RANCANGAN PENDIRIAN PABRIK ALKOHOL DENGA

RANCANGAN PENDIRIAN PABRIK ALKOHOL DENGAN
KAPASITAS PRODUKSI 2,2 JUTA TON/TAHUN

Oleh :
KELOMPOK IV
BINTANG AYU K.

21030112120019

FANNY CHOIRUDIN

21030112140181

NADIA HAPSARI R.

21030112130097

MOCHAMMAD ARIEF A.

21030112130101

ARIANA AISA

21030112130102

RIRIANA AYU L.

21030112140180

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2013

i

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang
telah memberikan kekuatan iman dan kemudahan dalam segala urusan sehingga
dapat terselesaikannya tugas ini.

Penyusunan makalah dengan judul “Rancangan Pendirian Pabrik Alkohol
dengan Kapasitas Produksi 2,2 juta ton/tahun” ini dimaksudkan guna
menyelesaikan tugas mata kuliah proses industri kimia. Makalah ini memberi
gambaran utuh tentang perancangan pabrik alkohol. Beberapa aspek mendasar
yang perlu diketahui oleh para produsen alkohol, pemerintah, dan ilmuwan tersaji
dalam makalah ini. Makalah ini disusun tidak lepas dari bantuan, bimbingan, dan
petunjuk pembimbing serta berbagai pihak yang dengan penuh kesabaran,
keikhlasan, dan kebijaksanaan sehingga dapat terselesaikan penyusunan tugas ini.
Maka pada kesempatan ini ucapan terima kasih disampaikan kepada :
1.

Kepada kedua orang tua kami yang telah memberikan doa, biaya, arahan,
serta motivasi sampai penyelesaian karya tulis ini.

2.

Ir. Slamet Priyanto, M.S., selaku Dosen Mata kuliah Proses Industri Kimia.

3.

Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu
persatu.
Tak ada gading yang tak retak, demikian juga dengan makalah ini tentunya

masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu segala saran dan kritik yang
membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah
ini bermanfaat bagi para produsen alkohol, pemerintah dan ilmuwan serta tugas
ini menjadi awal kesuksesan penyusun dalam tahap selanjutnya.

Semarang,

September 2013

Penyusun

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................

i

KATA PENGANTAR .................................................................................

ii

DAFTAR ISI ................................................................................................

iii

DAFTAR TABEL ........................................................................................

iv

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................

v

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................

1

A. Latar Belakang ..........................................................................

1

B. Rumusan Masalah ....................................................................

5

C. Tujuan ....................................................................................

6

D. Manfaat ....................................................................................

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................

7

A. Rumus Molekul dan Rumus Bangun.........................................

7

B. Sifat Fisika dan Sifat Kimia ......................................................

9

C. Reaksi Pembentukan dan Kondisi Operasi ...............................

10

D. Manfaat ......................................................................................

11

BAB III PERANCANGAN PROSES ..........................................................

14

A. Diagram Alir Proses yang Dipilih ..............................................

14

B. Alat yang Digunakan .................................................................

19

C. Tinjauan Termodinamika ...........................................................

23

D. Tinjauan Kinetika .......................................................................

27

E. Kapasitas Produksi .....................................................................

29

BAB IV PERANCANGAN PABRIK ..........................................................

29

A. Kondisi Operasi Pabrik ..............................................................

29

B. Analisa Lokasi Pabrik ................................................................
BAB V PENUTUP .....................................................................................

31

A. Kesimpulan ................................................................................

31

B. Saran ..........................................................................................

33

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................

35

LAMPIRAN

36

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data Target Kapasitas Penyediaan Bioetanol di Indonesia .............

3

Tabel 2. Industri-industri Penghasil Bioetanol di Indonesia ........................

3

Tabel 3. Perkembangan Kebutuhan dan Suplai Etanol Indonesia (satuan
ton) ...................................................................................................

4

Tabel 4. Sifat Fisika pada Ethanol ....................................................................

9

Tabel 5. Suhu vs Konversi (Termodinamika) ...............................................

22

Tabel 6. Suhu vs nilai k vs Konversi (Kinetika) ...........................................

26

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Perkembangan Konsumsi Etanol Dunia (Berg. 2003) ................

2

Gambar 2. Rumus Struktur Alkohol Primer ................................................

7

Gambar 3. Rumus Struktur Alkohol Sekunder ............................................

8

Gambar 4. Rumus Struktur Alkohol Tersier ................................................

8

Gambar 5. Gugus fungsi hidroksil (OH) dalam sebuah molekul alkohol .....

8

Gambar 6. Model bola dan stik dari gugus fungsi hidroksil (OH)
dalam sebuah molekul alkohol ...................................................

8

Gambar 7. Batch Reactor .............................................................................

19

Gambar 8. Simbol Batch Fermenter ............................................................

20

Gambar 9. Batch Fermenter dalam Industri .................................................

20

Gambar 10. Tray Tower ...............................................................................

21

Gambar 11. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan
Termodinamika ..........................................................................

24

Gambar 12. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan
Kinetika .......................................................................................

26

Gambar 13. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan
Termodinamika dan Tinjauan Kinetika .....................................

26

Gambar 14. Grafik Produksi Etanol di Indonesia .........................................

39

Gambar 15. Grafik Target Produksi Etanol di Indonesia .............................

40

v

BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Alkohol yang dikenal juga sebagai etanol telah digunakan manusia
sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam minuman beralkohol.
Campuran dari (Bio)etanol yang mendekati kemurnian untuk pertama kali
ditemukan oleh Kimiawan Muslim yang mengembangkan proses distilasi pada
masa Kalifah Abbasid dengan peneliti yang terkenal waktu itu adalah Jabir
ibnu Hayyan (Geber), Al-Kindi (Alkindus) dan al-Razi (Rhazes). (Bio)etanol
absolute didapatkan pada tahun 1796 oleh Johann Tobias Lowitz, dengan
menggunakan distilasi saringan arang. Antoine Lavoisier menggambarkan
bahwa (Bio)etanol adalah senyawa yang terbentuk dari karbon, hydrogen dan
oksigen. Pada tahun 1808 Nicolas-Théodore de Saussure dapat menentukan
rumus kimia etanol. Lima puluh tahun kemudian (1858), Archibald Scott
Couper menerbitkan rumus bangun etanol. Dengan demikian etanol adalah
salah satu senyawa kimia yang pertama kali ditemukan rumus bangunnya.
Pada tahun 1840 etanol menjadi bahan bakar lampu di Amerika Serikat,
pada tahun 1880-an Henry Ford membuat mobil quadry cycle dan sejak tahun
1908 mobil Ford model T telah dapat menggunakan (bio)etanol sebagai bahan
bakarnya. Namun pada tahun 1920an bahan bakar dari petroleum yang
harganya lebih murah telah menjadi dominan menyebabkan etanol kurang
mendapatkan perhatian.
Saat ini, kebutuhan energi dunia masih didominasi oleh bahan bakar
fosil yang berasal dari minyak bumi, batu bara dan gas alam. Ketergantungan
dunia terhadap bahan bakar ini semakin besar. BP Statistical review of World
Energy melaporkan bahwa konsumsi energi dunia meningkat sebesar 4,3%
sepanjang tahun 2005. Jumlah tersebut merupakan peningkatan terbesar
terhadap energi primer.
Pemenuhan energi dari sektor terbarukan merupakan solusi efektif
untuk mengurangi ketergantungan dunia terhadap bahan bahan konvensional

1

(fosil). Penggunaan energi alternatif yang berbasis biomassa sangat strategis
dikembangkan di Indonesia. Selain terbarukan dan ramah lingkungan, bahan
baku energi ini mudah dijumpai di Indonesia.
Bioetanol sebagai salah satu sumber energi berbasis biomassa kini mendapat
perhatian yang besar. Bioetanol dengan kadar diatas 99,5% ini dicampur
dengan bensin yang selanjutnya disebut sebagai gasohol. Saat ini bioetanol
paling banyak digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor (92%)
sedangkan sisanya digunakan pada industri minuman, pelarut dan bahan kimia.
Peningkatan harga minyak mentah dunia saat ini yang menembus batas
psikologis USD103/barel pada awal tahun 2008 ini, kepedulian warga dunia
terhadap lingkungan serta peningkatan permintaan bahan bakar menyebabkan
kebutuhan terhadap bioetanol meningkat dengan sangat pesat.

35
30
25
20

Bahan bakar
Industri

15
10

Minuman

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1985

1980

5
0
1975

Volume, milyar liter

Perkembangan Konsumsi Etanol Dunia

Tahun

Gambar 1. Perkembangan Konsumsi Etanol Dunia (Berg. 2003)
Berdasarkan diagram di atas, dapat disimpulkan bahwa konsumsi
bioetanol dunia sekarang sudah lebih dari 30 milyar liter/tahun dan lebih dari
20 milyar liter per tahun di antaranya untuk bahan bakar (bandingkan dengan
konsumsi bensin Indonesia yang volumenya sekitar 15 milyar liter/tahun).
Produksi etanol dunia untuk etanol sebagai bahan bakar selama beberapa tahun
ini (2001-2006) diperkirakan akan meningkat sebesar 14 milyar liter untuk
mengimbangi kenaikan konsumsi etanol yang pada tahun 2005 saja akan
mencapai sekitar 70%.

2

Pemanfaatan bioetanol di Indonesia memiliki potensi yang sangat baik.
Sebagaimana diketahui bahwa bioetanol mempunyai nilai oktan yang lebih
tinggi dibandingkan dengan premium. Bioetanol apabila dicampur dengan
premium dapat meningkatkan nilai oktan, dimana nilai oktan untuk bioetanol
98% adalah sebesar 115, selain itu mengingat ethanol/bioetanol mengandung
30% oksigen, sehingga campuran ethanol/bioetanol dengan gasoline dapat
masuk katagorikan high octane gasoline (HOG), dimana campuran sebanyak
15% bioetanol setara dengan pertamax (RON 92) dan campuran sebanyak 24%
bioetanol setara dengan pertamax plus (RON 95).
Hal itu menunjukkan bahwa bioetanol dapat dimanfaatkan sebagai
aditif pengganti MTBE untuk meningkatkan efisiensi pembakaran dan
menghasilkan gas buang yang lebih bersih.
Tabel 1. Data Target Kapasitas Penyediaan Bioetanol di Indonesia

2005-2010

Kebutuhan Konsumsi
Premium
5%

2011-2015

10%

2,78 juta kL

2016-2025

20%

6,28 juta kL

Tahun

Target Produksi
1,48 juta kL

(Pusdatin ESDM, 2005)
Berdasarkan tabel di atas, untuk target kapasitas penyediaan bioetanol
di Indonesia semakin meningkat. Hal tersebut menunjukkan bahwa kebutuhan
terhadap bioetanol cukup besar. Di bawah ini akan ditampilkan industri –
indutri penghasil bioetanol yang ada di Indonesia.
Tabel 2. Industri-industri Penghasil Bioetanol di Indonesia

Molindo Raya Industri

Kapasitas Produksi
(liter/tahun)
50 juta

Lawang, Jatim

PTPN XI

7 juta

Jatiroto, Jatim

Indo Acidatama

45 juta

Solo, Jateng

Madu Baru

7 juta

Yogyakarta, DIY

PSA Palimanan

7 juta

Cirebon, Jabar

Nama Perusahaan

Lokasi

3

Japura Sarana Jaya

3,6 juta

Cirebon, Jabar

Indo Lampung Distilery

50 juta

Lampung

Permata Sakti

5 juta

Medan, Sumut

Molasindo

3,6 juta

Medan, Sumut

Basis Indah

5 juta

Makassar, Sulsel
(Hendroko, 2007)

Tabel 3. Perkembangan Kebutuhan dan Suplai Etanol Indonesia (satuan ton)
Tahun

Produksi

Ekspor

Impor

2003

36.455,545

3.017,91

60,08

2004

42.171,204

4.847,82

69,292

2005

40.814,71

7.831,01

122,303

2006

45.354,742

11.740,17

134,359

2007

48.154,742

14.294,803

260,053

2008

51.235,564

17.667,901

486,76

2009

54.786,903

21.344,21

720,984

2010

57.987,004

23.988,03

1085,08

2011

60.078,396

26.187.85

1273,91

(Pusdatin ESDM, 2012)
Berdasarkan data tabel 1, 2 dan 3, dapat diketahui kebutuhan bioetanol
yang sangat besar bila dibandingkan dengan produksi bioetanol yang sudah ada
di Indonesia. Oleh karena itu, berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan
maka didirikanlah pabrik bioetanol dengan kapasitas produksi 2,2 juta ton per
tahun (perhitungan terlampir).
Bioetanol biasanya diproduksi dari produk agrokultur seperti nira tebu
(sugar cane), singkong, nira bit dan jagung. Potensi jagung Indonesia sangat
besar dan memiliki multimanfaat. Selama ini jagung banyak dimanfaatkan
untuk pakan ternak. Konversi jagung menjadi etanol melibatkan beberapa
tahap meliputi tahap perlakuan awal (pretreatment), proses persiapan inokulum
untuk proses fermantasi guna menghasilkan etanol. Proses hidrolisis dapat
dilakukan menggunakan asam pekat, asam encer, konversi dengan enzim atau

4

kombinasi antara asam encer dan enzim. Saat ini, penelitian tentang
pengembangan proses produksi etanol dari jagung dalam skala industri tumbuh
pesat.
Bioetanol diyakini akan menjadi sumber energi pengganti bahan bakar
fosil (konvensional) di masa mendatang. Penggunaan jagung sebagai bahan
baku bioetanol diharapkan tidak mempengaruhi proses produksi pangan, jika
semua pihak bekerja sama dalam misi yang sama untuk mengurangi
ketergantungan terhadap impor BBM dan menjamin ketahanan energi nasional.
Oleh karena itu, perancangan pabrik pembuatan bioetanol dari jagung perlu
dilakukan

untuk

mengetahui

seberapa

besar

perkembangan

potensi

perkembangan industri ini di Indonesia.

B. Rumusan Masalah
Kebutuhan manusia akan tersedianya bahan bakar minyak semakin
meningkat, namun cadangan minyak untuk saat ini tidak mampu menutupi
kebutuhan

masyarakat

sepenuhnya.

Oleh

karena

itu

perlu

adanya

pengembangan sumber energi lain sebagai alternatif yang murah dan dapat
diperbaharui guna mengurangi ketergantungan BBM. Salah satu energi
alternatif untuk menunjang kebutuhan akan energi yaitu dengan mengkonversi
biomasa menjadi bioetanol.
Potensi jagung Indonesia sangat besar dan memiliki multimanfaat.
Selama ini jagung banyak dimanfaatkan untuk pakan ternak. Konversi jagung
menjadi etanol melibatkan beberapa tahap meliputi tahap perlakuan awal
(pretreatment) dan proses persiapan inokulum untuk proses fermentasi guna
menghasilkan etanol. Proses hidrolisis dapat dilakukan menggunakan asam
pekat, asam encer, konversi dengan enzim atau kombinasi antara asam encer
dan enzim. Saat ini, penelitian tentang pengembangan proses produksi etanol
dari jagung dalam skala industri tumbuh pesat.
Kebutuhan etanol dibandingkan dengan produksi yang sudah ada
tentunya tidak bisa memenuhi. Maka pembangunan pabrik etanol akan bernilai
ekonomi tinggi. Sejalan dengan rencana pembangunan pabrik bioetanol ini,

5

perlu diketahui bagaimana karakteristik dari etanol. Etanol yang termasuk
gugus alkohol ini memiliki rumus bangun dan rumus molekul. Selain itu, perlu
diketahui juga sifat fisika dan sifat kimia dari alkohol, sehingga dapat
mengetahui bagaimana kondisi operasi optimal pembuatan etanol dengan
konversi maksimalnya. Lalu ada pula cara-cara untuk mendapatkan alkohol itu
sendiri. Selain mengetahui apa saja karakteristik dari etanol, dapat pula
diketahui apa saja manfaat lain dari etanol yang berdayaguna untuk masyarakat
Indonesia.

C. Tujuan
1. Untuk mengetahui karakteristik alkohol dan cara pembuatannya.
2. Untuk mengetahui kondisi operasi optimal pembuatan alkohol dan
konversi maksimalnya.
3. Untuk mengetahui kegunaan alkohol dan peluang usahanya.
4. Untuk mengetahui kondisi operasi reaktor dan konversi maksimum dalam
pembuatan etanol.

D. Manfaat
1. Mahasiswa mengetahui karakteristik alkohol dan cara pembuatannya.
2. Mahasiswa mampu merancang pabrik alkohol sesuai kondisi operasi
optimal pembuatan alkohol dan konversi maksimalnya.
3. Untuk mengetahui kegunaan alkohol dan peluang usahanya.

6

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

A. Rumus Molekul dan Rumus Bangun
Dalam bidang kimia, alkohol adalah istilah

yang umum untuk

senyawa organik apapun yang memiliki gugus hidroksil(-OH) yang terikat
pada atom karbon, yang ia sendiri terikat pada atom hidrogen dan atau atom
karbon lainnya. Gugus fungsional alkohol adalah hidroksil yang terikat pada
karbon hibridisasi sp3. Ada tiga jenis utama alkohol–‘primer’, ‘skunder’, dan
‘tersier’. Etanol dan metanol adalah alkohol primer. Alkohol skunder yang
paling sederhana adalah propan-2-ol, dan alkohol tersier sederhana adalah 2metilpropan-2-ol. Rumus kimia umum alkohol adalah Cn H2n+1OH (Anonim,
2011).
Alkohol dapat dibagi berdasarkan dimana gugus –OH terikat pada
atom karbon, yaitu (Anonim, 2011):
1.

Alkohol primer
Alkohol primer (1°) adalah suatu alkohol dengan gugus hidroksil (–OH)
terikat pada atom karbon primer. Atom karbon primer adalah atom karbon
yang mengikat satu atom karbon lain. Alkohol primer mempunyai rumus
umum RCH2OH dimana R, R', dan R" melambangkan gugus alkil.

Gambar 2. Rumus Struktur Alkohol Primer

2.

Alkohol Sekunder
Alkohol sekunder (2°) adalah alkohol dengan gugus hidroksil (–OH)
terikat pada atom karbon sekunder. Atom karbon sekunder adalah atom

7

karbon yang mengikat dua atom karbon lain. Alkohol sekunder rumus
umumnya RR'CHOH dimana R, R', dan R"melambangkan gugus alkil.

Gambar 3. Rumus Struktur Alkohol Sekunder

3.

Alkohol tersier
Alkohol tersier (3°) adalah alkohol dengan gugus hidroksil (–OH) terikat
pada atom karbon tersier. Atom karbon tersier adalah atom karbon yang
mengikat tiga atom karbon lain. Alkohol tersier rumus umumnya
RR'R"COH dimana R, R', dan R" melambangkan gugus alkil.

Gambar 4. Rumus Struktur Alkohol Tersier

Berikut merupakan struktur bangun dari alkohol.

Gambar 5. Gugus fungsi
(OH) dalam sebuah molekul

Gambar 6. Model bola dan stik
gugus fungsi hidroksil(OH)
sebuah molekul

8

B. Sifat Fisika dan Sifat Kimia
1.

Sifat Fisika
Tabel 4. Sifat Fisika pada Ethanol

Sifat Fisika
1. Berat Molekul:
46.07 gr/mol

2. Warna: tidak
berwarna
3. Physical State:
Liquid
4. Physical Form:
Volatile Liquid
5. Bau: Enak
6. Titik Didih:
78.4°C
7. Titik Lebur:
-112°C

8. Tekanan Uap: 40
mmHg pada suhu
19°C
9. Spesific Grafity:
0.78920
4

Cara Ukur
Dengan menghitung massa
jenis, kemudian didapat
massa lalu dimasukan ke
dalam
persamaan
mol,
hingga ketemu jumlah Berat
Molekul. 1
Cara mengukur dengan
Destilasi 2
Proses konduksi dari logam
untuk penghantaran panas.
Pada alat ini terdapat dua
lubang di bagian atas yang
digunakan untuk menaruh
pipa kapiler dan termometer,
sementara dua
lubang
disamping digunakan untuk
mengamati keadaan padatan
yang akan berubah menjadi
cairan. 3
Dengan tekanan uap murni
dikalikan dengan fraksi mol.

Alat Ukur
Neraca

Indera
Penglihatan
Indera
Penglihatan
Indera
Penglihatan
Indera
Penciuman
Alat Destilasi
Melting Block

Manometer
Merkurium

4

Dengan
alkoholmeter
larutan. 5

mencelupkan
ke
dalam

Alkoholmeter/
meterlak

9

Sumber: 1 Wenny, 2012, 2 Isroi, 2009, 3 Linhofa, 2010, 4 Deswantika, 2013
5

2.

Feryanto, 2007

Sifat Kimia
a. Kelarutan dalam Air

: larut

b. Volatilitas

: 100%

c. Larut dalam

: benzena, ether, aseton, kloroform, metanol,
dan solven organik

Sumber : Perry, 1997

C. Reaksi Pembentukan dan Kondisi Operasi
Proses pembentukan etanol dari pati jagung berlangsung dalam tiga
tahap yaitu proses hidrolisa pati jagung menjadi dekstrin, proses konversi
dekstrin menjadi glukosa (sakarifikasi) keduanya merupakan reaksi enzimatis
dan proses fermentasi glukosa menjadi etanol. Reaksi hidolisa dengan enzim
bersifat endotermis (membutuhkan panas) dan ireversibel.
Reaksi yang terjadi pada proses hidrolisa pati dari jagung adalah :
a-amylase 85oC, 1 atm
[C6H10O5]n + nH2O
(pati)

[C6H10O5]n

(air)

...........(1)

(dekstrin)

Reaksi sakarifikasi jagung adalah sebagai berikut :
glukoamylase 65oC, 1 atm
[C6H10O5]n
(dekstrin)

C6H12O6 ...........(2)
(glukosa)

Reaksi fermentasi glukosa berlangsung pada kondisi anaerob.
Sedangkan untuk pertumbuhan inokulum berlangsung pada kondisi aerobik.
Reaksi berjalan di dalam fermentor dan bereaksi secara stokiometris dan untuk
menjaga agar pH tetap konstan digunakan larutan buffer NH3. Inokulum
ditambahkan 1% dari jumlah pati dan konversi reaksi glukosa sebesar 95%.
 Reaksi aerobik pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae

10

C6H12O6 + 2,28 O2 + 2,08 NH3  4 CH1,8N0,5O0,2+ 5,92 CO2 + 2 H2O Δ H= 1931,931 kJ ...(3)
(glukosa) (oksigen)

(amoniak)

(sel ragi) (karbondioksida) (air)
(Dunn, 2002)

Kondisi operasi : Temperatur inokulasi 300C, 1 atm
 Reaksi anaerob proses fermentasi glukosa menjadi etanol :

C6H12O6 + 0,05692 NH30,2846 CH1,8N0,5O0,2 + 1,9161 CO2 + 0,1393 H2O
+ 1,8996 C2H5OH + 8,77 × 10-7 C2H4O + 1,845 × 10-4 C3H8O + 1,7973 × 10-4
C4H10O + 6,2847 × 10-4 C5H12O Δ H= -72,4404 kJ /mol ...(4)
Kondisi operasi : Temperatur fermentasi 350C, 1 atm, waktu 48 jam, pH 4-5.

D. Manfaat
Alkohol memiliki berbagai manfaat, antara lain:
1.

Digunakan dalam pembuatan minuman beralkohol
Seseorang dengan konsentrasi alkohol dalam darah rendah kurang dari
0.3% dapat mencerna alkohol, dengan efek keracunan yang rendah.
Alkohol dihasilkan dari fermentasi gula alam dan tepung yang dihidrolisa.
(Anonim, 2012)

2.

Mengurangi resiko penyakit dan serangan jantung
Bila dikonsumsi dalam dosis rendah, alkohol dapat mengurangi tekanan
darah. Sebaliknya, ketika dikonsumsi berlebihan, alkohol memiliki efek
negatif pada tubuh. Alkohol membantu untuk membersihkan lemak dari
arteri dan mengurangi pembekuan darah. Hal ini dapat membatasi
kemungkinan penyakit dan serangan jantung.

3.

Sebagai pelarut dan reagen dalam skala lab dan industri
Etanol digunakan sebagai pelarut, karena toksisitasnya relatif rendah
dibandingkan dengan alkohol lain dan kemampuan untuk melarutkan zat
non-polar, etanol dapat digunakan sebagai pelarut pada obat-obatan medis,
parfum, dan esens nabati seperti vanili. Dan bisa melarutkan senyawa
organic yang tidak larut dalam air. Dalam sintesis organik, alkohol

11

berfungsi sebagai perantara serbaguna. (Clerk, 2007)
4.

Untuk mensintesis senyawa lain
Dalam industri metanol diubah menjadi formaldehid atau digunakan untuk
mensintesa bahan kimia lain. (Yusufat, 2012)

5.

Memperbanyak pertumbuhan tanaman dan Mengurangi kebutuhan air
Pada awal tahun 1990-an Arthur Nonomura, seorang ilmuan yang menjadi
petani melakukan riset yaitu menyemprot beberapa tumbuhan dengan
larutan metanol yang sangat encer. Tumbuhan yang disemprot tidak lagi
layu dan tumbuh lebih besar pada tingkat yang lebih cepat daripada
tumbuhan yang tidak disemprot. Akan tetapi metanol akan efektif dalam
kondisi panas atau terkena sinar matahari dan untuk tumbuhan kapas,
gandum, strawberi, melon dan mawar. Kegunaanya dapat terlihat jelas,
hasil tanaman lebih banyak dan lebih cepat, penggunaan air lebih efisien,
dan tidak diperlukannya pestisida. (Fauzy, 2012)

6.

Campuran dalam Bensin pengganti MTBE
Etanol dapat ditambahkan ke dalam bensin sebagai pengganti MTBE
(methyl tertiarybuthyl ether) yang sulit didegradasi sehingga mencemari
lingkungan.

Bensin yang ditambah etanol efisiensi pembakarannya

meningkat sehingga pembakarannya. Akibatnya akan mengurangi tingkat
pencemaran udara. Campuran bensin-etanol biasa diberi nama gasohol.
Gasohol E10 artinya campuran 10% etanol dan 90% bensin, gasohol dapat
digunakan pada semua tipe mobil yang menggunakan bahan bakar
bensin. (Fauzy, 2012)
7.

Sebagai antiseptik
Etanol dapat digunakan sebagai antiseptik untuk mendisinfeksi kulit
sebelum suntikan yang diberikan, sering bersama dengan yodium.
(Nawazir, 2012)

8.

Sebagai germisida alat-alat
Agen yang menghancurkan mikroorganisme, terutama organisme patogen
pada alat-alat. (Al-Jawi, 2006)

9.

Campuran bahan kosmetik (Yusufat, 2012)

12

10. Sebagai bahan baku (raw material) untuk membuat ratusan senyawa lain,
seperti asetaldehid, etil asetat, asam asetat, etilene dibromida, glycol, etil
klorida dan semua etil ester. (Yusufat, 2012)
11. Sebagai anti beku radiator mobil
Alkohol dapat digunakan sebagai anti beku pada radiator. Untuk
menambah penampilan mesin

pembakaran dalam, metanol

disuntikan kedalam mesin Turbocharger

dapat

dan Supercharger. Ini akan

mendinginkan masuknya udara kedalam pipa masuk, menyediakan
masuknya udara yang lebih padat.

13

BAB III
PERANCANGAN PROSES

A. Diagram Alir Proses yang Dipilih

Rancangan proses pembuatan etanol dari jagung ini terdiri dari empat
tahapan proses, yaitu tahap penyiapan inokulum, tahap pengolahan/perlakuan
awal bahan baku, tahap fermentasi, dan tahap pemurnian etanol. Pada proses
pembuatan etanol, dihasilkan pula limbah berupa air cucian, vinase/stillage,
dan lutter water. Pada saat ini pengolahan limbah belum dilakukan, namun
sedang dipikirkan cara untuk memanfaatkan limbah yang diperoleh atau
penanganannya sehingga tidak berbahaya ataupun merusak lingkungan.
1. Tahap Persiapan Saccharomyces cerevisae
Untuk memproduksi etanol secara fermentasi, digunakan biomassa
aktif, yaitu ragi Saccharomyces cerevisae yang disiapkan secara aerobik.
Saccharomyces cerevisae yang dipersiapkan tersebut dikembangkan terlebih
dahulu bibitnya dalam suatu media. Media merupakan suatu campuran
senyawa kimia yang berupa nutrien-nutrien yang dibutuhkan oleh biomassa
aktif untuk dapat tumbuh. Pada rancangan proses ini, media yang digunakan
adalah bubur jagung itu sendiri dengan tambahan nutrisi nitrogen dari
amoniak (NH3).

14

Pengembangbiakan biomassa aktif dilakukan pada biakan agar
miring yang biasa disebut liofilisasi. Langkah pertama, dengan teknik
aseptik, tabung reaksi yang berisi sekitar 10 cc air steril diinokulasikan
dengan kultur murni ragi untuk kemudian dituangkan pada media agar.
Setelah inkubasi selama beberapa hari pada temperatur 25-30oC (temperatur
optimum pertumbuhan ragi), kultur bisa digunakan sebagai bibit pada mash
steril. Sampai pada tahap persiapan starter ini, biasanya dilakukan di
laboratorium.
Untuk mempertahankan keaktifannya, stock culture ini diregenerasi
setelah disimpan beberapa waktu. Proses pengembangbiakan ini dilakukan
secara bertahap (empat tahap), dari skala bejana Erlenmeyer volume kecil
hingga skala bioreaktor dengan volume kerja yang besar. Peralihan dari
volume kecil ke volume yang lebih besar ditentukan oleh waktu berkaitan
dengan dengan laju pertumbuhan logaritmik biomassa. Aerasi sangat
dibutuhkan dalam persiapan starter sampai pembibitannya ke dalam
fermentor untuk menjaga keberadaan sel ragi pada jumlah minimum yang
dibutuhkan.
Tahap ini selalu berada di bawah pengawasan laboratorium,
termasuk penyeleksian strain ragi, penambahan nutrien, pH, temperatur,
serta pembersihan dan sterilisasi.
2. Tahap Pengolahan Awal Bahan Baku
Pengolahan awal terhadap bahan baku jagung bertujuan untuk
mengubah jagung menjadi glukosa yang siap digunakan sebagai substrat
pada proses fermentasi. Pada proses ini akan dilakukan treatment
pengolahan jagung sebelum dilakukan proses fermentasi menjadi etanol.
Tahap ini terdiri atas 4 (empat) langkah kerja yang dijabarkan sebagai
berikut:
a. Pembersihan
Langkah pertama adalah membuang pengotor. Jagung dicuci dengan
air. Kotoran yang terbawa air disaring sehingga air dipakai kembali

15

untuk mencuci bahan baku berikutnya. Jumlah kebutuhan air untuk
pencucian terhadap jagung yang akan dicuci adalah 4 : 1 (massa).
b. Penggilingan, Screening, dan Pembuburan
Langkah kedua adalah penggilingan jagung untuk menjadikan struktur
bahan baku supaya menjadi lebih halus (disebut tepung jagung).
Penggilingan ini menggunakan hammer mill sehingga menghasilkan
ukuran partikel sebesar 1-1,5 mm. Hammer mill dilengkapi dengan
screening untuk memperoleh tepung yang berukuran seragam. Tepung
oversize

dikembalikan

lagi

ke

aliran

recycle

dan

dilakukan

penggilingan ulang sehingga diperoleh ukuran yang lebih kecil (Roehr,
2001).
Setelah itu, tepung jagung dilarutkan dan dibuburkan dalam air
sebanyak 4,25 (kali) beratnya. Hal ini dilakukan untuk menurunkan
kekentalan/viskositas sehingga pengadukan lebih merata dan reaksi
enzimatik mudah terjadi.
c. Pemasakan (Cooking)
Langkah berikutnya, bubur jagung dipanaskan/dimasak dengan steam 2
bar untuk menghidrolisis pati yang dikandung dalam jagung (75%
minimum) menjadi amilosa dan amilopektin. Proses hidrolisis ini
terjadi pada temperatur 121oC selama15 menit dan menyebabkan
granula pati mengadsorbsi air, terurai, dan pecah. Prosesnya seperti
mengurai lilitan benang sehingga memanjang. Hal ini dilakukan untuk
mempermudah enzim memotong rantai hidrokarbon pati.
d. Hidrolisa pati
Langkah keempat, proses hidrolisa pati diselenggarakan. Enzim α amilase dan glukoamilase ditambahkan sebanyak 2% dari jumlah pati
untuk pada suhu 85oC selama 45 menit. Sebenarnya,

enzim yang

bekerja optimum pada temperatur ini adalah enzim α -amilase yang akan
menjadi katalis bagi reaksi hidrolisis dengan memutus ikatan α ,1-4
glikosidik di tengah-tengah molekul pati secara acak, hingga dihasilkan
dekstrin.

16

e. Sakarifikasi
Langkah kelima, enzim α -amilase dan glukoamilase ditambahkan
sebanyak 12% dari jumlah pati untuk pada suhu 60oC selama 15-20
menit. D Pada proses ini ditambahkan H2SO4 untuk membantu
memecah dekstin dan membuat kondisi asam dengan pH 5. Dekstrin
dipecah-pecah menjadi glukosa yang siap dikonsumsi mikroorganisme
dalam proses fermentasi. Jumlah glukosa yang dihasilkan sekitar 35%
dari jumlah pati. Enzim glukoamilase merupakan katalis bagi reaksi
hidrolisis dengan memutus ikatan α ,1-4 glikosidik dari amilosa pada
bagian ujung non pereduksi hingga terlepas menjadi monomer glukosa.
Enzim ini juga melepas ikatan α ,1-6 glikosidik.
3. Tahap Reaksi Fermentasi
Proses fermentasi yang diterapkan adalah proses batch (partaian).
Proses ini diawali dengan produksi biomassa aktif (inokulum) dalam sebuah
fermentor. Setelah volume fermentor telah terisi oleh medium (bubur
jagung) 90% dari volume keseluruhan, maka inokulum dialirkan kedalam
bejana. Hal ini dimaksudkan untuk kesempatan bagi biomassa aktif untuk
dapat tumbuh selama sisa waktu pengisian fermentor.
Glukosa yang diproduksi selama sakarifikasi akan dikonsumsi oleh
ragi, Saccharomyces cerevisiae yang kemudian akan menghasilkan etanol,
CO2, dan pada proses fermentasi dengan reaksi keseluruhan sebagaiberikut:
C6H12O6

yeast

2C2H5OH + 2 CO2 + Energi

(3)

Selama proses fermentasi berlangsung, dijaga konstan 32oC dengan
mengalirkan air pendingin melalui saluran atau alat penukar panas.
Pendinginan perlu dilakukan mengingat proses fermentasi ini berlangsung
secara eksotermik. Saat awal fermentasi, pH ditetapkan sekitar 4 – 5. Nilai
ini akan menurun dengan lambat selama proses fermentasi, dan dijaga untuk
tetap pada harga 4,0. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan buffer.
Waktu fermentasi etanol dari jagung oleh ragi adalah 24 jam.
Perolehan etanol terhadap glukosa adalah 0,4845 [Oura, 1977]. Produk

17

samping yang dihasilkan antara lain asetaldehid dan fusel oil. Untuk 5000
Liter etanol yang dihasilkan, jumlah asetaldehid yang dihasilkan sekitar 1
Liter, sedangkan fusel oil sebanyak 5 Liter. Dari stoikiometri reaksi,
perolehan sel ragi terhadap glukosa bertambah tidak lebih dari 10%.
Cairan hasil fermentasi terdiri atas produk etanol dan pengotornya
yang ditampung dalam sebuah bejana (holding tank/intermediate tank).
Pengotor tersebut berupa sel ragi, sisa glukosa, air, zat metabolit lain yang
diasumsikan sebagai zat inert. Langkah pertama yang dilakukan adalah
memisahkan sel ragi dan enzim dari larutan dengan menggunakan
mikrofiltrasi. Sel ragi dan enzim ini masuk kedalam pengolahan limbah
untuk dijadikan pakan ternak. Setelah itu, dialirkan ketahap pemurnian.
Asetaldehid sebagai zat yang paling volatil di-recovery pada kolom
pelucut (Flash Column). Tahap pemurnian selanjutnya adalah distilasi pada
tekanan atmosfer dalam (atmospheric distillation column). Larutan etanol
hasil fermentasi dimurnikan menjadi 95%-w/w etanol (azeotrop). Fusel oil
diambil sebagai draw off , sedangkan produk bawahnya adalah lutter water
yang kemudian masuk kepengolahan limbah. Etanol 95%-w/w ini kemudian
diumpankan ke unit pervaporasi membran, sehingga dihasilkan produk
etanol dengan kadar 99,9%.
4. Tahap Pemisahan dan Pemurnian
Pemisahan yang umum dilakukan untuk memisahkan etanol dari
larutan fermentasi adalah distilasi. Pemisahan dan pemurnian etanol
seringkali menjadi permasalahan tersendiri karena rendahnya konsentrasi
etanol dalam curah fermentasi dan tuntutan kemurnian etanol yang tinggi
agar dapat digunakan sebagai bahan bakar. Dengan demikian, proses
pemisahan dan pemurnian dapat dikategorikan sebagai proses yang
membutuhkan sejumlah besar energi. Agar proses distilasi dapat ekonomis,
maka konsentrasi etanol dalam larutan fermentasi harus lebih besar dari 5%volume. Campuran etanol-air membentuk azeotrop pada komposisi etanol
95% sehingga dehidrasi lebih lanjut untuk menghasilkan etanol fuel-grade

18

dengan kemurnian 99,9% sudah tidak dapat dilakukan. Untuk itu dilakukan
proses dehidrasi dengan distilasi atmosfer dan membran pervaporasi.
Membran pervaporasi merupakan proses pemisahan campuran caircair menggunakan membran, permeat mengalami perubahan fasa dari fasa
cair menjadi uap. Campuran azeotrop dapat dipisahkan dengan membran
pervaporasi karena pemisahan dengan pervaporasi tidak didasarkan pada
kesetimbangan uap-cair melainkan didasarkan pada perbedaan kelarutan
sebagai wujud interaksi antara komponen campuran dengan membran.
Membran yang biasa digunakan adalah membran tidak berpori (non-porous)
dimana material membran terbuat dari keramik dan bersifat hidrofilik.
Membran keramik lebih banyak digunakan daripada membran polimer
karena membran ini tahan terhadap temperatur tinggi. Gaya dorong (driving
force) pada pemisahan dengan membran pervaporasi adalah perbedaan
konsentrasi dan tekanan parsial diantara kedua sisi membran.

B. Alat yang Digunakan
1. Reaktor yang digunakan pada proses hidrolisa (Batch ideal reactor)
Reaktor batch, atau sering juga disebut sebagai reaktor tertutup adalah
suatu reactor di mana tidak aliran masuk maupun keluar selama reaksi
berlangsung. Reaktan dimasukkan sekaligus pada saat awal, kemudian hasil
reaksi diambil setelah jangka waktu tertentu (Isroi, 2008).

.
Gambar 7. Batch reactor
Beberapa keuntungan pengunaan operasi batch dalam skala besar
(skala industri) antara lain ; biaya intrumentasi rendah dan fleksibilitas

19

operasi baik. Untuk penggunaan skala industri reaktor batch mempunyai
beberapa kekurangan diantaranya (Irfani, 2007):
a. biaya penanganan dan tenaga kerja tinggi
b. seringkali memerlukan waktu yang panjang pada saat shut down
c. kontrol kualitas dari produk rendah
Kondisi optimum dari batch reaktor yaitu pada suhu 90oC dan waktu
proses 1 jam, dengan perbandingan 1:4 (1 bagian pati jagung : 4 bagian air)
(Muljadi, 2009)

2. Reaktor yang digunakan untuk fermentasi (Batch Fermentor)
Proses fermentasi meliputi (Irfani, 2007):
a. Fermentor diisi oleh nutrisi atau medium, suhu & pH di atur dan
disterilisasi
b. Inokulum dimasukan dan lakukan proses fermentasi hingga waktu yg
ditentukan
c. Proses sampai dengan fase akhir merupakan faselog/stasioner
d. Proses selanjutnya diulang
e. Tidak ada nutrisi yang ditambahkan

Gambar 9. Batch Fermenter dalam

20

Keuntungan penggunaan batch fermenter (Irfani, 2007):
a. Mikroorganisme tidakk hilang selama proses fermentasi
b. Mikroorganisme memiliki waktu untuk beradaptasi dan kecepatan
pembelahan maksimum
c. Biotransformasi

mikroorganisme

berjalan

dengan

baik

dengan

parameter lingkungan yang terkontrol
d. Mikrorganisme dapat lebih cepat atau lambat masuk ke fase stasioner
dan terakumulasi toksin saat nutrisi terbatas
Kondisi Optimum dari batch fermentor adalah pada suhu 30oC dengan
waktu proses ± 24 – 72 jam (Muljadi, 2009)

3. Reaktor yang digunakan untuk distilasi etanol air (Tray / Plate Column)
Bentuk sama dengan packed column tapi tidak mempunyai packing,
sebagai gantinya ada plate-plate yang berfungsi memperbesar kontak antar
komponen shg bisa dipisahkan menurut rapat jenisnya (Caesar, 2012).

Gambar 10. Tray Tower
Jumlah tahapan plate disusun berdasarkan (Caesar, 2012):
a. Tingginya kesulitan pemisahan zat yg akan dipisahkan
b. Perhitungan neraca massa dan kesetimbangan
21

Kondisi optimum dari menara distilasi adalah pada suhu reboiler 90°C
dan suhu reflux dijaga 75°C, dengan kadar alkohol berkisar 85% - 95%
(Muljadi, 2009)

C. Tinjauan Termodinamika
Reaksi anaerob proses fermentasi glukosa menjadi etanol adalah
sebagai berikut:
C6H12O6 + NH3

CH1,8N0,5O0,2 + CO2 + H2O + C2H5OH +
C2H4O + C3H8O + C4H10O + C5H12O

Δ Hofreaksi = Δ Hofproduk - Δ Hofreaktan
NilaiΔ Hfo (kJ/mol) :
C6H12O6

: - 1273,3

NH3

: - 28,847

CH1,8N0,5O0,2(selragi)

: - 91

CO2

: - 393,509

H2O

: - 285,83

C2H5OH

: - 277,6

C2H4O

: - 192,2

C3H8O

: - 302,6

C4H10O

: - 327,3

C5H12O

: - 351,6

C6H12O6 + 0,05692 NH3

0,2846 CH1,8N0,5O0,2 +1,9161 CO2 +

0,1393 H2O + 1,8996 C2H5OH + 8,77 × 10-7 C2H4O +1,845 × 10-4 C3H8O +
1,7973 × 10-4 C4H10O + 6,2847 × 10-4 C5H12O Δ H= -72,4404 kJ /mol ...(4)
Dengan demikian reaksi yang berlangsung adalah reaksi eksotermis
yang menghasilkan panas.
Dari tinjauan termodinamika dapat diketahui bahwa sifat reaksi
fermentasi glukosa menjadi etanol adalah eksotermis. Reaksi kimia yang
bersifat eksotermis akan menyebabkan suhu reaksi akan bertambah dari waktu

22

ke waktu dan menyebabkan konversi menjadi turun. Sehingga untuk
menangani sifat rekasi yang eksotermis ini diperlukan kontrol suhu yang ketat
agar diperoleh konversi yang efektif dan efisien. Salah satu cara untuk
mengontrol suhu adalah dengan memberikan cooler pada dinding reaktor yang
dapat berupa jaket pendingin atau aliaran air di sekitar dinding reaktor.
Reaksi bersifat dapat balik (reversible) dan searah (irreversible) dapat
ditentukan secara termodinamika, yaitu berdasarkan persamaan Van’t Hoff.
=

(Levenspiel, 1962)

Di mana : K = Konstantakesetimbanganreaksi

= panas reaksi

T = Temperature
Terlihat semakin tinggi suhu maka konversi yang didapat akan semakin
kecil. Ditinjau dari energy Gibbs (Δ Go)
o

=

o

o

produk -

reaktan

= - 227480
o

= - RT ln K

-227480 = - 8,314 x 298 x ln K
ln K = 91,82  K = 18,39 x 104
Dari perhitungan K di atas, diketahui bahwa harga K>1 sehingga
menunjukkan bahwa reaksi fermentasi glukosa menjadi etanol searah
(irreversible) maka kenaikan suhu kurang berpengaruh terhadap konstanta
kesetimbangan.
Berikut ini merupakan tabel suhu vs konversi berdasarkan tinjauan
termodinamika. Perhitungan terlampir.
Tabel 5. Suhu vs Konversi (Termodinamika)
T (suhu) K

Xa (Termodinamika)

343

0.99777

348

0.997766

353

0.997763

358

0.99776

363

0.997757

23

368

0.997744

373

0.997721

0,99778

Konversi (Xa)

0,99777
0,99776

Tinjauan
Termodinamika

0,99775
0,99774
0,99773
0,99772
0,99771

340

350

360

Suhu (K)

370

380

Grafik Hubungan Suhu vs Konversi
Gambar 11. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan
Termodinamika

D. Tinjauan Kinetika
Tinjauan kinetika pada reaktor fermentasi dapat diketahui dengan
persamaan Arrhenius:
=

Dari persamaan tersebut dapat dilihat bahwa semakin tinggi suhu maka
konstanta kecepatan reaksi akan semakin besar, sehingga laju reaksi akan
semakin cepat, karena semakin banyak molekul-molekul reaktan yang dapat
melampaui energy aktivasi (sehingga banyak juga yang bisa bereaksi)
Hubungan antara nilai konstanta reaksi (k) dengan konversi (Xa), dapat
diperoleh dari rumus sebagai berikut
=
−

=

(Levenspiel, 1999)

.
.

24

−

−

− ln

=

=
(1 −

− ln

− ln( ( 1 −
(1 −
(

.

.
)

=

)) =

.
.

) =

) = 1−

Nilai k di peroleh lalu dimasukkan dalam persamaan:
(

) = 1−

Berikut ini merupakan tabel suhu vs konversi berdasarkan tinjauan
kinetika dalam berbagai suhu dan berlangsung seama 3 jam (10800 detik).
Perhitungan terlampir.
Tabel 6. Suhu vs nilai k vs Konversi (Kinetika)
T (K)

k

Xa

343

0,000692

0,997433

348

0,000702

0,997493

353

0,000713

0,997547

358

0,000723

0,997595

363

0,000734

0,99763

368

0,000744

0,997677

373

0,000754

0,997741

25

0,9978

Konversi (Xa)

0,99775

0,9977

0,99765

Tinjauan
Kinetika

0,9976

0,99755

0,9975

0,99745

0,9974

340

350

360

Suhu (K)

370

380

Grafik Hubungan Suhu vs Konversi
Gambar 12. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan Kinetika
Berikut ini merupakan grafik hubungan suhu vs konversi antara
tinjauan termodinamika dengan tinjauan kinetika:
0,9978

Konversi (Xa)

0,99775

0,9977

Tinjauan
Kinetika

0,99765

0,9976

0,99755

Tinjauan
Termodina
mika

0,9975

0,99745

0,9974

340

345

350

355

360

Suhu (K)

365

370

375

Grafik Hubungan Suhu vs Konversi
Gambar 13. Grafik Hubungan Suhu vs Konversi menurut Tinjauan
Termodinamika dan Tinjauan Kinetika

Dari gambar grafik tersebut, dapat diketahui bahwa titik suhu optimal
pada 372 K (188,89°C) dengan konversi 99,7%. Harga k pada 372 K adalah
7,52 x 10-4 liter(mol)(menit).
26

Sedangkan pada kondisi operasi yang berdasarkan literatur, pabrik
bioetanol akan berjalan pada suhu 135°C dengan tekanan 1 atm. Jenis reaktor
yang digunakan adalah batch Reaktor dan didapat nilai konversi sebesar 90%.
Perbedaan kondisi operasi yang terjadi antara literatur dengan
perhitungan dapat disebabkan oleh konsentrasi bahan baku yang digunakan.
Semakin banyak bahan baku yang digunakan, semakin cepat pula kecepatan
reaksinya.

27

BAB IV
PERANCANGAN PABRIK

A. Kondisi Operasi Pabrik
Berdasarkan tinjauan termodinamika dan tinjauan kinetika yang bersumber dari
beberapa referensi dan hasil perhitungan, maka kondisi operasi pabrik etanol
yang akan dibuat adalah sebagai berikut:
•

Suhu Reaksi

: 188,89 °C (372 K)

•

Tekanan

: 1 atm

•

Jenis Reaktor

: Batch Bioreaktor

•

Nilai konversi

: 99.7%

•

Kapasitas Produksi

: 2,2 juta ton/tahun

B. Analisa Lokasi Pabrik
1. Ketersediaan bahan baku jagung
Gorontalo merupakan salah satu provinsi di dengan produksi jagung
tertinggi di Indonesia, dengan luas lahan panen jagung sebesar 1.248.621 ha
dengan produksi jagung per tahunnya adalah 5.071.544 ton, maka
memungkinkan untuk pengembangan pabrik etanol di daerah ini.
2. Pemasaran produk
Gorontalo merupakan daerah yang berada di Sulawesi bagian utara
dan dekat dengan pulau Kalimantan dapat dijadikan pelabuhan utama untuk
memasok etanol untuk daerah sekitarnya. Lokasi pabrik yang berdekatan
dengan pasar atau pusat distribusi akan mempengaruhi harga jual produk
dan lamanya waktu pengiriman. Produk etanol dapat dengan mudah
dipasarkan untuk memenuhi kebutuhan kawasan Indonesia Timur seperti
Manado, Makassar, Ambon, dan Papua serta daerah industri Kalimantan
yaitu Balikpapan.
3. Ketersediaan Air dan Listrik serta Utilitas Lainnya
Kebutuhan air diperoleh dari danau Limbotto sedangkan kebutuhan
listrik disuplai dari PLN menggunakan generator listrik.
28

4. Ketersediaan Tenaga
Lokasi pabrik berdekatan dengan pemukiman penduduk setempat
sehingga mempermudah perekrutan tenaga kerja. Selain itu, tingkat upah
masih rendah sehingga tidak memberatkan keuangan perusahaan.
5. Pembuangan limbah
Gorontalo merupakan daerah yang dekat dengan beberapa aliran
sungai yang bermuara di laut Sulawesi, yang akan mempermudah proses
pembuangan limbah cair pabrik (berupa air). Sedangkan ampas jagung
dimanfaatkan untuk pakan ternak.

29

BAB V
PENUTUP

A. Kesimpulan
Alkohol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai
bahan pemabuk dalam minuman beralkohol. Residu yang ditemukan pada
peninggalan keramik yang berumur 9000 tahun dari China bagian utara
menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan oleh manusia
prasejarah dari masa Neolitik.
Campuran dari (Bio)etanol yang mendekati kemrunian untuk pertama
kali ditemukan oleh Kimiawan Muslim yang mengembangkan proses distilasi
pada masa Kalifah Abbasid dengan peneliti yang terkenal waktu itu adalah
Jabir ibnHayyan (Geber), Al-Kindi (Alkindus) dan al-Razi (Rhazes).
Etanol, disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau
alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak
berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam
kehidupan sehari-hari.
Manfaat dari alkohol adalah pembuatan minuman beralkohol,
mengurangi resiko penyakit dan serangan jantung, sebagai pelarut dan reagen
dalam skala lab dan industri, untuk mensintesis senyawa lain, memperbanyak
pertumbuhan tanaman dan Mengurangi kebutuhan air, campuran dalam bensin
pengganti MTBE, sebagai antiseptik, sebagai germisida alat-alat, campuran
bahan kosmetik, dan sebagai antibeku radiator mobil.
Salah satu manfaat dari etanol dapat juga digunakan sebagai bahan
bakar. Untuk memenuhi akan kebutuhan BBM berbahan fosil yang kian
menipis, maka diperlukan pengembangan sumber energi alternatif lain. Salah
satu energi alternatif untuk menunjang kebutuhan akan energi yaitu dengan
mengkonversi biomasa menjadi bioetanol. Dalam Proses pembuatan pabrik
Bioetanol ini akan menggunakan Jagung sebagai bahan baku yang
difermentasikan menggunakan Saccharomyces cerevisae. Rancangan proses
pembuatan etanol dari jagung ini terdiri dari empat tahapan proses, yaitu tahap
30

penyiapan inokulum, tahap pengolahan/perlakuan awal bahan baku, tahap
fermentasi, dan tahap pemurnian etanol.
Tahapan proses pembuatan etanol dari jagung, yaitu:
1. Tahap Persiapan Saccharomyces cerevisae
Untuk memproduksi etanol secara fermentasi, digunakan biomassa
aktif, yaitu ragi Saccharomyces cerevisae yang disiapkan secara aerobik.
Saccharomyces cerevisae yang dipersiapkan tersebut dikembangkan terlebih
dahulu bibitnya dalam suatu media. Tahap ini selalu berada di bawah
pengawasan laboratorium, termasuk penyeleksian strain ragi, penambahan
nutrien, pH, temperatur, serta pembersihan dan sterilisasi.
2. Tahap Pengolahan Awal Bahan Baku
Pengolahan awal terhadap bahan baku jagung bertujuan untuk
mengubah jagung menjadi glukosa yang siap digunakan sebagai substrat
pada proses fermentasi. Tahap ini dijabarkan dalam 5 langkah kerja:
Pembersihan; Penggilingan, Screening, dan Pembuburan; Pemasakan
(Cooking); Hidrolisa pati; Sakarifikasi.
3. Tahap Reaksi Fermentasi
Proses fermentasi yang diterapkan adalah proses batch (partaian).
Proses ini diawali dengan produksi biomassa aktif (inokulum) dalam sebuah
fermentor. Setelah volume fermentor telah terisi oleh medium (bubur
jagung) 90% dari volume keseluruhan, maka inokulum dialirkan kedalam
bejana. Hal ini dimaksudkan untuk kesempatan bagi biomassa aktif untuk
dapat tumbuh selama sisa waktu pengisian fermentor.
4. Tahap Pemisahan dan Pemurnian
Pemisahan yang umum dilakukan untuk memisahkan etanol dari
larutan fermentasi adalah distilasi. Pemisahan dan pemurnian etanol
seringkali menjadi permasalahan tersendiri karena rendahnya konsentrasi
etanol dalam curah fermentasi dan tuntutan kemurnian etanol yang tinggi
agar dapat digunakan sebagai bahan bakar.
Pada proses fermentasi glukosa menjadi etanol terjadi reaksi anaerob.
Dari tinjauan termodinamika dapat diketahui bahwa sifat reaksi adalah

31

eksotermis. Reaksi kimia yang bersifat eksotermis akan menyebabkan suhu
reaksi akan bertambah dari waktu ke waktu dan menyebabkan konversi
menjadi turun. Setalah dilakukan perhitungan K menggunakan persamaan
Van’t Hoff, diketahui bahwa didapat nilai K>1 sehingga menunjukan bahwa
reaksi fermentasi glukosa menjadi etanol searah (irreversible) maka kenaikan
suhu kurang berpengaruh terhadap konstanta kesetimbangan.
Selain diketahui tinjauan termodinamika untuk mengetahui sifat reaksi
tersebut, adapula tinjauan kinetika. Tinjauan kinetika dapat diketahui dengan
persamaan Arhenius, persamaan tersebut menunjukan bahwa semakin tinggi
suhu maka konstanta kecepatan reaksi akan semakin besar, sehingga laju reaksi
akan semakin cepat, karena semakin banyak molekul-molekul reaktan yang
dapat melampaui energy aktivasi (sehingga banyak juga yang bisa bereaksi).
Sehingga didapat nilai konversi sebesar 99.7 %.
Berdasarkan dari tinjauan termodinamika dan kinetika diperoleh
kondisi operasi pabrik. Pabrik ini akan berjalan pada suhu reaksi 188,89°C
serta tekanan 1 atm. Kemudian jenis reaktor yang digunakan yaitu batch
Bioreaktor dan didapat nilai konversi sebesar 99.7%. Kapasitas produksi pada
pabrik ini yaitu 2,2 juta ton/tahun. Produksi Bioetanol ini akan berada dilokasi
Gorontalo sebab hasil panen jagung yang melimpah, sehingga memungkinkan
didirikannya Pabrik Bioetanol.
Sedangkan pada kondisi operasi yang berdasarkan literatur, pabrik
bioetanol akan berjalan pada suhu 135°C dengan tekanan 1 atm. Jenis reaktor
yang digunakan adalah batch Reaktor dan didapat nilai konversi sebesar 90%.
Kapasitas produksi pada pabrik tersebut 1,9 juta ton/tahun.
Hal ini dapat disebabkan oleh konsentrasi bahan baku yang digunakan.
Semakin banyak bahan baku yang digunakan, semakin cepat pula kecepatan
reaksinya.

B. Saran
1. Pemerintah hendaknya memberikan kebijakan-kebijakan yang dapat
membantu pengembangan bioetanol di Indonesia demi mewujudkan

32

kemandirian energi dengan menggunakan energi yang terbarukan dan ramah
lingkungan.
2. Pemerintah hendaknya memberikan peluang bagi para ilmuwan dan peneliti
dalam pengembangan ide hingga terwujudnya bioetanol yang dapat
digunakan oleh masyarakkat secara luas.
3. Produsen

etanol

sebaiknya

dalam

melakukan

perancangan

pabrik

memperhatikan berbagai aspek, seperti lokasi didirikannya pabrik etanol
yang dapat men