BASIC DAN DETAIL DESIGN
TEKNOLOGI PROSES PEMBUATAN ETHANOL
Endro Wahyono, S. T., M. Eng
1. Pendahuluan
Etil alkohol atau yang sering dikenal juga dengan nama Etanol mempunyai rumus molekul CH3CH2OH biasanya digunakan sebagai zat pelarut (solvent), keperluan farmasi, bahan dasar pembuatan zat warna, cuka, bahan bakar dan masih banyak lagi. Pada proses perancangan kali ini kadar yang diinginkan minimal mencapai kadar 80%bw dengan harapan dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah. Standar tersebut dirancang untuk salah satu alternative menggantikan bahan bakar minyak tanah, yang saat ini sudah tidak disubsidi oleh pemerintah. Selain untuk menunjang program pemerintah tentang energi ramah lingkungan (energi baru terbarukan), maka ethanol sebagai salah satu energi alternative terbarukan mempunyai aspek yang sangat penting dan mempunyai prospek yang sangat baik serta menguntungkan.
Plant etanol dengan skala home industry sangat memungkinkan diterapkan masyarakat pedesaan dalam rangka pemberdayaan warga untuk memenuhi energinya. Dengan pemberdayaan tersebut diharapkan ketergantungan energi kepada pemerintah bias terkurangi. Penggunaan bioethanol kadar 80% dapat menggantikan penggunaan minyak tanah untuk kompor. Dan ini merupakan langkah yang positif dalam penggunaan energi terbarukan (ramah lingkungan). Salah satu proses pembuatan etanol dapat menggunakan bahan baku molases yang merupakan hasil samping dari pembuatan gula dari tebu. Bahan-bahan sekitar yang dapat digunakan untuk pembuatan bioethanol adalah :
Bahan baku Kandungan gula
minimal Data bahan Produk hasil, liter
Tetes 45%-55% berat 50% 250
Jagung 65%-70% berat 70% 350
Ubi kayu 25%-30% berat 30% 150
Ubi jalar 15%-20% berat 20% 100
Salak 15%-22% berat 20% 100
(Basis umpan 1 ton)
Dengan semakin banyaknya kebutuhan hidup manusia, maka kebutuhan akan sektor industri yang sedang berkembangpun semakin luas dan pesat diantaranya adalah dibidang industri kimia. Perkembangan sektor industri kimia perlu ditunjang oleh sumber daya alam sebagai bahan baku utama dan sumber daya manusia sebagai pelaksana, serta faktor finansial yang memadai. Untuk menunjang industri kecil menengah perlu adanya pemikiran kreatif dari elemen masyarakat guna bisa menerapkan teknologi tepat guna. Salah satu permasalahan nasional saat ini adalah adanya krisis energy dan seharusnya hal itu tidak akan terjadi di Negara kita yang notabene merupakan penghasil sumber energi baik terbarukan ataupun tidak. Alternative yang dapat dilakukan saat ini untuk dapat swasembada energi adalah memanfaatkan sebagian produk-produk pertanian untuk bisa diubah menjadi energi seperti limbah gula (tetes), salak afkir, jagung dan lain-lain. Contoh untuk dapat swasembada energi adalah memproduksi etanol untuk energi, dimana produk tersebut sudah tidak asing bagi masyarakat kita yang dikenal dengan Spiritus.
Produksi ethanol (alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut dalam air. Glukosa adalah sejenis gula yang termasuk monosakarida dengan rumus molekul C6H12O6. Sirup glukosa diperoleh dengan hidrolisis pati yang dilanjutkan dengan penetralan dan pemekatan sampai pada tingkat yang diinginkan.
Proses pertama dalam pembuatan pembuatan etanol adalah proses merubah pati menjadi glukosa. Diawali dengan proses liquifikasi yaitu proses reaksi hidrolisis pati yang bertujuan untuk memecah pati menjadi dekstrin. Proses ini merupakan proses yang paling menentukan dalam keberhasilan proses produksi. Untuk menguji keberhasilan proses ini dilakukan uji iod. Apabila timbul warna coklat maka proses liquifikasi berjalan optimal dan dilanjutkan ke proses sakarifikasi dan fermentasi, sedang bila timbul warna biru maka berarti pati belum terhidrolisis sepenuhnya sehingga perlu pemanasan lagi.
Reaksi yang terjadi pada proses liquifikasi adalah sebagai berikut :
(C6H10O5)n + ½n H2O ½ n C12H22O11
Pati air dekstrin
Proses sakarifikasi adalah proses reaksi hidrolisis pati menjadi glukosa lebih lanjut untuk mendapatkan target DE yang diinginkan. Reaksi yang terjadi pada proses sakarifikasi adalah sebagai berikut :
C12H22O11 + H2O 2 C6H12O6
dekstrin air glukosa
Produk glukosa selanjutnya dilakukan proses lagi agar menjadi etanol, adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Pada tahap ini proses fermentasi dengan menggunakan bantuan ragi (yeast). Reaksi yang dihasilkan bersifat eksotermis. Proses fermentasi dijalankan dalam reaktor (fermentor) pada suhu 30 0C, tekanan atmosferis (1 atm), pH 4,5 – 5,5 dengan lama proses fermentasi 48 jam. Selama proses reaksi berjalan digunakan pendingin air, dimana air pendingin dimasukkan dalam coil pendingin untuk menjaga agar suhu reaktor tetap.
2. Proses Produksi
Diagram alir proses pembuatan ethanol dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu:
1) Tahap Pretreatment
Pada tahap ini Bahan baku salak afkir dilakukan proses pencucian dan pengupasan. Selanjutnya diumpankan menuju Crusher untuk dihaluskan, dengan penambahan air dipisahkan pati terlarut dari ampasnya dengan menggunakan Filter Press. Produk cairan dari filter press akan dilakukan proses Hidrolisis. Sedangkan ampasnya dapt digunakan sebagai pakan ternak atau untuk memproduksi biogas.
2) Tahap Hidrolisis
Produk cairan ( filtrat ) hasil perasan akan dilakukan proses hidrolisis untuk merubah pati menjadi glukosa. Dari tangki penampung larutan dialirkan ke tangki pemasakan. Pada tahap pemasakan, larutan dipanaskan sampai suhu 95-96,5°C. Suhu tangki tetap dijaga 95-96,5oC berfungsi untuk memperpanjang waktu tinggal kerja enzim supaya efektif. Proses pemasakan dilakukan selama ± 2 jam dengan pengadukan terus-menerus. Kemudian dilakukan tes iod pada larutan yaitu tes yang dilakukan untuk mengetahui sudah sempurna tidaknya enzim dalam mengubah pati menjadi dekstrin sambil suhunya tetap dipertahankan 95-96,5°C dan diatur pHnya sesuai pH standar enzim liquozyme yaitu 5-6. Jika tes iod negatif berarti dalam larutan tidak ada kandungan amilumnya. Jika pada saat dilakukan tes iod, larutan berwarna coklat berarti tes iod negatif. Jika yang digunakan proses Enzimatis, Enzim yang digunakan adalah alfa-amilase pada tahap likuifikasi sedangkan tahap sakarifikasi digunakan enzim glukoamilase. Untuk per ton pati diperlukan enzym liquifaction (alfa-amilase sebanyak 1.15 kg dan enzim glukoamilase 0,85 kg). Dan apabila yang digunakan proses asam dapat menggunakan asam sulfat atau asam klorida (kebutuhan tiap tonnya 20 kg). Pada proses ini bahan baku akan dipanaskan secara langsung pada tungku pembakaran yang dirancang secara khusus dan dilengkapi dengan cerobong asap.
3) Tahap Pembibitan
Pada tahapan proses pembibitan dilakukan dengan membiakkan sel-sel Saccharomyces Cereviceae secara bertahap.
4) Tahap Fermentasi
Pada proses ini proses berlangsung secara anaerob, dengan jumlah tangki 2 buah dengan kapasitas 4000 liter. Sebelum digunakan tangki dibersihkan dengan air panas, setelah itu didinginkan. Langkah awal bahan baku glukosa murni 900 liter dan ditambahkan air dimasukkan kedalam tangki sebanyak 2900 liter dan ditambahkan bibit sebayak 200 liter. Analisa oBrix, pH dilakukan pada awal proses dimana oBrix awal sekitar 24-26 dan akir 11. Pada tahap ini bertujuan untuk mereaksikan glukosa yang merupakan produk dari hidrolisa dengan bantuan yeast membentuk etanol pada reaktor. Reaksi yang terjadi pada fase cair pada suhu 30oC tekanan 1 atm, menggunakan 2 buah reaktor batch berbentuk tangki silinder tegak, kondisi operasi isotermal, serta sifat reaksi eksotermis, irreversible. Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Selama proses reaksi berjalan digunakan pendingin air, dimana air pendingin dimasukkan dalam jaket pendingin untuk menjaga agar suhu reaktor tetap.
5) Tahap Pemurnian Produk
Produk dari fermentasi akan dilakukan proses purifikasi untuk mendapatkan kadar ethanol minimal 80% dengan proses distilasi. Pada proses ini akan dirancang satu unit peralatan pemisah sehingga akan diperoleh produk sesuai spesifikasi. Produk fermentasi akan ditampung pada pengumpan selanjutnya dipanaskan pada preheater dan dimasukkan kedalam boiler. Pada tahap awal dilkukan proses pelucutan etanol pada menara-01 selanjutnya diumpankan kedalam menara-02 dalam bentuk uap. Menara-02 berfungsi memisahkan produk etanol dengan air. Produk atas menara distilasi pada suhu 80oC berupa gas akan dikondensasikan pada kondensor (Cd-01). Hasil dari kondensasi akan ditampung sementara dalam akumulator untuk mencegah terjadinya surging (sentakan aliran). Selanjutnya hasil kondensasi akan ditampung sementara pada akumulator, kemudian cairan sebagian untuk refluk dan sebagian sebagai produk atas berupa etanol min 80%. Produk atas dialirkan menuju tangki produk etanol dan disimpan dalam tangki penyimpan produk dan siap dipasarkan. Produk bawah pada suhu 100oC berupa cairan akan panaskan pada reboiler yang berfungsi untuk menguapkan sebagian cairan dimana cairan yang teruapkan akan keatas dan yang tidak teruapkan akan mengalir overflow ke boiler dan dapat dialirkan menuju unit pengolahan limbah.
