhu kondensasi optimal untuk
kondensasi butanol adalah 25.8"C.
Model evaporasi distilasi tnemberlkan hasil bahwa kadar aseton terbesar
diperoleh pada pemisahan dengan suhu evaporasi 100.5"C pada kondensor 11, butanol
pada suhu evaporasi 80.3"C pada kondensor I,etanol pada suhu evaporasi 100.S°C
pada kondensor 11, asetat pada suhu evaporasi 80 suhu evaporasi 96.3"C pada
kondensor I, dan butirat pada suhu evaporasi 80.3"C pada kondensor I. Dari hasil
simulasi suhu kondensasi didapatkan hasil bahwa dengan suhu evaporasi 102.4"C
suhu kondensasi yang diperoleh adalah 102.3"C.

KAJIAN AWAL PEMISAHAN CAMPURAN
ASETON-BUTANOL-ETANOL HASIL FERMENTAS1 DENGAN
DISTILASI SEDERHANA DAN DENGAN PENDEKATAN
MODEL ISOTHERM FLASH

Oleh
AGUS PURWANTO


F 27.0042
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk rnernperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Jurusan TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
Fal~ultasTeknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor

1995
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

IV. RANCANG BANGUN MODEL DISTILASI ISOTHERM FLASH
UNTUK DISTILASI ABE

Model yang dirancang dinamakan MODIS (Model Distilasi), dimana model
tersebut terdiri atas empat inodul, yaitu File, Inforniasi, Struktur, dan Keluar.
Modul File m e ~ p a k a nbagian utama dari Model Distilasi. Modul-modul tersebut
rnengandung beberapa submodul dan submodul-submodul tersebut terdiri atas

beberapa sub-submodul.
Model yang dirancang didasarkan atas studi pustaka. Model distilasi yang
digunakan adalah model distilasi isothermflash dengan proses berjalan secara curah.
Penyusunan model didasarkm atas kesetimbangan massa yang terjadi pada masingmasing proses (evaporasi, distilasi).

A. OITIMASI SUHU E V A P O W
Terdapat berbagai metoda yang dapat digunakan dalam proses optimasi.
Dalam penentuan suhu evaporasi yang paling optimal dalam proses distilasi tipe

batch isotherm flash ulituk distilasi cairan ABE, digunakan metoda Golden
Section yang mempakan modifikasi dari rnetoda penelusuran Fibonacci. Metoda
Golden Section dapat memberikan penyelesaian optimal untuk kasus-kasus
nonlinier khususnya untuk fungsi dengan satu peubah tanpa adanya kendala
(Philips et al., 1976).
Penentuan suhu evaporasi optimal untuk operasi distilasi didasarkan atas
komponen tertentu yang menjadi produk utama.

Dalam pernisahan ABE

IV. RANCANG BANGUN MODEL DISTILASI ISOTHERM FLASH
UNTUK DISTILASI ABE

Model yang dirancang dinamakan MODIS (Model Distilasi), dimana model
tersebut terdiri atas empat inodul, yaitu File, Inforniasi, Struktur, dan Keluar.
Modul File m e ~ p a k a nbagian utama dari Model Distilasi. Modul-modul tersebut
rnengandung beberapa submodul dan submodul-submodul tersebut terdiri atas
beberapa sub-submodul.
Model yang dirancang didasarkan atas studi pustaka. Model distilasi yang
digunakan adalah model distilasi isothermflash dengan proses berjalan secara curah.
Penyusunan model didasarkm atas kesetimbangan massa yang terjadi pada masingmasing proses (evaporasi, distilasi).

A. OITIMASI SUHU E V A P O W
Terdapat berbagai metoda yang dapat digunakan dalam proses optimasi.
Dalam penentuan suhu evaporasi yang paling optimal dalam proses distilasi tipe

batch isotherm flash ulituk distilasi cairan ABE, digunakan metoda Golden
Section yang mempakan modifikasi dari rnetoda penelusuran Fibonacci. Metoda
Golden Section dapat memberikan penyelesaian optimal untuk kasus-kasus
nonlinier khususnya untuk fungsi dengan satu peubah tanpa adanya kendala
(Philips et al., 1976).
Penentuan suhu evaporasi optimal untuk operasi distilasi didasarkan atas
komponen tertentu yang menjadi produk utama.

Dalam pernisahan ABE