Rancangan Unit Pembuatan Bioetanol dengan Bahan Baku Kulit Durian

  LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN L1.1 DATA KALIBRASI SUHU TANGKI DISTILASI

  86

  75

  45

  53

  78

  50

  56

  81

  55

  59

  83

  60

  61

  65

  40

  64

  88

  70

  66

  91

  75

  71

  91 80 73,5

  92

  85

  76

  93 90 79,5

  94 L1.2 DATA PERCOBAAN HASIL FERMENTASI DAN DISTILASI Tabel L1.2 Data Percobaan Hasil Fermentasi dan Distilasi

  50

  70

  Tabel L1.1 Data Kalibrasi Suhu Tangki Distilasi Waktu

  33

  (Menit) T Termometer

  (

  o

  C) T Panel

  (

  o

  C)

  33

  29

  5

  33

  36

  10

  44

  47

  15

  35

  50

  20

  38

  55

  25

  41

  60

  30

  44

  64

  35

  Proses Volume (ml) Kadar Etanol (%) Fermentasi 50.000 8,98% Distilasi 1.050 74,96%

  

LAMPIRAN 2

PERHITUNGAN

L2.1 DASAR PEMILIHAN UKURAN PLANT

• Ketersediaan Bahan Baku

  Bahan baku dari pembuatan bioetanol ini adalah kulit durian. Kulit durian diambil dari penjual durian yang berada di daerah Medan, Sumatera Utara, salah satunya adalah Ucok Durian. Dalam satu hari, durian yang terjual di Ucok Durian mencapai 1000 buah. Dari literatur diperoleh bahwa kandungan daging buah durian terdiri dari 20-35% daging buah, 5-15% biji dan 60-75% kulit durian dalam satu buah durian [20]. Sedangkan berat durian per buahnya rata-rata 1,5-3 kg [50]. Perhitungan jumlah kulit durian yang dihasilkan per hari: Kulit durian = 1000 buah × 0,60 /buah × 2 kg/buah = 1200 kg / hari Jumlah kulit durian yang tersedia setiap harinya adalah 1200 kg / hari.

  Sehingga sangat potensial untuk dijadikan bahan baku bioetanol. Dalam penelitian ini akan dirancang peralatan unit pembuatan bioetanol dengan satu siklus pembuatan bioetanol diperlukan 100 kg kulit durian.

• Perhitungan Kapasitas Proses

  Dari percobaan laboratorium yang telah dilakukan diperoleh:

  3 Densitas larutan kulit durian = 1013,6 kg/m

• Perhitungan volume kebutuhan tangki:
• 3

  3 100

  = = 0,09865 m = 98,685 dm = 98,685 liter ≅ 100 liter

  1013,6 / 3

  Dari hasil perhitungan untuk kapasitas proses 100 kg per siklus pembuatan bioetanol diperlukan volume tangki lebih kurang sekitar 100 liter. Jadi akan dirancang unit pembuatan bioetanol yang terdiri dari peralatan pre-treatment,

  L2.2 PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN L2.2.1 Peralatan Pre-Treatment

  L2.2.1.1 Tangki Pemasak Awal Fungsi : Untuk pemasakan awal kulit durian sehingga menjadi lebih lunak dan mudah untuk dihaluskan Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan : Carbon steel SA-285 Grade C Jumlah : 1 unit

  o

  Kondisi operasi : Temperatur (T) = 100 C Tekanan (P) = 1 atm a. Volume Tangki

  Diinginkan membuat tangki pemasak awal dengan kapasitas proses 100 liter

  3

  = 100 dm Faktor kelonggaran = 20% [50]

  

3

Volume tangki, V T = (1+0,2) × 100 dm

  3

  = 1,2 × 100 dm

  3

  = 120 dm Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H : D ) = 3 : 2

  s t

  2 Volume silinder (V s ) = π/4.D t .H s

  3 V = s

  π 3

  8 Tinggi head (H h ) = ¼ × D, dimana D = D t [45]

  3 Volume tutup (V h ) = 0,1309 D

  V = V + V

  T s h

  3

  3

  = (3 π/8. D t ) + (0,1309.D )

  3

  3

  = (1,1775. D ) × (0,1309. D )

  t t

  3

  × D

  V T = 1,3084 t

  3

  3 120 Vt

  Diameter tangki, D t = = = 4,510 dm = 45,10 cm = 17,756 � �

  1,3084 1,3084

  in Diameter tutup, D = D t = 4,510 dm = 45,10 cm = 17,756 in

  Tinggi tutup, H h = 1/4 × D = 1/4 × 4,510 dm = 1,128 dm = 11,28 cm = 4,438 in

  Tinggi tangki, H T = H s + 2.H h = 9,021 dm = 90,21 cm = 35,516 in b. Tekanan Desain

  Tinggi cairan dalam tangki =

  volume bahan dalam tangki x tinggi tangki volume tangki

  =

  100 × 9,021 120

  = 7,518 dm = 0,7518 m Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki

  = 995,68 × 9,8 ×x 0,7518 = 7335,812 Pa = 1,064 psia

  Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia Faktor keamanan tekanan = 20% Maka, P desain = (1+0,2) × (1,064 + 14,696)

  = 18,912 psia c. Tebal Dinding Tangki (Bagian Silinder)

  S = allowable stress = 13700 psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51] C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki = 10 tahun Tebal shell tangki: t =

  PD SE -0,6P

• nC t =

  18,912 psia x 17,756 in 13700.0,85-0,6.18,912

• 10 tahun × 0,01 in/tahun t = 0,128 in Maka tebal shell yang dibutuhkan =

  0,128 in d.

  Tebal Dinding Head (Tutup Tangki) S = allowable stress = 13700 psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51] C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki = 10 tahun Tebal shell tangki:

  PD t = + nC

  2SE-0,2P 18,912 psia × 17,756 in

  × 0,01 in/tahun t = + 10 tahun 18,912 psia) 2.13700.0,85 - 0,2.

  = 0,114 in t 0,114 in

  Maka tebal shell yang dibutuhkan = Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/8 in [46]

  L2.2.1.2 Perhitungan Daya Crusher Fungsi : Mengecilkan ukuran dan menghaluskan kulit durian Jenis : Rotary knife Bahan konstruksi : Baja karbon Jumlah : 1 unit Asumsi diameter awal bahan baku (kulit durian yang dipotong) = 30000 µm Diameter akhir = 2000 πm Dari tabel 12.2 Walas [43] diperoleh Wi untuk semua material = 13,81

  1

1 Dari persamaan W =10.Wi.( )

  −

  √ √

  Dimana: d = diameter akhir umpan d i = diameter awal umpan W = tegangan material

  i

  1

1 Maka, W=10.Wi.( ) = 2,283 kW / (ton/hari) = 3,061 hp

  −

  √2000 √30000 L2.2.1.3 Tangki Bertekanan (Tangki Hidrolisis) Fungsi : sebagai wadah untuk berlangsungnya proses liquid hot

  water atau proses hidrolisis berlangsung

  Jumlah : 1 unit Bahan : Carbon steel SA 283 Grade C Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Kondisi operasi : P = 304,05 kPa

  o

  T = 107 C a. Volume Tangki

  Diinginkan membuat tangki bertekanan (tangki hidrolisis) dengan kapasitas

  3

  proses 100 liter = 100 dm Faktor kelonggaran = 20% [50]

  3

  × 100 dm Volume tangki, V T = (1+0,2)

  

3

  × 100 dm = 1,2

  3

  = 120 dm Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H s : D t ) = 3 : 2

  2 Volume silinder (V s ) = π/4.D t .H s

  3 V s =

  π 3

  8

  × D, dimana D = D Tinggi head (H h ) = 1/4 t [45]

  3 Volume tutup (V ) = 0,1309 D h

  V T = V s + V h

  3

  3

  = (3 π/8. D t )+ (0,1309.D )

  3

  3

  = (1,1775. D t ) × (0,1309. D t )

3 V T = 1,3084 × D t

  3

  3 120 Vt

  Diameter tangki, D = = = 4,510 dm = 45,10 cm =

  t

  � �

  1,3084 1,3084

  17,756 in Diameter tutup, D = D t = 4,510 dm = 45,10 cm = 17,756 in Tinggi silinder, H s = 3/2 × D = 3/2 × 4,510 dm = 6,765 dm = 67,65 cm

  = 26,634 in Tebal Dinding Head (Tutup Tangki)

  Tinggi tangki, H T = H s + 2.H h = 9,021 dm = 90,21 cm = 35,516 in b. Tekanan Desain

  Tinggi cairan dalam tangki =

  volume bahan dalam tangki x tinggi tangki volume tangki

  =

  

100 × 9,021

120

  = 7,518 dm = 0,7518 m Tekanan hidrostatis = Densitas bahan x g x tinggi cairan dalam tangki

  = 995,68 × 9,8 × 0,7518

  = 7335,812 Pa = 1,064 psia

  Tekanan operasi = 304,05 kPa = 44,099 psia Faktor keamanan tekanan = 20% Maka, P desain = (1+0,2)

  × (1,064 + 44,099) = 54,196 psia c.

  Tebal Dinding Tangki (Bagian Silinder) S = allowable stress = 12650 psia [51] E = joint efficiency = 0,85 [51] C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki = 10 tahun Tebal shell tangki: t =

  PD (SE-0,6P)

• nC t =
• 10 tahun x 0,01 in/tahun t

C = faktor korosi = 0,01 in/tahun [51] n = umur tangki = 10 tahun Tebal shell tangki:

  54,196 psia x 17,756 in (12650 psia x 0,85 - 0,6 x 54,196 psia)

  = 0,186 in Maka tebal shell yang dibutuhkan =

  0,186 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in [46] d.

  PD t = + nC

  2SE-0,2P) 54,196 psia × 17,756 in t = + 10 tahun × 0,01 in/tahun

  2.12650.0,85 - 0,2. 54,196 t = 0,144 in 0,144 in

  Maka tebal shell yang dibutuhkan = Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in [46]

  L2.2.2 Fermentor

  Fungsi : sebagai wadah berlangsungnya fermentasi proses perubahan glukosa menjadi etanol Jumlah : 1 unit Bentuk : Tangki silinder

  o

  Kondisi proses : T = 27-30 C

  Tangki Fermentor

  Spesifikasi fermentor disesuaikan dengan standar spesifikasi dari fermentor [45]: H/ D t = 2 Volume kerja maksimum = 75-80%, minimum = 20%

2 V = .H

  π/4.D t Keterangan: V = Volume fermentor H = Tinggi fermentor D t = Diameter fermentor

  Diinginkan kapasitas proses 100 liter. Apabila dianggap volume kerja maksimum tangki fermentor 100 liter. Maka volume tangki yang akan dibangun: V = 100 liter/0,8 = 125 liter

  T

3 D t = = 43 cm

  �

  π

  H = 2.D t = 86 cm

  Pengaduk

  Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut [39]: D a : D t = 0,6-0,8 W : D a = 1/6 – 1/10 C : D = 1: 3

  a

  Pengaduk yang telah dirancang mempunyai spesifikasi: D = Diameter impeller = 30 cm

  a

  W = Lebar impeller = 3 cm C = Jarak pengaduk dari dasar tangki = 10 cm D t = Diameter tangki = 43 cm Maka, D a : D t = 30/43 = 0,71 (Telah sesuai standar) W : D a = 3 : 30 = 1/10 (Telah sesuai standar) C : D = 1: 3  C = D /3 = 30/3 = 10 cm

  a a Perhitungan Daya Motor pada Tangki Fermentor

  Jenis : Agitator paddle (2 bilah) Jumlah : 2 Kecepatan putaran : 155 rpm Efisiensi motor : 80% Dengan spesifikasi pengaduk yang sudah di rancang, sehingga dapat dihitung daya motor yang dibutuhkan:

• 3

  Viskositas = 3,468 cP = 3,468.10 kg/m.s

3 Densitas = 1013,6 kg/m

  Bilangan Reynold (N Re )

  2,58 × (0,30 )2 × 1013,6 × 2 × ρ

  = = 67865,61 N Re =

  µ 3,468.10−3

  Jadi, N Re = 67865,61, maka aliran termasuk aliran transisi, karena berada di

  

4

rentang N Re aliran transisi yaitu 10 dan 10 .

  Dari gambar 3.4.4 Geankoplis Hal 145 [39] diperoleh bahwa pada N Re = 67865,61, nilai N p = 4. Maka, N = =

  p 1013,6.2,53.0,145 ρ. 3. 5

  P = 3,407 J/s = 3,407 W = 0,0034 kW = 0,0046 hp Daya motor (P m ) = P/0,8 = 0,0046/0,8 = 0,0057 hp Maka dipakai motor dengan daya 1/8 hp

  L2.2.3 Tangki Distilasi

  Telah dirancang tangki distilasi dengan spesifikasi yang diperlihatkan pada tabel L2.1 Tabel L2.1 Spesifikasi Tangki Distilasi

  

Dimensi Besaran

  54 cm

• Tinggi tangki 48 cm
• Diameter tangki 9 cm
• Tinggi kerucut Perhitungan tangki distilasi dan tutup mengikuti standar [45]:

  −

  H h = � � × θ

  2

2 V s = π/4.D t .H s

  D = D

  t h

  H T = H s + H h Perhitungan volume tangki distilasi:

2 Volume tangki = π/4.D t .H s

  2

  = π/4 × (48) × 54

  3

  = 97666,56 cm

  3 Jadi, volume tangki distilasi adalah lebih kurang 100 liter. Hasil rancangan yang telah dibuat telah sesuai dengan kapasitas proses yang diinginkan. Sehingga rancangan ini dapat diterima.

  o

  Tutup tangki distilasi di desain dengan bentuk conical, dengan θ = 45 dengan persamaan [46]:

  −

  H =

  h

  � � × θ = 0,5 (48 − 0) × tan 45

  2

  = 24 cm Jadi, tinggi tutup (H h ) = 24 cm H T = H s + H h = 54 + 24 = 78 cm Maka, tinggi tangki keseluruhan adalah 78 cm

  L2.2.4 Tangki Air Pendingin

  Telah dirancang tangki air pendingin dengan spesifikasi yang ditampilkan pada tabel L2.2 Tabel L2.2 Spesifikasi Tangki Air Pendingin

  

Dimensi Besaran

  Tangki 66 cm

• Tinggi tangki 37 cm
• Diameter tangki Perhitungan volume tangki air pendingin:

2 Volume tangki = πr t

  2

  = 3,14 × (18,5) × 66

  3

  = 70927,89 cm

  3

  = 70,92789 dm = 70,92789 liter Jadi, volume tangki air pendingin adalah ± 70 liter.

  LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI

L3.1 BAHAN DASAR PEMBUATAN UNIT PEMBUATAN BIOETANOL

  Gambar L3.1 Kerangka Unit Pembuatan Bioetanol

  Gambar L3.3 Dasar Tangki Distilasi

  L3.2 Rangkaian Unit Pembuatan Bioetanol

  Gambar L3.5 Rangkaian Unit Pembuatan Bioetanol

  LAMPIRAN 4 HASIL LABORATORIUM

L4.1 HASIL ANALISIS KADAR BIOETANOL HASIL FERMENTASI

  Gambar L4.1 Hasil Pembacaan Kadar Bioetanol Hasil Fermentasi menggunakan GC

L4.2 HASIL ANALISIS KADAR BIOETANOL HASIL DISTILASI

  Gambar L4.2 Hasil Pembacaan Kadar Bioetanol Hasil Distilasi menggunakan GC