BAHAN AJAR SISWA - TTP Digital Library materials X110/Teachers/2... · materi dari modul ini akan...
Transcript of BAHAN AJAR SISWA - TTP Digital Library materials X110/Teachers/2... · materi dari modul ini akan...
i
BAHAN AJAR SISWA
REKAYASA PERALATAN BIOETANOL
Disusun oleh:
Niamul Huda, ST., M.Pd Didi Kurniadi, S.Pd., M.Pd
Didukungi oleh:
TEACHING BIOMASS TECHNOLOGIES AT MEDIUM TECHNICAL SCHOOLS
Dikembangkan oleh:
ETC Foundation the Netherlands
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Mesin dan Teknik Industri/ TEDC Bandung Desember 2013
DIKLAT TEKNOLOGI BIOETANOL BAGI GURU SMK
i
KATA PENGANTAR
Modul ini dimaksudkan untuk memandu peserta pendidikan dan pelatihan
kompetensi untuk melaksanakan tugas kegiatan belajar di tempat diklat ataupun di
tempat masing-masing. Dengan demikian diharapkan setiap peserta diklat akan
berusaha untuk melatih diri memecahkan berbagai persoalan sesuai dengan tuntutan
kompetensi yang akan dipilih.
Di dalam buku modul ini diberikan kegiatan belajar, tugas- tugas dan tes formatif
dimana seluruh kegiatan tersebut diharapkan dikerjakan/dilakukan secara man-
diri/kelompok oleh setiap peserta diklat untuk melatih kemampuan dirinya dalam
memecahkan berbagai persoalan
Dalam pelaksanaanya seluruh kegiatan dilakukan oleh setiap peserta/siswa
dengan arahan Pembimbing/Instruktur yang ditugaskan, dan pada akhir diklat seluruh
materi dari modul ini akan diujikan secara mandiri untuk memenuhi tuntutan
kompetensi dan standar pekerjaan/perusahaan.
Materi pembelajaran atau bahan dari modul dan tugas-tugas ini diambil dari be-
berapa buku referensi yang dipilih dan juga buku referensi tersebut sebagai bahan
bacaan yang dianjurkan untuk memperkaya penguasaan kompetensi peserta diklat.
Diharapkan setiap peserta pelatihan setelah mempelajari dan melaksanakan
semua petunjuk dari modul ini secara tuntas, akan mempunyai kompetensi sesuai
dengan tuntutan pekerjaan sebagai tenaga pelaksana pemeliharaan Teknik Energi
Terbarukan.
Bandung, Maret 2014
Kepala PPPPTK BMTI,
Dr. Dedy H. Karwan, MM
NIP. 19560930 198103 1 003
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................... i
DAFTAR ISI ................................................................................................ ii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... iv
PETUNJUK PENGGUNAAN BAHAN AJAR SISWA ............................... v
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1
A. Latar Belakang ..................................................................................... 1
B. Deskripsi Bahan ajar siswa ............................................................... 1
C. Tujuan Pembelajaran .......................................................................... 1
D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok .................................................... 2
BAB II KEGIATAN PEMBELAJARAN ............................................................... 3
A. PROSES BIOETANOL ........................................................................ 3
1. Deskripsi Materi ............................................................................. 3
2. Indikator Keberhasilan ................................................................ 3
3. Uraian Materi dan Contoh Soal/ Penugasan....................................... 3
4. Latihan Soal dan Penugasan............................................................ 11
5. Rangkuman ..................................................................................... 12
6. Evaluasi Materi Pokok ............................................................... 12
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .................................................... 12
B. REKAYASA DAN FUNGSI PERALATAN BIOETANOL ...................... 13
1. Deskripsi Materia............................................................................... 13
2. Indikator Keberhasilan .............................................................. 13
3. Uraian dan contoh Soal/ Penugasan................................................. 13
4. Latihan Soal dan penugasan ............................................................ 50
5. Rangkuman ...................................................................................... 51
6. Evaluasi Materi Pokok ................................................................ 52
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ..................................................... 52
C. ALAT UKUR UJI BIOETANOL ............................................................. 53
1. Deskripsi Materi ............................................................................ 53
2. Indikator Keberhasilan ................................................................. 53
3. Uraian dan contoh Soal/ penugasan................................................... 53
4. Latihan Soal dan penugasan............................................................... 57
ii
5. Rangkuman ................................................................................... 58
6. Evaluasi Materi Pokok ............................................................. 59
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ................................................... 59
D. PERALATAN PEMANFAATAN BIOETANOL .................................... 60
1. Deskrispi Materi ........................................................................ 60
2. Indikator Keberhasilan ............................................................. 60
3. Uraian dan contoh Soal dan Penugasan ........................................ 60
4. Latihan Soal dan penugasan........................................................... 65
5. Rangkuman ................................................................................... 67
6. Evaluasi Materi Pokok ............................................................. 67
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ................................................. 68
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................... 70
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1. Prinsip kerja GC
Gambar 3.2. Prinsip kerja HPLC
Gambar 3.3. Proses pencampuran enzym
Gambar 3.4. Skala pada alkohol meter
Gambar 3.5. Mengukur kadar bioetanol
Gambar 4.1. Panci catering
Gambar 4.2. Kompor langsung tabung bioetanol
Gambar 4.3. Kompor tabung bioetanol terpisah
Gambar 4.4. Kompor bioetanol generasi 2
Gambar 4.5. Lidah api kompor bioetanol generasi 2
Gambar 4.6. Bioetanol sebagai bahan bakar minyak
Gambar 4.7. Zeolit
Gambar 4.8. Bioetanol direndam dengan zeolit
Gambar 4.9. Sterilisasi peralatan kesehatan
Gambar 4.10. Alat kesehatan dan sterilisasi
iv
PETUNJUK PENGGUNAAN BAHAN AJAR SISWA
1. Baca semua isi dan petunjuk pembelajaran bahan ajar siswa mulai halaman
judul hingga akhir bahan ajar siswa ini. Ikuti semua petunjuk pembelajaran yang
harus diikuti pada setiap Kegiatan Belajar
2. Belajar dan bekerjalah dengan penuh tanggung jawab dan sepenuh hati, baik
secara kelompok maupun individual sesuai dengan tugas yang diberikan.
3. Kerjakan semua tugas yang diberikan dan kumpulkan sebanyak mungkin
informasi yang dibutuhkan untuk meningkatkan pemahaman Anda terhadap
bahan ajar siswa ini.
4. Jagalah keselamatan dan keamanan kerja serta peralatan baik di kelas,
laboratorium maupun di lapangan.
5. Kompetensi yang dipelajari di dalam bahan ajar siswa ini merupakan kompetensi
minimal. Oleh karena itu disarankan siswa mampu belajar lebih optimal.
6. Laporkan semua pengelamana belajar yang diperoleh baik tertulis maupun lisan
sesuai dengan tugas setiap bahan ajar siswa.
1
BAB I
A. Latar Belakang
Sejak tahun 2005 pemerintah mulai memfokuskan lebih sistematis pada energi
terbarukan. Aplikasi energi terbarukan di Indonesia saat ini berlangsung di bidang
tenaga air, energi panas bumi, bio-energi, energi angin, energi surya, dan energi
pasang surut. Dalam Cetak Biru Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025 (2005)
menunjukkan bahwa ada pemanfaatan yang belum jelas dari sumber energi
terbarukan: kapasitas terpasang hanya sebagian kecil dari potensi sumber energi
terbarukan yang berbeda. Untuk Micro Hydro Power (MHP) ini adalah 18%, tetapi
untuk energi terbarukan lain bahkan jauh lebih rendah, Untuk aplikasi biomassa ini
hanya 0,6%.UU Energi Nomor 30 Tahun 2007 merupakan dasar hukum energi
kebijakan pasokan Indonesia untuk melayani kebutuhan energi nasional, prioritas
kebijakan pengembangan energi, kebijakan pemanfaatan sumber daya energi
nasional dan saham energi nasional. Hukum menyatakan bahwa setiap warga
negara Indonesia memiliki hak untuk mengakses sumber-sumber energi modern.
Dalam Visi Energi 25/25 arah kebijakan energi nasional diuraikan. Kebijakan ini
bertujuan untuk meningkatkan pemanfaatan energi terbarukan menjadi 25% dari
total pasokan energi pada tahun 2025. Visi menunjukkan pergeseran dari
konsentrasi pada pasokan energi fosil ke energi terbarukan, setidaknya di mana
harga biaya energi fosil yang lebih tinggi.
B. Deskripsi Bahan ajar siswa
Bahan ajar siswa ini membahas tentang proses bioetanol, rekayasa dan fungsi
peralatan bioetanol, alat ukur bioetanol dan peralatan pemanfaatan bioetanol.
C. Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini diharapkan peserta mampu :
o Menjelaskan pengertian bioetanol dan pemanfaatannya.
o Menjelaskan cara pembuatan bioetanol beserta bahan yang diperlukan.
o Menjelaskan proses bioetanol dari bahan baku singkong beserta peralatan
yang diperlukan untuk proses tersebut.
o Mendeskripsikan pengertian pengukuran bioetanol.
o Mendeskripsikan cara pengukuran bioetanol
2
o Menyebutkan alat pengukuran bioetanol
o Mengukur kadar bioetanol
o Mendeskripsikan macam-macam peralatan pemanfaatan bioetanol
o Mendeskripsikan cara kerja peralatan bioetanol
o Membuat salah satu peralatan pemanfaatan bioetanol
D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok
Proses Bioetanol
o Pengertian Bioetanol
o Sifat-sifat bioetanol
o Pembuatan alkohol
o Proses produksi bioetanol dari bahan baku singkong
Rekayasa dan fungsi Peralatan Bioetanol
o
Alat Ukur Uji Bioetanol
o Analisis dengan GC (Gas Chromatography)
o HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
o Metode enzym
o Hydrometer
Peralatan Pemanfaatan bioetanol
o Kompor bioetanol
o Bahan bakar bioetanol
o Pemeliharaan peralatan kesehatan
3
BAB II
A. PROSES BIOETANOL
1. Deskripsi materi.
Proses bioetanol membahas tentang pengertian bioetanol, sifat-sifat bioetanol, cara
pembuatan bioetanol dan proses pembuatan bioetanol dari bahan baku singkong.
2. Indikator keberhasilan
Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :
2.1. Menjelaskan pengertian bioetanol dan pemanfaatanya.
2.2. Menjelaskan cara pembuatan bioetanol beserta bahan yang diperlukan.
2.3. Menjelaskan proses bioetanol dari bahan baku singkong beserta peralatan
yang diperlukan untuk proses tersebut.
3. Uraian, contoh soal dan penugasan
3.1. Pengertian Bioetanol
Bioetanol / 'etanol' / Etil Alkohol adalah alkohol yang dibuat dengan fermentasi
gula, pati atau komponen bahan tanaman lain dengan menggunakan seperti ragi
Saccharomyces cerevisiae
Alkohol merupakan senyawa organik yang mengandung gugus hidroksida (-OH)
dan mempunyai rumus umum CnH2n+1OH. Dalam bidang industri, alkohol lebih
dikenal dengan nama etanol atau etil alkohol dengan rumus kimia C2H5OH. Etanol
termasuk alkohol primer yaitu alkohol yang gugus hidroksidanya terikat pada atom
karbon primer. Dalam perdagangan, alkohol murni umumnya mengandung 95%
C2H5OH dan 5% H2O yang dikenal dengan nama alkohol mutlak. Sedangkan untuk
memperoleh alkohol dengan kandungan etanol 100%, air dapat diikat dengan CaO
atau dengan penyulingan “azeotrop”.
3.2. Sifat-sifat bioetanol
Bioetanol mempunyai sifat fisik dan sifat kimia sebagai berikut:
3.2.1. Bioetanol mempunyai sifat fisik :
Mudah menguap
Mudah terbakar, jika terbakar menimbulkan api biru tanpa jelaga
4
Berbau spesifik (khas)
Cairannya tidak berwarna (jernih)
Larut dalam air, metal alkohol, eter, kloroform dan aseton
Tidak korosif
Sebagai pelarut organik yang baik
Mempunyai titik didih 78,4°C
Mempunyai titik beku – 11,25°C
3.2.2. Bioetanol mempunyai sifat kimia :
Alkohol bereaksi dengan asam karboksilat pada temperatur 140oC
membentuk ester.
Alkohol direaksikan dengan logam Na menghasilkan senyawa-senyawa
natrium alkanoat
5
Reaksi oksidasi
3.3. Pembuatan alkohol
Cara pembuatan alkohol ada dua macam, yaitu
3.3.1.Cara Sintetis
Pembuatan alkohol dengan cara sintetis yaitu dengan melakukan reaksi kimia
elementer (reaksi adisi dan pergantian).
Reaksi Grignard
Reaksi Grignard memberikan cara yang sangat baik untuk membuat alkohol yang
berkerangka karbon rumit.
Suatu Reaksi Grignard :
a) Dengan formaldehida menghasilkan suatu alkohol primer.
6
b) Dengan aldehida lain menghasilkan suatu alkohol sekunder.
c) Dengan keton menghasilkan suatu alkohol tersier.
Reduksi Senyawa Karbonil
Alkohol dapat dibuat dari senyawa karbonil dengan reaksi reduksi, dimana
atom-atom hidrogen ditambahkan kepada gugus karbonilnya. Misalnya,
reduksi suatu keton dengan hidrogenasi katalitik atau dengan suatu hidrida
7
logam menghasilkan suatu alkohol sekunder. Rendemen seringkali
90-100 persen.
O OH
CH3CCH3 CH3CHCH3
Aseton 2-propanol
Hidrasi Alkena
Bila suatu alkena diolah dengan air dan suatu asam kuat yang berperan
sebagai katalis, unsur-unsur H+ dan OH- mengadisi ikatan rangkap dalam suatu
reaksi hidrasi. Produknya adalah alkohol. Banyak alkohol, seperti ethanol
laboratorium dibuat secara komersial oleh hidrasi alkena.
CH2 CH2 + H2O CH3 CH2 OH
Etilena Air Etanol
3.3.2. Cara Fermentasi
Pembuatan alkohol dengan cara fermentasi yaitu dengan bantuan aktivitas mikroba
(merupakan cara konvensional yang sampai sekarang masih banyak dilakukan).
Proses fermentasi yang penting dan banyak dikembangkan dalam industri adalah
pembuatan etil alkohol (etanol) dengan menggunakan bahan yeast. Yeast yang
digunakan dalam industri alkohol adalah Saccaromyces Cereviceae. Yeast ini
bersifat anaerob. Yeast dalam pembuatan etanol berperan sebagai penghasil enzim
yang merupakan biokatalisator (katalis organik) yang mengubah gula menjadi
alkohol. Jenis bahan yang digunakan dalam pembuatan alkohol secara fermentasi
dapat dibagi menjadi tiga golongan, yaitu :
a. Bahan yang mengandung sakarosa atau sukrosa
Contoh bahan yang mengandung sakarosa atau sukrosa diantaranya
adalah gula tebu, gula bibit, air sari buah, tetes.
b. Bahan yang mengandung pati atau amilum
Contoh bahan yang mengandung pati atau amilum diantaranya adalah
singkong,jagung, beras, gandum, kentang, pati.
c. Bahan yang mengandung selulosa
Contoh bahan yang mengandung selulosa diantaranya adalah kayu.
NaBH2
H2O, H+
H+
8
3.3.2.1. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi
Faktor – faktor yang mempengaruhi proses fermentasi antara lain adalah
sebagai berikut :
a. Kadar gula
Hampir semua strain yeast dapat memfermentasikan glukosa, fruktosa,
sukrosa dan galaktosa. Kadar gula yang tepat akan meningkatkan efisiensi
fermentasi dimana kadar optimal untuk fermentasi yaitu 12-18%. Apabila
kadar gula terlalu pekat akan berakibat kurang baik terhadap pertumbuhan
yeast yang dalam hal ini juga akan mempengaruhi aktvitas enzim. Pada
konsentrasi substrat (gula) yang tinggi maka laju reaksinya akan lebih kecil.
Gula yang pekat tersebut dapat menghambat laju konversi menjadi produk
etanol. Dalam hal ini aktivitas enzimatik menurun pada konsetrasi yang tinggi
dan cenderung membentuk sisa gula yang tidak terpakai, disamping itu
waktu fermentasinya juga lebih lama. Begitu juga sebaliknya, apabila kadar
gula rendah ( dibawah kadar optimum ) maka kecepatan reaksi dan jumlah
yeast tidak sesuai dengan kadar gula yang terdapat dalam media tersebut.
b. Suhu
Suhu mempengaruhi proses fermentasi melalui 2 (dua) hal, yaitu :
- Secara langsung mempengaruhi aktivitas enzim.
- Secara tidak langsung mempengaruhi hasil alkohol karena adanya
penguapan.
Aktivitas yeast akan optimum pada suhu 19–24oC, dimana pada suhu
tersebut yeast terbentuk dalam jumlah yang banyak (fase logaritmik) dan
dapat beraktivitas secara optimal. Selama fermentasi temperatur akan terus
meningkat. Oleh karena itu penggunaan sistem pendinginan sangat
diperlukan untuk menstabilkan temperatur. Jika temperatur diatas 27oC,
etanol akan cepat menguap dan pertumbuhan bakteri akan tumbuh dengan
suburnya. Temperatur optimal pertumbuhan bakteri adalah pada suhu 30–40
oC.
c. Tekanan
Tekanan sangat mempengaruhi proses fermentasi. Jika tekanan terlalu tinggi
maka enzim akan mengalami denaturasi, sehingga yeast tidak aktif dan
proses fermentasi akan terhambat. Dalam hal ini jika tekanan terlalu tinggi
maka akan terjadi water activity, dimana bakteri akan tumbuh dengan optimal
9
dan proses fermentasi akan mengalami kegagalan karena konsentrasi etanol
yang dihasilkan akan sangat rendah sekali atau bahkan tidak akan terbentuk
etanol sama sekali atau dengan kata lain hanya menghasilkan air 100
persen.
d. pH
pH optimum untuk fermentasi adalah 4,5–5,5 dimana pada pH ini
pertumbuhan bakteri dapat dihambat. Pada umumnya mikrobia dapat tumbuh
pada pH 3–4. Tetapi untuk bakteri, pH optimumnya adalah pada pH 6,5–7,5.
Di luar range tersebut bakteri tidak dapat tumbuh dengan baik. Yeast dapat
hidup pada pH 2,5–8,5, tetapi pada proses fermentasi ini karena yang
diinginkan adalah aktivitas dari yeast maka pH optimum untuk fermentasi
adalah 4,5–5,5. Hal ini dimaksudkan agar aktivitas yeast tidak terganggu atau
bersaing dengan aktivitas bakteri.
e. Nutrisi ( unsur hara )
Umumnya yeast memerlukan unsur C, H, O, N, P, K, Mg dan Ca dalam
jumlah yang cukup besar. Sedangkan unsur lain seperti Fe dan Cu
dibutuhkan dalam jumlah yang kecil.
3.4. Proses produksi bioetanol dari bahan baku singkong.
3.4.1. Penghancur singkong
Penghancuran singkong melalui beberapa tahap, yaitu :
Pengupasan,
Pemarutan,
Pencampuran dengan air
Penyaringan singkong yang menghasilakan santan singkong.
3.4.2. Cooking (perebusan)
Adalah proses merebus bubur pati guna menguraikan zat pati dengan zat gula
dengan batuan enzim alpha-amilase
3.4.3. Sakarifikasi
Adalah proses perebusan dengan menggunakan enzim gluko-amilase yang
berfungsi memperbanyak zat gula yang ada
10
3.4.4. Fermentasi
Fermentasi adalah suatu proses biologis dimana gula (glukosa, fruktosa dan
sukrosa) diolah (tanpa oksigen atau tertutup rapat) menjadi energi seluler yang
menghasilkan etanol dan karbon dioksida
3.4.5. Penyulingan
Yang dimaksud penyulingan disini adalah, merebus bahan baku sampai titik
didih tertentu, sehingga menghasilkan uap, dimana uap tersebut kemudian
dialirkan ke tabung penyaring dan kemudian ke tabung pendingin yang akan
mengubah uap tadi menjadi cairan berupa alkohol.
3.4.6. Alat destilasi (penyuling).
Desain alat yang baik dan benar akan menentukan keberhasilan serta mutu yang
baik dari etanol yang dihasilkan.
3.4.7. Presisi dan akurasi
Setiap prosedur harus dijalankan dengan baik dan benar. Ketepatan
pengukuran dan akurasi peralatan akan mempengaruhi hasil maksimal.
Proses pembuatan bioetanol menggunakan bahan baku singkong
Preparasi
(Penambahan
Bahan bantu)
Fermentasi
Distilasi
Bioetanol
Bahan baku
singkong
penghancur Sakarifikas
i glukosa
11
4. Latihan Soal dan Penugasan
4.1. Bioetanol dapat mencapai 100% kandungan etanol dengan proses ....
a. Destilasi 3 kali
b. Azeotrop dengan CaO
c. Sakarifikasi dengan Enzym
d. Fermentasi tanpa oksigin
4.2. Bioetanol mempunyai sifat fisik yaitu:
a. Mudah menguap, mudah terbakar, berbau spesifik
b. Berwarna jernih, korosif, titik beku -11,25°C
c. Pelarut organik yang baik, larut dalam air, titik didih 93°C
d. Mudah menguap, korosif, titik didih 93°C
4.3. Alkohol mempunyai titik didih sebesar:
a. 74,5°C
b. 78,4°C
c. 93°C
d. 98°C
4.4. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi adalah :
a. Kadar gula, cahaya, tekanan, pH, Nutrisi
b. Kadar gula, cahaya, vakum, pH, Nutrisi
c. Kadar gula, suhu, vakum, pH, Nutrisi
d. Kadar gula, suhu, tekanan, pH, Nutrisi
4.5. Alat destilasi merupakan proses penyulingan yang bertujuan untuk...
a. Penguapan dan pengembunan air hasil fermentasi
b. Penguapan dan pengembunan etanol hasil fermentasi
c. Penguapan dan pengembunan air dan etanol hasil fermentasi
d. Memisahkan etanol dengan air hasil fermentasi
12
Penugasan:
Coba anda analisa :
1.Proses fermentasi yang menghasilkan kadar etanol kurang dari 5 %, apa
penyebab utamanya?
2. Hasil proses destilasi jika temperatur dibawah atau diatas titik didih etanol?
5. Rangkuman
Bioetanol / 'etanol' / Etil Alkohol adalah alkohol yang dibuat dengan fermentasi
gula, pati atau komponen bahan tanaman lain dengan menggunakan seperti ragi
Saccharomyces cerevisiae
Bioetanol mempunyai sifat fisik: mudah menguap, mudah terbakar, jika terbakar
menimbulkan api biru tanpa jelaga, berbau spesifik (khas), cairannya tidak
berwarna (jernih), larut dalam air, metal alkohol, eter, kloroform dan aseton, tidak
korosif, sebagai pelarut organik yang baik, mempunyai titik didih 78,4°C,
mempunyai titik beku – 11,25°C.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi adalah kadar gula, suhu,
tekanan, pH, Nutrisi.
Proses produksi bioetanol dari bahan baku zat pati (singkong) : penghancuran
singkong, perebusan, sakarifikasi, fermentasi, penyulingan, azeotrop.
6. Evaluasi Materi Pokok
6.1. Jelaskan proses pembuatan bioetanol dengan bahan baku singkong dengan
singkat dan berurutan!
6.2. Sebutkan peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan bioetanol
dengan bahan baku singkong.
6.3. Jelaskan komponen utama alat destilasi bioetanol beserta cara kerjanya.
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
Setelah anda mengerjakan latihan, tugas dan evaluasi dengan hasil :
Ada yang salah maka silahkan mempelajari ulang bab ini
Dan jika semua sudah benar silahkan meneruskan ke bab selanjutnya
13
B. REKAYASA DAN FUNGSI PERALATAN BIOETANOL
1. Deskripsi Materi
Rekayasa dan fungsi peralatan bioetanol membahas tentang desain dan
fungsi proses peralatan bioetanol.
2. Indikator Keberhasilan
Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :
2.1 Mendeskripsikan jenis-jenis peralatan bioetanol
2.2 Mendeskripsikan fungsi , proses dan cara kerja peralatan bioetanol
2.3 Mendeskripsikan desain peralatan proses produksi bioetanol
3. Uraian dan contoh Soal/ penugasan
Setelah semua aspek yang berkaitan dengan proses pengolahan bioetanol
dibahas secara rinci maka selanjutnya dibahas mengenai apa dan
bagaimana desain peralatan yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil
cairan bioetanol dengan kualitas yang baik berdasarkan tahapan proses
tertentu yang diolah melalui sistem rekayasa peralatan/teknologi. Pada
prinsipnya peralatan bioetanol adalah penggabungan antara metode
fermentasi, yaitu memanfaatkan mikroorganisme untuk mengubah bahan
baku berzat pati menjadi glokosa atau berzat gula dengan metode
penyulingan (destilasi), yaitu memisahkan kadar air dengan kadar
alkoholnya. Penggabungan kedua metode tersebut menjadi prinsip dasar
proses dan cara kerja peralatan yang dapat menghasilkan bioetanol, yang di
desain dengan konstruksi bentuk sesuai dengan sifat alamiah bahan
bakunya. Walaupun dengan menggunakan peralatan dan bahan sederhana,
apabila cara kerja dari alat tersebut sudah benar dengan melalui proses
(treatment) yang tepat, maka bioetanol yang dihasilkanpun akan memiliki
kualitas yang baik. Proses produksi bioetanol yang lebih banyak dibahas
pada kegiatan belajar ini adalah “batch process” pada sakala Usaha Kecil
Menengah (UKM) yang akan berbeda dengan proses “Continuous process”
pada skala produksi yang lebih besar (industry).
Walaupun dengan peralatan sederhana, bioetanol dapat diproses. Namun
ada beberapa persiapan yang harus dilakukan untuk mendapatkan hasil
yang maksimal. Sebagai tahap awal adalah pengelompokan jenis-jenis alat
yang akan digunakan (bahan baku berzat pati) sebagai berikut :
14
1. Jenis alat yang digunakan
a. Alat pemanasan, yaitu alat yang akan digunakan selama proses
persiapan sampai dengan pemanasan atau pemasakan bahan baku.
Alat persiapan berupa alat pengupas dan parutan singkong,
pemerasan dan penyaringan. Untuk bahan baku Nenas dilakukan
proses pemerasan dan penyaringan.
Tujuan Proses : Mengupas, memarut singkong yang telah
dibersihkan selanjutnya diakukan pemerasan dan penyaringan.
Proses:
Sejumlah singkong yang telah dibersihkan, dikupas kulit luar, kulit
arinya serta dicuci bersih (rasio berat singkong bruto berbanding liter
bioetanol sekitar 7 kg : 1 Liter) kemudian diparut dan hasil parutan
ditambah air tawar (liter) sebanding 100 % x berat bruto (kg). Jumlah
tersebut ditampung terlebih dahulu di dalam receiver drum plastic
(kapasitas 60/125/200 lt) serta diaduk secara merata, setelah
dilakukan proses pemerasan dan penyaringan. Kemudian sebelum
dituangkan ke dalam cooking drum dilakukan penakaran kapasitas
bubur singkong.
Desain peralatan proses persiapan :
Berikut ini gambar perlatan proses kupas dan cuci, mulai dari pisau
pengupas, dan bak penampung hasil singkong yang telah dikupas
dan penampung singkong yang telah dicuci, yang kemudian
dipotong-potong disesuaikan dengan bak mesin pemarut. Sebelum
diparut/dicacah sebaiknya singkong yang sudah bersih ditimbang
terlebih dahulu, untuk mengetahui berat singkong sebagai bahan
estimasi untuk produk etanol yang dihasilkan. Alat pemarut didesain
dengan kapasitas 200 kg/jam dengan motor lstrik AC 1 HP (746
Watt), 110/220 V, 7,3 A, 1500 rpm, atau disesuaikan dengan
kapasitas daya listrik terpasang. Dengan dimensi 500 mm x 400 mm
x (800 – 1500 mm). Dilengkapi dengan timbangan.
15
(a)
(b)
(c)
16
(d)
(e) (f)
(g)
Gb. 2.1 (a) Peralatan proses kupas dan cuci, (b) pisau pengupas (c)
peralatan parut, (d) peralatan penyaring, (e) alat penakar (f) drum
plastic (g) timbangan
Alat Hydrolisis berupa drum besi dilengkapi dengan temperature
gauge 3” dengan batas ukur 1500C, kompor, pompa/saluran untuk
memindahkan cairan panas, dan alat pengaduk. Alat hydrolysis ini
dapat di desain secara tersistem dan otomatis sesuai dengan fungsi
dan prinsip kerjanya, yaitu :
17
Tujuan Proses & Fungsi Alat :
a. Tujuan Proses, Pemecahan zat pati dan zat gula.
b. Fungsi alat, Memanaskan cairan dipertahankan pada
temperatur tertentu dan diaduk terus menerus.
Proses : Bubur singkong kita pindahkan ke cooking drum
(menggunakan pompa). Kemudian masukan enzyme Alpha Amilase
sambil terus diaduk rata dan dipanaskan sampai 900C lalu
dipertahankan pada suhu ini selama 30 menit. Setelah proses
hydrolysis ini selesai, pindahkan cairan panas tersebut ke dalam
Sacharifator drum guna proses selanjutnya.
Contoh : Berat singkong setelah ditimbang 35 kg, untuk proses
hydrolysis, berapakah jumlah Enzyme Alpha Amilase yang harus
dicampurkan?. Jumlahnya sebanyak 0,03% x berat singkong =
0,03% x 35 kg = 10,5 gram.
Desain peralatan proses Hydrolisis :
(a) (b) (c)
Gb. 2.2 (a) dan (b) Hydrolisis Cooking drum kapasitas 60
liter (dilengkapi alat pengaduk dan manometer gauge), (c)
kompor
Berdasarkan peralatan proses Hydrolisis di atas terdapat beberapa
peralatan dan material sebagai berikut:
(1). material cooking drum terbuat dari bahan baja stainless
(stainless Steel) dengan titik lebur 1500 s.d. 17000C dan tidak
18
mudah korosi, memiliki kekerasan dan ketahanan aus. Kapasitas
drum yang dibuat harus disesuaikan dengan kapasitas dan rasio
produksi bioetanol. Agar tidak ada cairan yang terbuang saat proses
bioetanol sebaiknya isikan cairan ke dalam drum sesuai dengan
ketentuan perbandingan isi/kapasitas tempat, isikan cairan kurang
lebih 80 s.d. 85 % kapasitas drum agar selama pemanasan cairan
tidak meluap dan terbuang.
(2) alat pengaduk otomatis yang digerakan dengan menggunakan
motor listrik. Terdapat dua jenis pilihan yaitu : motor listrik AC dan
DC. Berapakah kapasitas dayanya ?, kecepatan putarannya (rpm)..?
ini juga harus menjadi pertimbangan efisiensi pemakaian daya. Pada
desain peralatan yang telah dibuat digunakan motor induksi ½ HP
untuk putaran 750 rpm s.d. 1500 rpm. Dengan alasan motor induksi
memiliki efisiensi daya tinggi dan perawatan lebih mudah. Dianjurkan
adanya pengaturan speed motor pengaduk. Cairan yang semakin
pekat speed motor harus berkurang.
Contoh : Motor induksi 3 Fasa sebesar. P= 155 Watt, Slip = 2,25%,
I0= 160 mA, P0= 100/98 Watt, I1= 300 mA, U=380 V, Cos Ø1=0,85,
cos Ø0=0,74 Hitung Daya masuk (Pin). Dan daya keluaran motor
bersih (BHP). R1 = 253 ohm (diukur langsung). Ns=2800, nr= 2790.
Jawab:
A. Daya masuk (Pin)
𝑃𝑖𝑛 = √3 𝑈. 𝐼1 𝐶𝑜𝑠 Ø = √3 .380. (0,3).0,85= 167 Watt.
Rugi daya inti pada saat tanpa beban (P0)
𝑃0 = √3 𝑈. 𝐼0 𝐶𝑜𝑠 Ø0 = √3 .380. (0,16).0,74= 77,9 Watt
Rugi daya lilitan stator (Prcu)
Prcu = I12 R = 0,32. 253 = 22,77 Watt
Daya keluar Stator (P0s) = Daya masuk – rugi daya stator total
= 167 W – 100,67 W
= 66,33 W
Daya keluar motor kotor (P0k) = (1 – S). P
= (1 – 0,025). 66,33 W
= 67,4 Watt
19
B. Daya Bersih motor (BHP)
POB= Pok - Pt= 67,4 Watt
Pt= 0 (Tidak perlu pendinginan dengan kipas karena motornya
kecil).
Jadi energy yang diserap selama 60 menit (1 jam)
E = P x t = 67,4 Watt x 1 jam = 67,4 Watt.jam
(3). Thermometer gauge dengan batas ukur 1500C (range 0 – 150).
Thermometer gauge dipasang dengan socket stainless steel
diameter ½ “ pada titik tengah dari tinggi drum. Fungsinya untuk
memonitor panas bubur singkong agar tidak melebihi panas yang
ditentukan.
(4). Kompor gas/tungku
Tungku dengan dimensi disesuaikan dengan dasar drum (diameter
dan ketinggian kaki penyangga drum). Apabila bioetanol telah
diproduksi, maka penggunaan kompor LPG dapat diganti dengan
kompor bioetanol.
(5). Heat Exchanger
(6). Pompa manual atau Pipa saluran outlet dan control valve (man
atau auto) untuk mengalirkan cairan ke proses selanjutnya (Proses
Sacharifator). Dapat dipasang sebuah kran (valve) dari bahan anti
karat stainless steel atau kuningan .
Desain proses Hydrolisis secara semi otomatis :
1. Masukan bubur singkong (80 % kapasitas drum) ke dalam
cooking drum.
2. Kompor menyala dan alat pengaduk bekerja secara otomatis.
3. Setelah suhu mencapai 900C maka thermometer control
mengatur penyalaan api kompor agar mempertahankan suhu
tersebut selama 30 menit.
4. Setelah suhu 900C dipertahankan selama 30 menit timer bekerja
dan alarm berbunyi tanda proses hydrolysis selesai atau
membuka automatic valve saluran outlet untuk proses pengaliran
bahan ke drum sacharifikasi.
20
Catatan : Dalam mendesain peralatan tersebut tetap
mempertimbangankan nilai ekonomis dan kualitas proses
produksi bioetanol.
Alat Sacharifikasi, berupa drum besi dilengkapi dengan
temperature gauge 3” dengan range 0 – 1500C, kompor, heat
exchanger atau kipas angin (fan), pompa manual atau saluran
outlet yang dilengkapi control valve (manual atau automatic
control valve) untuk memindahkan cairan, dan adukan kayu.
Tujuan Proses & Fungsi Alat :
a. Tujuan Proses, Pemecahan Glucosa dan Etanol.
b. Fungsi Alat : Mempertahankan suhu cairan pada suhu tertentu
selama waktu tertentu setelah proses Hydrolisis.
Proses: Pada drum ini, turunkan suhu cairan sampai 600C dan
nyalakan kompor pemanas untuk mempertahankan panas pada
suhu 600C selama 3 (tiga) jam, sambil terus di aduk, kita
tambahkan Enzyme Betha Amilase. Kemudian pindahkan cairan
ke dalam mixer drum dan dinginkan cairan sampai pada suhu
ruangan (25 s.d 300C), menggunakan heat exchanger atau cara
manual menggunakan kipas (fan).
Contoh : Berat singkong setelah ditimbang 35 kg, untuk proses
sacharifikasi, berapakah jumlah Enzyme Betha Amilase yang harus
dicampurkan?. Jumlahnya sebanyak 0,02% x berat singkong =
0,02% x 35 kg = 7 gram.
Desain peralatan proses Sacharifikasi :
Gb. 2.3 Drum proses Sacharifikasi
21
Berdasarkan peralatan proses Sacharifikasi di atas terdapat
beberapa peralatan dan material sebagai berikut:
(1). material drum sacharifikasi terbuat dari bahan baja stainless
(stainless Steel) dengan titik lebur 1500 s.d. 17000C dan tidak
mudah korosi, memiliki kekerasan dan ketahanan aus. Kapasitas
drum yang dibuat harus disesuaikan dengan kapasitas dan rasio
produksi bioetanol.
(2) alat pengaduk otomatis yang digerakan dengan menggunakan
motor listrik. Terdapat dua jenis pilihan yaitu : motor listrik AC dan
DC.
(3). Thermometer gauge dengan batas ukur 1500C (range 0 – 150)
(4). Kompor gas
(5). Heat exchanger atau fan
(6). Pompa manual atau Pipa saluran outlet dan control valve (man
atau auto) untuk mengalirkan cairan ke proses selanjutnya (Proses
pendinginan suhu ruang di mixer drum).
Desain proses Sacharifikasi secara semi otomatis :
1. Cairan yang telah dipindahkan dari drum hydrolysis, didinginkan
dengan menggunakan heat exchanger atau fan hingga mencapai
suhu 600C dan dipertahankan pada suhu ini selama 3 jam.
2. Untuk mengatur pemanasan digunakan thermometer control yang
mengatur penyalaan api untuk mempertahankan suhu tersebut.
3. Setelah suhu 600C dipertahankan selama 3 jam timer bekerja dan
alarm berbunyi tanda proses Sacharifikasi selesai atau membuka
automatic valve saluran outlet untuk proses pengaliran bahan
cairan ke drum mixer untuk proses pendinginan suhu kamar.
Catatan : Dalam mendesain peralatan tersebut tetap
mempertimbangankan nilai ekonomis dan kualitas proses
produksi bioetanol.
Desain Heat Exchanger :
Unit Heat Excanger ini berfungsi sebagai pendingin, cara kerjanya
sebagai berikut:
22
Dengan memasukan cairan panas ke dalam pipa diameter (ø) = 12”
melalui inlet A, kemudian menyebar ke dalam pipa ø ½”,
pendistribusian cairan panas ke pipa-pipa kecil di dalam pipa besar
akan mempercepat pendinginan. Air tawar dialirkan ke dalam pipa ø
12 “ melalui inlet C dan kemudian akan merendam pipa-pipa kecil di
dalamnya.
Air yang merendam pipa-pipa kecil tersebut disirkulasi dengan
menggunakan pompa, air pendingin yang hangat akan keluar melalui
outlet D. Sirkulasi terus dijalankan selama cairan panas mengalir
melalui pipa-pipa kecil yang ada. Cairan panas dalam pipa-pipa kecil
akan keluar ke sisi ujung pipa besar yang lain melalui Outlet B.
Apabila pendinginan belum mencapai temperature yang di setting,
maka langkah proses di atas dapat diulangi sampai tercapai
temperature yang diinginkan.
Satu unit pompa air 250 Watt untuk mensirkulasi air tawar dalam
pipa ø 12 “, semakin baik sirkulasinya maka proses pendinginan
semakin cepat. Diperlukan satu buah tangki air kapasitas 300 – 500
liter untuk mensuplai air tawar dan sebagai cadangan ketika air
disirkulasikan.
Keterangan :
Jika alat Heat Exchanger ini belum ada dapat digunakan unit
kipas angin (fan) yang besar dengan ukuran daun kipas minimal
ø 500 mm. Dengan menaruh di atas drum dengan tujuan untuk
menghisap suhu panas di permukaan cairan.
Jika unit pompa air panas otomatis belum ada maka untuk
pemindahan cairan panas dapat digunakan satu unit pompa
manual (hand pump).
Pada desain peralatan yang ada digunakan satu unit Heat
Exchanger dengan Panjang, P = 2000 mm x ø 12 “ berisi pipa
stainless steel P = 1800 mm x ø ½ “ sepenuh lingkaran.
23
Gb. 2.4 Penampang tabung unit Heat Exchanger.
b. Peralatan proses fermentasi
Kata fermentasi berasal dari bahasa latin ferverve yang berarti
mendidih. Istilah fermentasi dulu dipakai untuk menyatakan
perubahan atau peruraian dari karbohidrat dengan pembuatan gas.
Keterangan yang bersifat ilmiah, pertama kali diberikan oleh ahli
kimia dari Perancis yang bernama Louis Pasteur, dimana fermentasi
adalah proses peruraian gula menjadi alkohol dan karboksida yang
disebabkan oleh aktifitas sel – sel yeast yang hidup dan berkembang
biak dalam cairan fermentasi tanpa pemberian udara. Pasteur juga
menjelaskan sel – sel yeast memperoleh energi dari hasil
pemecahan molekul – molekul gula dalam keadaan tanpa udara.
Dengan adanya pertumbuhan ragi akan lebih cepat, tetapi kondisi
gula menurun. Pasteur menunjukkan bahwa dengan adanya udara, 1
gram yeast hanya dapat memproses 4 – 10 gram gula, sedangkan
tanpa udara yeast dapat memproses 60 – 80 gram gula.
Keterangan Pasteur tersebut disempurnakan oleh Buchner, yang
memperlihatkan bahwa fermentasi dapat dijalankan dalam larutan
gula dengan menggunakan ekstrak dari sel – sel yeast yang telah
mati. Kemudian diketahui bahwa cairan ini mengandung zat aktif
24
yang mampu memecah molekul gula (diberi nama fermentasi)
bukanlah sel – sel yang hidup, melainkan enzim yang dihasilkannya.
Sekarang fermentasi berarti desimilasi anaerobik dari senyawa –
senyawa organik karena aktifitas mikroorganisme atau ekstrak dari
sel – sel tersebut. Umumnya kata fermentasi sekarang mencakup
juga aksi mikrobial yang terkontrol. Dengan arti yang lebih luas
fermentasi tidak hanya meliputi proses – proses desimilasi seperti
pembentukan alkohol, butanol-aseton, asam laktat dan lain – lain
tetapi juga industri produksi cuka, asam sitrat, enzim, penisilin dan
antibiotik lainnya, serta riboflavin dengan vitamin – vitamin.
Dalam proses fermentasi selalu melibatkan katalis enzim. Enzim
adalah katalisator atau biokatalisator yang dihasilkan oleh
mikroorganisme dan dapat mempercepat terjadinya reaksi kimia.
Katalis enzim sangat memegang peranan penting dalam proses
fermentasi.
Tujuan fermentasi : proses peruraian gula menjadi alkohol dan
karboksida yang disebabkan oleh aktifitas sel – sel yeast yang hidup
dan berkembang biak dalam cairan fermentasi tanpa pemberian
udara.
(1) Alat Persiapan Fermentasi
Alat persiapan fermentasi sederhana berupa drum plastik besar dan
drum plastik kecil , dan adukan kayu.
Proses persiapan fermentasi:
Setelah suhu cairan turun pada suhu ruangan maka dilakukan
pencampuran bahan-bahan. Mutlak untuk dilakukan test Tingkat
keasaman cairan agar berada pada tingkat keasaman antara 3,9
s.d 4. Apabila terlalu asam, dapat ditambahkan cairan basa (NaOH)
sesuai keperluan dan apabila terlalu basa dapat ditambahkan cairan
asam (HCL) sesuai keperluan.
1 7 14
(ASAM) (NETRAL) (BASA)
25
Persiapan lanjutan sebelum fermentasi adalah pencampuran cairan
dengan bahan berupa :
Pupuk Urea (Za)
Pupuk NPK
Keduanya diaduk rata
Untuk pencampuran Yeast (Ragi) dilakukan cara khusus
pembuatan biang sbb: pertama, sejumlah Yeast (0,065% dari
berat singkong) ditempatkan pada sebuah mangkok, kemudian
diberi air tawar hangat sekitar 400C dengan jumlah secukupnya,
dan aduklah sampai larut dan merata, kedua, cairan utama yang
telah dicampuri Pupuk Urea (ZA) dan Pupuk NPK, diambil
sekitar 10% dari jumlah cairan utama, kemudian campuri dengan
Yeast yang telah larut sebanyak pada langkah pertama,
kemudian aduk secara merata dan tempatkan pada sebuah
drum plastic yang sesuai, ditutup rapat kemudian diamkan
selama 24 (duapuluh empat) jam atau sekitar 1 hari 1 malam.
Setelah 24 jam campurkan kembali dengan cairan utama yang
ada dalam drum plastic besar, kemudian aduklah secara
perlahan dan merata.
Fermentasi dapat berjalan dengan baik apabila selama proses,
cairan tidak tercampur dengan udara, sehingga diperlukan
pemilihan drum plastik yang memiliki tutup kedap udara. Hal ini
juga akan membuat gas hasil fermentasi akan mengalir ke
tabung monitor melalui selang plastik yang ada. Kemudian
diperlukan satu buah drum plastic kecil ukuran 20 liter dengan
tutup yang kedap udara, untuk biang ragi.
Takaran zat-zat campuran:
Untuk menentukan banyaknya enzyme alpha amilase dalam
campuran proses hydrolysis, enzyme betha amylase dalam
proses sacharifikasi, yeast (ragi)/fermipan untuk biang, pupuk
Urea (ZA) dan NPK pada proses campuran persiapan
fermentasi, diukur dengan dengan menggunakan timbangan
digital analitik. Ditunjukkan berikut ini:
26
Gb. 2.5 Timbangan digital analitik
Gb. 2.6 Takaran bahan/zat campuran
Gb. 2.7 Enzyme alpha dan beta amylase
27
Gb. 2.8 campuran zat dalam gelas ukur
(2) Alat Fermentasi
Alat fermentasi sederhana berupa drum plastic besar yang
jumlahnya disesuaikan dengan keperluan desain dan botol plastic
kecil yang diisi air yang digunakan untuk memantau proses
permentasi yang akan diletakan pada setiap drum plastic yang ada.
Satu drum plastic ukuran 60/125/200 liter dan diisi cairan yang
telah siap di fermentasi. Pindahkan cairan yang sudah
dicampur zat-zat tambahan ke drum fermentasi ini, lalu tutup
yang rapat.
Satu buah botol plastic ukuran 600 ml (seperti botol air
mineral bening), kemudian gunakan selang plastic ukuran
kecil (ø 4 mm) sebagai penghubung antara proses fermentasi
cairan di dalam drum dengan botol monitor reaksi, dilubangi
melalui tutup drum. Jika proses fermentasi mulai berjalan, gas
CO2 yang dilepas oleh cairan fermentasi akan keluar dari
ujung selang yang terendam dalam air botol plastic sehingga
proses fermentasi dapat dimonitor melalui pengeluaran
gelembung gas CO2.
Pada tutup drum terdapat dua lubang (saluran), yaitu :
28
1. Lubang pengisian cairan untuk proses fermentasi.
2. Lubang untuk keluaran selang yang menghubungkan
cairan dalam drum ke saluran botol monitor, sambungan
selang harus rapat dan kedap.
Jika tidak ada drum dapat pula digantikan dengan jerigen
plastic dengan kapasitas 20 – 30 liter.
Gb. 2.8 Drum Fermentasi Gb. 2.9 Jerigen Fermentasi
Apabila proses fermentasi akan dilakukan secara berturut-turut, maka
jumlah drum yang digunakan akan lebih dari satu, untuk tujuan
efisiensi tempat maka drum ditempatkan secara bertumpuk. Untuk
saluran pengisian dan keluaran ke Broth Tank (Tangki evaporator)
dapat dipasang secara paralel, dengan susunan sbb:
29
Gambar 2.10 Susunan multidrum fermentasi (tampak atas)
Susunan multidrum fermentasi
Pipa saluran utama (saluran masuk) dengan ø 2”, digunakan untuk
pengisian cairan fermentasi, saluran tersebut dilengkapi kran ø 2”. Dibuka
ketika cairan masuk dan ditutup kembali ketika pengisian cairan selesai
Setiap drum plastic ukuran 60/125/200 ltr, dilengkapi dengan 2 buah kran
ø 2 “, untuk saluran pengisian dan keluaran.
Dibuatkan rangka besi siku ukuran kurang lebih 100mmx100mmx10mm
pada tiap sisi drum. Untuk menahan drum saat ditumpuk.
Letakan sebuah drum plastic kapasitas 60 ltr sebagai saringan di bawah
kran pengeluaran. Setelah cairan di saring, simpan pada drum plastik
penampung (Broth Tank) dengan kapasitas 1000 ltr dilengkapi dengan 2
buah kran ukuran ø 2 “. Broth Tank berisi cairan yang sudah difermentasi,
siap untuk dimasak kapan saja.
Pertanyaan:
Berapa persen kadar etanol hasil fermentasi yang siap untuk proses
distilasi.
SALURAN UTAMA
SALURAN KELUAR
FILTER
SALURAN KE BROTH TANK
30
Peralatan Distilasi (Penyulingan)
Distilasi adalah suatu metode operasi yang digunakan pada proses
pemisahan suatu komponen dari campurannya dengan menggunakan
panas sebagai tenaga pemisah berdasarkan titik didih masing-masing
komponen. Misalnya pemisahan air (100 oC) dan alkohol (78.4 oC),
pemisahan propane (-42 oC) dan propylene (-47 oC).
Prinsip Kerja Distilasi
Distilasi termasuk pemisahan menurut dasar operasi difusional.
Kecepatan perpindahan massa tergantung pada luas permukaan bidang atau
antara fase uap dengan fase cair yang saling mengadakan kontak. Oleh karena
itu, kesempatan kontak antara kedua fase tersebut harus besar sehingga
distribusi komposisi kedua fase sempurna dan akan mendapatkan effisiensi
pemisahan yang tinggi.
Prinsip kerja dari distilasi secara garis besarnya adalah dengan
memasukkan umpan ke dalam kolom distilasi yang sudah diatur tekanannya.
Umpan dipanaskan dengan steam yang dihasilkan oleh reboiler. Setelah tercapai
titik didihnya, maka akan terbentuk uap yang naik menuju ke puncak kolom
distilasi, sedangkan cairan akan menuju kebawah. Cairan akan mengadakan
kontak fase dengan gas sehingga terjadi transfer massa dan panas. Transfer
massa komponen ringan dengan titik didih rendah (mudah menguap) pada
cairan sehingga membentuk gas. Komponen gas dengan titik didih tinggi (sukar
menguap) yang ada dalam gas akan kembali menjadi cair. Secara keseluruhan
proses yang terjadi dalam kolom distilasi adalah pemisahan antara komponen
berat terhadap komponen ringan. Produk atas banyak mengandung komponen
ringan, sedangkan produk bawah banyak mengandung komponen berat. Cairan
bawah lebih dulu dimasukkan dalam reboiler kemudian ditambah panas atau
steam. Uap panas kembali ke kolom distilasi sedangkan cairan diambil sebagai
produk bawah. Uap dalam kolom menuju keatas sambil melepas panas yang
akhirnya keluar sebagai hasil puncak. Setelah keluar uap masuk kedalam
kondensor, di dalam kondensor sejumlah panas dilepas sehingga terjadi
pengembunan fase gas ke fase cair. Fase cair sebagian dimasukkan lagi
kedalam kolom distilasi sebagai refluk dan sebagian lagi sebagai hasil atas.
31
Pembagian Proses Distilasi
Berdasarkan penggunaan uapnya distilasi dibedakan menjadi dua cara, yaitu :
1. Distilasi menggunakan uap
Distilasi uap menggunakan panas sebagai sumber energi untuk proses distilasi
dengan cara open steam, dimana uap tersebut mengadakan kontak langsung di
dalam sistem distilasi baik pada proses batch maupun kontinyu. Pada umumnya
distilasi dilakukan dengan penambahan komponen inert seperti nitrogen,
karbondioksia, flue gas dan sebagainya. Uap dengan temperatur 85 – 125 oC
digunakan karena tingkat energinya tinggi ( besarnya H sebesar 1098,6 – 1115,7
BTU/lb), murah dan tersedia dalam jumlah yang relatif banyak.
Gambar 2.11 Distilasi dengan Menggunakan Uap
2. Distilasi menggunakan reboiler
Distilasi dengan menggunakan reboiler disebut dengan closed steam, dimana
alat penukar panas (reboiler) digunakan untuk memaksa kembalinya panas dan
uap pada hasil bawah fraksionator. Reboiler diletakkan pada bagian menara, hal
ini membuat luas permukaaan menjadi besar. Namun untuk membersihkannya
harus menghentikan operasi distilasi. Reboiler dipanaskan oleh steam pemanas.
Kolom
Distilasi
Bottom /waste
WasteWaste
Steam
Feed
Refluks
Kondensor
Distilat
32
Gambar 2.12 Distilasi dengan Menggunakan Reboiler
Berdasarkan tekanan operasi yang digunakan, proses distilasi dibagi menjadi 3 ( tiga ) macam,
yaitu :
1. Distilasi atmosfer
Distilasi atmosfer adalah operasi yang digunakan pada proses pemisahan suatu
komponen dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didihnya dengan menggunakan
steam sebagai tenaga pemisah yang kondisi operasinya pada tekanan atmosfer atau 1
atmosfer. Distilasi ini banyak diterapkan pada industri perminyakan dan industri
penyulingan lainnya.
2. Distilasi vakum
Distilasi vakum adalah operasi yang digunakan pada proses pemisahan
komponen dari campurannya dengan menggunakan tenaga panas sebagai
tenaga pemisah pada kondisi operasinya di bawah tekanan atmosfer dengan
tujuan untuk menurunkan titik didih dari komponen-komponen yang akan
dipisahkan. Hal ini biasanya dilakukan untuk campuran yang memiliki
kesetimbangan azeotrop.
3. Distilasi tekanan tinggi
Distilasi tekanan tinggi merupakan suatu operasi yang digunakan pada proses
pemisahan suatu komponen dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didih
masing-masing komponennya, dengan kondisi operasi tekanan diatas 1 atm.
Tujuannya Karena pada tekanan 1 atm hanya diperoleh campuran azeotrop
alkohol dengan konsentrasi 70 persen. Sedangkan kebutuha etanol 96,8 persen,
Uap
Kolom Distilasi
Bottom /
Feed
Refluks Kondensor
Distilat
33
oleh Karena itu harus dilakukan distilasi tekanan tinggi dengan tekanan diatas 1
atm.
Faktor-faktor yang Menentukan Keberhasilan Distilasi
a. Temperatur
Temperature merupakan parameter penting dalam distilasi, karena distilasi bekerja
pada titik uap dan titik embunnya. Pada suatu cairan murni titik uap dan titik
embun identik sama dengan titik didih.
b. Tekanan
Tekanan dan temperature merupakan parameter yang saling berhubungan.
Makin tinggi tekanan, makin tinggi pula titik didih dari cairan umpan dan produk.
c. Reflux
Reflux biasanya dinyatakan dalam reflux ratio, yaitu angka perbandingan antara
cairan (L) yang dikembalikan ke kolom setelah kondensasi dengan distilat (D)
yang diambil.
D
LR
Kecepatan reflux yang dibutuhkan untuk suatu pemisahan dengan distilasi adalah
berbanding langsung dengan kecepatan umpan yang masuk kedalam kolom atau
produk yang dihasilkan.
Alat Destilasi terbagi menjadi 3 bagian yaitu:
1. Alat Evaporator
2. Unit Distilator
3. Alat Pendingin
Desain alat destilasi secara sistem adalah sebagai berikut:
34
Gambar 2.13 Desain Peralatan destilasi
Gambar 2.12 Rakitan Peralatan destilasi
Unit Evaporator
Unit Distilator
Unit Pendingin
35
Bentuk dan Desain Alat Evaporator
Prinsip Kerja Alat Evaporator
Menguapkan cairan fermentasi untuk menjadi bioetanol dengan temperature
780C – 900C. Uap yang mengalir ke atas itulah yang mengandung etanol yang
dibutuhkan. Apabila temperature melebihi 900C, maka air yang terkandung
dalam cairan fermentasi tersebut akan ikut menguap, sehingga dapat
menurunkan tingkat konsentrasi mutu etanol. Untuk mencegah hal tersebut
segera kecilkan api kompor dan pertahankan suhu sesuai aturan yang ada.
Untuk pengaturan secara otomatis dapat menggunakan perangkat temperature
control elektronik (thermostat) dengan melakukan set point pada suhu tertentu,
yang mengatur penyalaan api kompor melalui solenoid valve yang membuka dan
menutup saluran gas elpiji.
Gambar 2.13 Panel distilator temperature control
Pertanyaan : Gambarkan prinsip kerja dan diagram pengawatan rangkaian
control temperature?
36
Desain Alat Evaporator (Reaktor):
Gambar 2.13 Sketsa Desain Tabung Reaktor
Gambar 2.14 Desain Tabung Reaktor
37
Gambar 2.15 Rakitan Tabung Reaktor
Perangkat tabung reactor :
Tabung reactor (stainless steel, dimensi ø = 450 mm dan panjang = 500 mm)
Tutup tabung reactor
Input cairan hasil fermentasi, merupakan saluran masuk cairan yang akan
dipanaskan dalam tabung reactor (proses evaporasi)
Pressure gauge (ø = ½”), alat pengukur tekanan.
Ball Valve (ø= 1”), berfungsi untuk keadaan darurat, bila terjadi kelebihan
tekanan di dalam drum, maka kran dapat dibuka untuk mengurangi tekanan yang
ada. Untuk desain secara otomatis maka Ball Valve ini dapat digantikan dengan
solenoid yang dikontrol berdasarkan input dari sensor temperature atau tekanan
(pressure).
Pipa jalur air pengembun (ø= 1”), saluran pembuangan uap air.
Pipa uap alcohol air (pipa stainless steel, ø= 1”), saluran keluaran uap alcohol ke
peralatan destilasi.
Saluran pembuangan cairan limbah dan keperluan pembersihan setelah proses
evaporasi (ø= 1”).
Sebuah kompor gas LPG dengan tabung 12 kg. Bila telah tersedia bioetanol dari
proses sebelumnya maka sangat disarankan untuk menggunakan kompor
dengan gas bioetanol.
38
Alat Distilasi yang Digunakan dalam Proses
Ada bermacam-macam peralatan destilasi, namun peralatan distilasi yang digunakan
adalah :
1. Kolom Distilasi
2. Tray
Tray berfungsi sebagai alat untuk membuat perbedaan tekanan parsial yang
menyebabkan terpisahnya fase uap dan fase cair.
Bubble-cap tray adalah suatu alat kontak uap-cairan yang menggunakan “bubble-
cap” untuk mencapai tahap keseimbangan. Bubble-cap adalah “cap” atau tutup berupa
mangkok terbalik yang terletak diatas “riser” yang mana uap dapat masuk dari bagian
bawah tray dan terdispersi pada permukaan bawah cairan melewati celah-celah (slot)
yang terdapat pada cap. Bubble-cap yang dirancang dengan baik akan memberikan
turbulensi massa uap-cairan membentuk “froth” dengan luas antar muka yang besar,
sehingga efisiensi tray tinggi.
Plate
Riser
Cap
Slots
Slots
Gambar 2.16 Buble-cap Tray
Ada 2 (dua) keuntungan penggunaan “Bubble-cap tray” :
39
Memungkinkan peralatan beroperasi pada kondisi yang beragam dengan
efisiensi yang relatif tetap.
Banyaknya data teknis dan pengalaman tentang “Bubble-cap tray” akan
mendorong perancang memilih peralatan tersebut jika resiko yang ada cukup
tinggi.
2. Heat Exchanger Voorwarmer
Berfungsi untuk memanaskan umpan sebelum masuk ke kolom distilasi
3. Kondensor
Berfungsi untuk mengkondensasikan uap yang keluar dari tangki distilasi
Proses terakhir untuk menghasilkan alkohol adalah proses destilasi /
penyulingan, yaitu salah satu cara untuk memisahkan suatu campuran yang terdiri dari
dua atau lebih cairan melalui pemanasan untuk mendapatkan komponen yang
dikehendaki dalam keadaan lebih murni. Pemisahan ini didasarkan pada perpindahan
massa dari suatu fase yang homogen ke fase lainnya karena efek panas, ada
perbedaan titik didih diantara komponen dan kesetimbangan fase diantara komponen –
komponen tersebut.
Metode distilasi dibedakan menjadi 2 yaitu distilasi dengan refluks dan tanpa
refluks. Pada distilasi tanpa refluks, uap yang terbentuk diembunkan dengan tidak
memasukkan kembali sebagian dari hasil pengembunan tersebut ke dalam kolom.
Umumnya, semakin tinggi nilai refluks ratio semakin besar efisiensi pemisahan. Definisi
dari refluks ratio adalah jumlah liter (kg) cairan yang dikeluarkan sebagai hasil atas.
Menara distilasi yang digunakan salah satunya berupa plate tower, yang terdiri
dari plate – plate dimana setiap plate terdapat beberapa buah bubble cap yang terdapat
di dalam kolom, tergantung pada tingkat kemurnian dari produk dan kecepatan alir yang
dikehendaki. Untuk pemanasannya digunakan uap bersuhu 100 – 120°C dan
bertekanan ± 0,4 – 0,6 kg/cm2. Uap ini dimasukkan secara langsung (open steam) dan
pemasukannya melalui bagian bawah kolom, atau dengan metode close steam.
Menara distilasi dilengkapi dengan kondensor yang dipasang untuk
mengembunkan alkohol yang dapat diuapkan di dalam kolom dengan media pendingin
yang digunakan adalah air bersih dan dingin.
Sebagai umpan (feed) Kolom adalah larutan tetes yang dipompa dari fermentor.
Di dalam kolom, umpan dikontakkan langsung dengan uap yang mengalir ke atas. Suhu
uap masuk lebih tinggi dari titik didih alkohol, maka alkohol akan menguap dan ikut
mengalir keatas. Sedangkan cairan yang tidak menguap mengalir ke bawah dari plate
40
ke plate. Ampas cairan atau vinasse dari bagian bawah kolom dibuang sebagai limbah.
Dengan suhu bawah kolom antara 100 – 120°C, diharapkan ampas cairan yang keluar
kolom telah bebas alkohol.
Uap yang mengandung alkohol yang keluar dari bagian atas selanjutnya
diembunkan di kondensor.
Kondisi operasinya adalah suhu bagian atas 78°C, dan suhu bagian bawah
menara 100°C. Tekanan dipertahankan tetap dan diatur dengan banyaknya pemberian
uap.
Desain Umum Distilator
Keterangan Gambar :
1. Feed 5. Hasil bawah
2. Steam 6. Kondensor
3. Hasil samping 7. Pengeluaran Air Pendingin
4. Uap Alkohol 8. Refluk
Gambar 2.17 Desain Umum distilator
41
Fungsi alat distilator :
Sebagai penyaring bagi uap air yang mengalir ke atas, agar tidak ikut terbawa etenol
menuju ke unit condenser atau pendingin.
Desain Alat Distilator:
Gambar 2.17 sketsa tabung penyaring (distilator)
(a) (b)
Gambar 2.18 (a) Desain tabung penyaring (distilator). (b) Rakitan Tabung penyaring
42
Perangkat distilator :
Tabung distilator (stainless steel dengan dimensi, ø= 127 mm/5”, tinggi/panjang=
1500 s.d. 2000 mm )
Thermometer
Kisi-kisi untuk menyaring uap air, sementara uap etanol akan terus naik.
Batang tengah sebagai tempat pegangan kisi-kisi.
Cara membuat kisis-kisi/lempengan:
Jumlah kisi-kisi atau lempengan dalam satu tabung penyaring, disesuaikan dengan
panjangnya tabung penyaringan. Untuk panjang tabung pipa penyaring (ø=4”) dan
panjang 1500 mm, dapat dipasang 12 kisi-kisi/lempengan.
Bentuk kisi-kisi dilihat dari atas :
Bentuk kisi-kisi dilihat dari samping :
115 mm
100 mm
Limbah
Kisi-Kisi
43
Cara membuat kisi-kisi :
Potong ujung pipa 4” dengan potongan menyerong, dengan sudut 300,
potongan ini untuk dijadikan pola lempengan, agar sesuai dengan
besarnya pipa penyaring.
Lempengan akan berbentuk oval, dengan ukuran, d1 = 100 mm dan d2=
115 mm.
Lubangi di sisi ovalnya, sisi yang satu sebesar ± 2 cm2 dan satunya lagi ±
1 cm2, lubang ini berfungsi untuk saluran uap etanol ke atas, maupun
tetesan air yang tidak sempat naik ke atas dan akan turun kembali.
Lubang bagian tengah sebesar ø 7/16” untuk batang pemegang lempeng
kisi yang ada.
Pemasangan setiap lempeng oval pada penyangganya, diletakan miring
300 secara berlawanan satu sama lain untuk memberi jalan uap ke atas.
Pada bagian bawah goose neck dilengkapi dengan ball valve kran untuk
pengaliran tetesan limbah atau uap air yang tidak turut naik ke atas.
Bentuk dan desain alat pendingin (Condenser)
Fungsi dari alat pendingin ini adalah mendinginkan uap panas secara
cepat, sehingga uap panas akan berubah menjadi embun yang kemudian
mencair dan mengalir ke luar.
44
Desain alat pendingin:
Gambar 2.19 Sketsa tabung pendingin
Gambar 2.20 Sketsa pipa spiral saluran bioetanol
45
(a) (b)
Gambar 2.20 (a) Desain tabung pendingin dan pipa saluran spiral. (b)
Rakitan tabung pendingin.
Gambar 2.20 bak penampung air dan water pump
46
Perangkat dan Proses Pendinginan (Condenser) :
Tabung stainless steel dengan dimensi (ø=300 mm, panjang= 1000 mm),
diletakan pada tempat lebih tinggi dari unit destilator.
Uap dari unit destilator yang naik ke atas, langsung masuk pipa tembaga
yang melingkar berbentuk spiral dalam tabung.
Tabung terisi air yang dialirkan dari tangki/bak penampung di bawah
dialirkan dengan menggunakan pompa air (pada trainer yang ada
digunakan pompa air 250 Watt).
Perhatikan sirkulasi, agar air dalam tabung tetap dingin, sehingga uap
panas dalam pipa tembaga akan cepat mengembun kemudian mencair.
Cairan yang menetes dari saluran pipa tembaga adalah cairan etanol.
Tampung cairan di bawah dengan menggunakan drum plastic kondisi
bersih/kering.
Setelah cairan bioetanol berhenti menetes, berarti proses destilasi sudah
selesai
Ukur kadar etanol yang terkandung di dalamnya dengan alcohol meter.
Tutup rapat hasil destilasi tersebut untuk kemudian disimpan dalam
ruangan yang bersuhu antara 25 s.d. 30 derajat Celcius.
ALAT ANHYDROUS
Anhydrous, adalah pemurnian kadar etanol mutu 95% sehingga menjadi konsentrasi
mutu 99,5%. Hasil anhydrous dapat dijadikan bahan bakar kendaraan bermotor dengan
performa yang lebih baik karena nilai octan yang tinggi.
Cara kerja alat anhydrous :
Mengurangi kadar air yang terkandung dalam cairan bioetanol 95% agar meningkat
menjadi bioetanol 99,5%.
Prosesnya sebagai berikut:
Sebelum proses anhydrous dilaksanakan, perlu dilakukan proses pengeringan terlebih
dahulu terhadap cairan bioetanol 95%, yaitu dengan merendam material Zeolit syntetis
ukuran 3 Amstrong ke dalam cairan bioetanol yang akan dimurnikan. Perbandingannya
adalah 1 : 1, yaitu 1 kg zeolite syntetis direndamkan ke dalam 1 liter bioetanol, dengan
waktu perendaman 12 jam. Setelah perendaman jumlah bioetanol yang akan ikut
terserap/berkurang adalah sebanyak 10%.
47
Bilamana Zeolite syntetis 3 Amstrong belum tersedia maka dapat dipergunakan
material pengganti seperti : Arang kayu, tanah liat kering atau batu kapur kering dengan
perbandingan 1 : 1.
Rendam material di atas dengan bioetanol selama 24 jam. Setelah waktu perendaman
selesai maka jumlah bioetanol yang ikut terserap sebanyak 30%.
Proses Anhydrous bioetanol:
Metode perebusan dalam proses anhydrous tidak sama seperti pada alat destilasi,
karena dalam merebus cairan bioetanol kadar 95% tidak diperkenankan merebus
secara langsung. Cairan bioetanol 95% tidak boleh direbus/dipanaskan langsung di
atas api. Cara merebusnya harus menggunakan unit double drum evaporator. Dalam
hal ini, cairan bioetanol 95% dimasukan ke dalam drum kecil di bagian dalam drum
yang lebih besar. Drum luar yang lebih besar diisi air terlebih dahulu sebelum
perebusan dilakukan. Teknik ini sama dengan mengukus, atau memasak dengan cara
steam, sehingga panas yang di dapat bukan langsung dari api, melainkan dari air yang
mendidih dan uap panas yang dihasilkan.
Alat pendukung kerja dan instrument dideskripsikan sebagai berikut :
1) termometer dengan spesifikasi : rentang ukuran
suhu -20 hingga 360 derajat, panjang 305 mm.
2) timbangan digital dengan
spesifikasi : 0,01g/0,1g
48
3) Timbangan dapur, kapasitas maksimum 10 kg
4) pipet eppendorf untuk menakar
jumlah enzim yang dibutuhkan pada
sakarifikasi, dengan spesifikasi
kapasitas 10-100 µl.
5) saringan dengan spesifikasi :
saringan 200 mesh 0,075
mm
49
6) Tabung reaksi dan gelas ukur dengan spesifikasi:
- Beker glass 1000 ml,
- Boiling Flask 1000 ml,
- Erlenmeyer 1000 ml
- Tabung reaksi 1 rak 50 ml
7) Alkohol meter dengan skala untuk mengukur kadar
alkohol
50
5. Latihan Soal dan Penugasan
5.1 Bahan dasar tabung reaktor dengan sifat tahan terhadap suhu tinggi dan
tahan karat adalah ....
a. Aluminium
b. Tembaga
c. Baja Stainless
d. PVC
5.2 Alat pengontrol suhu otomatis pada proses destilasi dinamakan:
a. Electronics Temperature Control
b. Humidity Control
c. Thermometer
d. Solenoid Valve
5.3 Proses pemurnian kadar etanol mutu 95% menjadi konsentrasi 99,5%,
dapat dilakukan dengan cara:
a. Hydrolisis
b. Anhydrous
c. Sacharifikasi
d. Kondensasi
5.4 Alat penukar kalor dinamakan :
a. Heat transfer
b. Super heat
c. Heat Exchanger
d. Thermostat
5.5 Perangkat proses destilasi yang berfungsi mendinginkan uap panas secara
cepat dianamakan :
a. Kondenser
b. Evaporator
c. Silinder
d. Transducer
51
Penugasan:
Coba anda analisa :
1. Berapa jumlah takaran Enzyme Alpha Amilase yang dituangkan dalam proses
hydrolysis berdasarkan berat bahan baku (singkong), atau analisis dengan pendekatan
lain?
2. Berapa jumlah takaran Enzyme Betha Amilase yang dituangkan dalam proses
Sacharifikasi berdasarkan berat bahan baku (singkong).atau analisis dengan
pendekatan lain ?
3. Berapakah kapasitas motor pengaduk untuk proses hidrolisis dengan cairan yang
ditampung pada drum dengan kapasitas 60 liter. Analisis besar putarannya serta
konsumsi daya yang digunakan selama proses tersebut?. Analisis dan bandingkan
penggunaan motor 1 phase CSR dan motor induksi 3 phase ditinjau dari torsi
putarannya.
4. Manakah pendinginan cairan pada proses hidrolisys dan sacharifikasi yang paling
efisien, apakah dengan menggunakan Fan (Blower) ataukah dengan Heat Exchanger.
5. Analisis prinsip kerja dan rangkaian control termperatur pada peralatan destilasi?
6. Analisis mutu produk bioetanol yang dihasilkan berdasarkan standar proses
pengolahan yang dilakukan. Tunjukan dengan data-data otentik selama proses. Apabila
belum maksimal, factor apa saja yang mempengaruhi hasil tersebut?
6 Rangkuman
Bioetanol / 'etanol' / Etil Alkohol adalah alkohol yang dibuat dengan fermentasi
gula, pati atau komponen bahan tanaman lain dengan menggunakan seperti ragi
Saccharomyces cerevisiae
Bioetanol mempunyai sifat fisik: mudah menguap, mudah terbakar, jika terbakar
menimbulkan api biru tanpa jelaga, berbau spesifik (khas), cairannya tidak
berwarna (jernih), larut dalam air, metal alkohol, eter, kloroform dan aseton, tidak
korosif, sebagai pelarut organik yang baik, mempunyai titik didih 78,4°C,
mempunyai titik beku – 11,25°C.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi adalah kadar gula, suhu,
tekanan, pH, Nutrisi.
Proses produksi bioetanol dari bahan baku zat pati (singkong) : penghancuran
singkong, perebusan, sakarifikasi, fermentasi, penyulingan, azeotrop.
52
Desain peralatan bioetanol dipertimbangkan berdasarkan kapasitas produksi
bioetanol serta kualitas etanol yang dihasilkan berdasarkan proses kimiawi dan
fisis cairan. Dimana peralatan yang dibuat harus di desain sedemikian rupa agar
memenuhi tuntutan tersebut. Dalam hal ini dibuat mesin produksi bioetanol
dengan system batch system untuk skala Usaha Kecil Menengah (UKM) serta
membandingkannya dengan skala Lab. Peralatannya terdiri dari peralatan tahap
persiapan dan pengolahan bahan baku, pemanasan (Hidrolisis dan sacharifikasi),
tahap fermentasi serta proses destilasi (Evaporasi, proses penyaringan dan
pendinginan) hingga diperoleh produk bioetanol dengan mutu yang diharapkan
(kadar 95% alcohol).
7 Evaluasi Materi Pokok
7.1 Jelaskan jenis-jenis peralatan yang digunakan dalam produksi bioetanol
beserta cara kerjanya!
7.2 Jelaskan proses desain peralatan bioetanol dengan system batch sistem!
7.3 Jelaskan hubungan desain peralatan dengan mutu etanol yang dihasilkan.
7.4 Analisis efisiensi produk bioetanol yang dihasilkan dengan nilai bahan baku
serta sumber daya pendukung yang digunakan (contoh: penggunaan motor
listrik pada berbagai peralatan proses bioetanol). Berikan tanggapan
berdasarkan konsep green energy sebagai investasi energy masa depan.
7.5 Berapakah kapasitas dan jenis motor pompa air yang digunakan untuk proses
pendinginan bioetanol.
7.6 Apa yang harus dilakukan sebagai tindakan pengamanan baik pada peralatan
maupun manusia pada proses yang melibatkan pemanasan dengan nyala api
terutama pada proses hydrolysis, sacharifikasi dan evaporasi. Jelaskan dengan
rinci. !
8 Umpan Balik dan Tindak Lanjut
Setelah anda mengerjakan latihan, tugas dan evaluasi dengan hasil :
Ada yang salah maka silahkan mempelajari ulang bab ini
Dan jika semua sudah benar silahkan meneruskan ke bab selanjutnya
53
C. ALAT UKUR UJI BIOETANOL
1. Deskripsi Materi
Alat ukur uji bioetanol membahas tentang cara pengukuran bioetanol dan
peralatan yang digunakan dalam pengukuran bioetanol.
2. Indikator Keberhasilan
Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :
2.1 Mendeskripsikan pengertian pengukuran bioetanol.
2.2 Mendeskripsikan cara pengukuran bioetanol
2.3 Menyebutkan alat pengukuran bioetanol
2.4 Mengukur kadar bioetanol
3. Uraian dan contoh Soal/ penugasan
Ada banyak cara untuk mengukur bioetanol. Mulai dari cara yang paling
mudah, rumit, dan paling canggih. Setiap metode pengukuran memiliki
keunggulan dan kekurangannya sendiri-sendiri. Beberapa metode itu
adalah :
3.1. Analisis dengan GC (Gas Chromatography)
Sebuah gas chromatography berdetektor nyala pengion (flame
ionization detector, FID) yang dilengkapi dengan kolom gelas kapiler
berlapis dalam metil silikon (yang berikatan silang dan terikat secara
kimia pada permukaan gelas kolom) dengan dimensi 150 m x 0,25
mm dan tebal film metil silikon 1,0 μm. Kolom lain dapat saja
digunakan asal efisiensi dan selektifitas gas chromatography setara
atau lebih baik dari kolom yang sesuai spesifikasinya.
54
Gambar.2.1. Prinsip kerja GC
3.2. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
HPLC adalah otomatisasi kromatografi cair untuk meningkatkan
pemisahan selama periode waktu yang lebih singkat,
menggunakan partikel yang sangat kecil, diameter kolom kecil, dan
tekanan fluida yang sangat tinggi
Gambar 2.2. Prinsip kerja HPLC
3.3. Metode enzym
Pengukuran bioetanol dengan menambahkan enzym. Saat ini
tersedia beberapa produk enzym kit untuk mengukur bioetanol.
Tetapi metode ini masih cukup mahal untuk ukuran UKM atau
rumahan
55
Gambar 2.3. Proses pencampuran enzym
3.4. Hydrometer
Alat untuk mengukur kadar etanol ini dikenal dengan nama
hydrometer alkohol atau alkohol meter. Di bagian atas alkohol
meter tersebut dilengkapi dengan skala yang menunjukkan kadar
alkohol. Prinsip kerjanya berdasarkan berat jenis campuran antara
alkohol dengan air. Bentuknya seperti gambar di bawah ini.
Gambar 2.4. Skala pada alkohol meter
56
Pengunaan alkohol meter sangat sederhana. Pertama masukkan
bioetanol ke dalam gelas ukur atau tabung atau botol yang
tingginya lebih panjang dari panjang alkohol meter. Kemudian
masukkan batang alkohol meter ke dalam gelas ukur. Alkohol
meter akan tenggelam dan batas airnya akan menunjukkan berapa
kandungan alkohol di dalam larutan tersebut.
Gambar 2.5. Mengukur Kadar Bioetanol
Bioetanol yang bisa diukur dengan etanol meter di atas adalah
bioetanol yang sudah didistilasi dengan distilator. Temperatur
bioetanol sebaiknya diukur pada temperatur 20o C. Bagaimana
caranya supaya bioetanol yang akan diukur temperatur 20o C dan
temperatur sekitar kita lebih dari 20o C ?.
Cara pengkondisian temperatur bioetanol supaya 20o C, yaitu:
i. Masukkan bioetanol kedalam gelas ukur yang tinggi gelas
ukur dan tinggi bioetanol mencukupi tinggi hidrometer.
ii. Pasang termometer kedalam gelas ukur yang telah diisi
bioetanol dan simpan di almari es
57
iii. Amati termometer, setelah mencapai 18o C ambil/ keluarkan
dari almari es
iv. Pasang hidrometer dan amati termometer, pada waktu
termometer 20o C silahkan baca skala hidrometer.
v. Hasil pembacaan skala hidrometer pada temperatur 20o C
adalah hasil pengukuran kadar bioetanol.
Tiga metode yang pertama sangat sensitif, dapat mengukur kadar
bioethanol dalam konsentrasi yang sangat rendah, tetapi juga lebih rumit
dan mahal. Metode enzym relatif lebih mudah dan murah dibandingkan
dengan metode GC atah HPLC. Metode terakhir adalah metode yang
paling mudah, murah, tetapi juga kurang teliti. Meskipun begitu untuk
ukuran UKM atau rumahan rasanya sudah cukup memadai.
4. Latihan Soal dan penugasan
Pilihlah jawaban yang paling tepat dibawah ini :
4.1. Peralatan pengukuran bioetanol yang menggunakan tekanan fluida yang
sangat tinggi adalah :
a. GC (Gas Chromatography)
b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
c. Metode Enzym
d. Hidrometer
4.2. Peralatan pengukuran bioetanol yang menggunakan kolom gelas kapiler
berlapis adalah :
a. GC (Gas Chromatography)
b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
c. Metode Enzym
d. Hidrometer
4.3. Peralatan pengukur bioetanol yang menggunakan prinsip kerja berdasarkan
berat jenis campurannya adalah :
a. GC (Gas Chromatography)
b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
c. Metode Enzym
58
d. Hidrometer
4.4. Berapa temperatur bioetanol yang tepat pada waktu diukur kadarnya
menggunakan hidrometer?
a. 15o C
b. 18o C
c. 20o C
d. Temperatur kamar
4.5. Metode pengukuran bioetanol yang paling cocok untuk skala UKM atau
rumahan adalah :
a. GC (Gas Chromatography)
b. HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
c. Metode Enzym
d. Hidrometer
Penugasan :
Lakukan pengukuran bioetanol menggunakan metode hidometer.
Bahan : Bioetanol, gelas ukur, termometer dan hidrometer.
Tugas :
1. Jelaskan langkah-langkah pengukuran bioetanol.
2. Berapa kadar bioetanol yang diukur?
5. Rangkuman
Metode pengukuran kadar bioetanol ada 4, yaitu : metode GC (Gas
Chromatography), metode HPLC (High Performance Liquid
Chromatography), metode Enzym, dan metode Hidrometer.
Metode hidrometer yang paling mudah, murah, tetapi juga kurang
teliti. Meskipun begitu untuk ukuran UKM atau rumahan sudah
cukup memadai.
Cara pengukuran bioetanol menggunakan metode hidrometer
adalah :
Masukkan bioetanol kedalam gelas ukur yang tinggi gelas ukur
dan tinggi bioetanol mencukupi tinggi hidrometer.
Pasang termometer kedalam gelas ukur yang telah diisi
bioetanol dan simpan di almari es
59
Amati termometer, setelah mencapai 18o C ambil/ keluarkan
dari almari es
Pasang hidrometer dan amati termometer, pada waktu
termometer 20o C silahkan baca skala hidrometer.
Hasil pembacaan skala hidrometer pada temperatur 20o C
adalah hasil pengukuran kadar bioetanol.
6. Evaluasi Materi Pokok
6.1. Sebutkan macam-macam metode pengukuran bioetanol?
6.2. Bagimana prinsip kerja alat ukur bioetanol hidrometer?
6.3. Bagaimana langkah pengukuran bioetanol dengan menggunakan
hidrometer?
6.4. Lakukan pengukuran bioetanol dengan alat ukur hidrometer!
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
Apakah saudara mengetahui perbedaan prinsip kerja keempat metode
pengukuran bioetanol metode GC (Gas Chromatography), metode HPLC (High
Performance Liquid Chromatography), metode Enzym, dan metode Hidrometer,
jika masih ada yang belum memahami silahkan membaca ulang materi diatas.
Apakah saudara telah melakukan percobaan pengukuran bioetanol dengan
menggunakan alat ukur hidrometer dan hasilnya benar, jika hasilnya belum
benar silahkan anda mencoba kembali sampai hasilnya benar.
Dan jika semua sudah dipahami dan telah dicoba dengan hasil yang benar maka
silahkan melanjutkan ke materi berikutnya.
60
D. PERALATAN PEMANFAATAN BIOETANOL
1. Deskrispi Materi
Peralatan pemanfaatan bioetanol membahas tentang macam-macam
peralatan yang digunakan dalam pemanfaatan bioetanol diantaranya
kompor bioetanol, motor bakar bioetanol dan sterilisasi peralatan
kesehatan.
2. Indikator Keberhasilan
Setelah mempelajari bahan ajar siswa ini peserta mampu :
2.1. Mendeskripsikan macam-macam peralatan pemanfaatan bioetanol
2.2. Mendeskripsikan cara kerja peralatan bioetanol
2.3. Membuat salah satu peralatan pemanfaatan bioetanol
3. Uraian dan contoh Soal dan Penugasan
3.1 KOMPOR BIOETANOL
Alkohol sebagai minuman diketahui awal adanya dengan
ditemukannya etanol oleh bangsa Mesir Kuno dengan peninggalannya di
kuburan Piramid raja Firaun, dan pengembangan kompor bioetanol
dimulai oleh bangsa Romawi untuk penerangan rumah bangsawan.
Sekarang sebagai bahan bakar terutama dipergunakan untuk keperluan
darurat dan keperluan praktis, seperti dipergunakan mensterilkan
peralatan kedokteran, pada pemanas makanan di panci / nampan
catering, atau dipergunakan pada saat camping / kemah, juga di medan
perang, karena memang penggunaan sangat praktis tidak membutuhkan
sumbu.
Gambar. 3.1. Panci catering
61
Tidak berbau, praktis, mudah dibawa-bawa dipindahkan, namun
mempunyai kelemahan, lidah apinya tidak bisa memancar seperti kompor
gas, sehingga apabila dibutuhkan intensitas panas yang tinggi, kompor
tersebut diatas tidak mampu, misalnya untuk memasak mi instan telor,
telornya tidak matang betul (masih setengah matang), menggoreng
krupuk, krupuknya bantat belum bisa renyah garing.
Maka dikembangkannya kompor bio etanol generasi ke 2 dengan
teknik etanol di uapkan dan dimasukkan kedalam suatu ruangan kecil,
Gambar 3.2. Kompor
langsung tabung bioetanol
Gambar 3.3. Kompor
tabung bioetanol terpisah
62
maka perubahan zat cair menjadi gas (uap) tadi menimbulkan tekanan,
dan memancarlah uap tadi keluar tentu melalui lubang-lubang yang sudah
dibuat, kemudian setelah bersentuhan dengan oksigen dan api maka
terbakarlah.
Gambar 3.4. Kompor bioetanol generasi 2
Gambar 3.5. Lidah api kompor bioetanol generasi 2
3.2 BAHAN BAKAR BIOETANOL
Bahan bakar etanol adalah etanol (etil alkohol) dengan jenis yang
sama dengan yang ditemukan pada minuman beralkohol dengan
penggunaan sebagai bahan bakar. Etanol seringkali dijadikan bahan
tambahan bensin sehingga menjadi biofuel. Etanol digunakan secara luas
di Brasil dan Amerika Serikat. Kedua negara ini memproduksi 88% dari
seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan
mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan
bahan bakar dengan kandungan etanol sampai 10%,dan penggunaan
bensin etanol 10% malah diwajibkan di beberapa kota dan negara bagian
63
AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan penggunaan
bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran
yang legal adalah berkisar 25% etanol dan 75% bensin (E25). Di bulan
Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta kendaraan dan truk
ringan bahan bakar fleksibel dan lebih dari 500 ribu sepeda motor yang
dapat menggunakan bahan bakar etanol murni (E100).
Gambar 3.6. Bioetanol sebagai bahan bakar minyak
Bioetanol adalah salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat
diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman
yang umum, misalnya tebu, kentang, singkong, dan jagung. Telah muncul
perdebatan, apakah bioetanol ini nantinya akan menggantikan bensin
yang ada saat ini. Bioetanol dengan kadar kurang dari 99% belum bisa
dicampur dengan bensin. Karena kandungan airnya bisa merusak mesin.
Untuk menghilangkan sisa air dilakukan dehidrasi. Caranya bisa
menggunakan Zeolit. Caranya, tambahkan zeolit ke dalam bioetanol 95%
menggunakan peralatan perendaman. Biarkan zeolit bereaksi dan
didiamkan sampai mengendap. Bioetanol distilasi sekali lagi dengan
menggunakan mini distilator. Cek atau ukur kadar bioetanolnya lagi
dengan menggunakan etanol meter. Jika sudah mendekati 100% sudah
bisa digunakan untuk bahan bakar.
64
Gambar 3.7. Zeolit
Gambar 3.8. Bioetanol direndam dengan Zeolit
3.3 PEMELIHARAAN PERALATAN KESEHATAN
Bioetanol merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat
digunakan pada bidang kesehatan sebagai zat antiseptik, solvent atau
untuk sterilisasi dan disinfeksi.
Gambar 3.9. Sterilisasi peralatan kesehatan
65
Pengertian Sterilisasi Setiap proses kimia atau fisik yang membunuh
semua bentuk hidup terutama mikroorganisme Desinfeksi Membunuh
organisme-organisme patogen dengan cara fisik atau kimia dilakukan
terhadap benda mati
Istilah yang harus diketahui antiseptik mencegah pertumbuhan atau
aktivitas mikroorganisme baik dengan cara menghambat atau membunuh.
Penggunaan Antiseptik dan desinfektan Biasa digunakan untuk mencuci
tangan dan membersihkan alat-alat kesehatan Bahan kimia yang dipakai
yaitu yang mampu membunuh organisme yang ada dalam waktu yang
tersingkat dan tanpa merusak bahan yang didesinfeksi. Cara Sterilisasi
dan Desinfeksi bisa menggunakan Bioetanol (alkohol).
Bioetanol yang paling efektif yang biasa digunakan adalah alkohol 70-
80 % Butuh waktu 10 menit untuk dapat membunuh kuman sering dipakai
untuk desinfektan kulit Konsentrasi diatas 90 % atau dibawah 50 %
biasanya kurang efektif.
Gambar 3.10. Alat kesehatan dan sterilisasi
4. Latihan Soal dan penugasan
Pilihlah jawaban yang tepat dibawah ini.
4.1 Kompor bioetanol generasi 1 mempunyai kelebihan sebagai
berikut :
a. Tidak menggunakan sumbu, warna api biru, mudah
mengoperasikan, ramah lingkungan.
b. Warna api biru, lidah api bertekanan, mudah
mengoperasikan, ramah lingkungan.
66
c. Tidak menggunakan sumbu, lidah api bertekanan, mudah
mengoperasikan, ramah lingkungan.
d. Warna api biru, panas mengarah satu titik, mudah
mengoperasikan, ramah lingkungan.
4.2 Kompor bioetanol generasi 2 dapat memancarkan api bertekanan
menggunakan sistem :
a. Tekanan gravitasi bumi
b. Udara hampa karena pembakaran
c. Reaksi bioetanol karena panas
d. Lubang pengeluaran burner bioetanol
4.3 Berapa proses bioetanol dapat dicampur dengan BBM untuk
mengoperasikan motor bakar?
a. 70 %
b. 75 %
c. 95 %
d. 99 %
4.4 Bahan untuk memproses bioetanol supaya dapat digunakan
campuran BBM adalah
a. NPK
b. Urea
c. Amylase
d. Ziolit
4.5 Bioetanol yang paling efektif untuk sterilisasi peralatan kesehatan
adalah
a. 30 %
b. 50 %
c. 70 %
d. 95 %
Penugasan :
Buatlah kompor bioetanol sederhana kapasitas 30 ml
Bahan: Kaleng minuman, obeng, tang pemotong, tang lancip dan palu.
67
5. Rangkuman
Pemanfaatan bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar kompor
memasak, bahan bakar mesin (pengganti/ campuran bensin),
pemeliharaan peralatan kesehatan.
Kompor bioetanol generasi 1 membakar bahan bakar bioetanol secara
langsung, untuk kompor generasai 2 menggunakan teknik bioetanol di
uapkan dan dimasukkan kedalam suatu ruangan kecil, maka perubahan
zat cair menjadi gas (uap) tadi menimbulkan tekanan, dan memancarlah
uap tadi keluar tentu melalui lubang-lubang yang sudah dibuat, kemudian
setelah bersentuhan dengan oksigen dan api maka terbakarlah.
Bioetanol sebagai bahan bakar mesin harusmempunyai kadar minimal
99% yang bisa dicampur dengan bensin. Untuk bioetanol kadar kurang
dari 99% masih mengandung air sehingga harus dihilangkan sisa air
dengan dehidrasi. Caranya bisa menggunakan Zeolit. Caranya,
tambahkan zeolit ke dalam bioetanol 95% menggunakan peralatan
perendaman. Biarkan zeolit bereaksi dan didiamkan sampai mengendap.
Bioetanol distilasi sekali lagi dengan menggunakan mini distilator.
Bioetanol yang paling efektif yang biasa digunakan untuk sterilisasi dan
desinfeksi adalah alkohol 70-80 % Butuh waktu 10 menit untuk dapat
membunuh kuman sering dipakai untuk desinfektan kulit Konsentrasi
diatas 90 % atau dibawah 50 % biasanya kurang efektif.
6. Evaluasi Materi Pokok
6.1. Coba amati pembakaran kompor bioetanol dengan menggunakan
bahan bakar bioetanol dengan kadar beberapa macam ( 70%, 90%,
99%), apa perbedaannya dan apa penyebabnya?
6.2. Analisa proses bioetanol menggunakan zeolit dari bahan 95% untuk
mencapai 99%, Jawablah pertanyaan dibawah ini:
Berapa lama proses terjadi (dengan hasil 99%)?
Berapa perbandingan bahan bioetanol dengan zeoalit?
Bagaimana rekasi/proses terjadi?
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
68
Apakah anda sudah memahami prinsip kerja peralatan yang
menggunakan bahan bioetanol (kompor memasak, mesin bensin,
pemeliharaan peralatan kesehatan)
Jika sudah faham lanjutkan ke materi selanjutnya.
Dan jika semua sudah dipahami dan telah dicoba dengan hasil yang
benar maka silahkan melanjutkan ke materi berikutnya.
69
DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim, 2008. “Brosur PT. Madu Baru Yogyakarta”. PS. Madukismo : Yogyakarta.
2. Desroir, Norman.1988, “Unit Processing Organic Synthesis”, Ed 5, Mc Graw Hill Book
Company, New York.
3. Fadiz, S. 1998. “Mikrobiologi Pangan 1”. Gramedia Pustaka Utama : Jakarta.
4. Groggin P. H. 1968, “Alkohol Their Chemistry, Properties & Manufactures”, Reinhold
Book Corporation, New York.
5. Perry, J H. 1949, “Chemical Engineering Hand Book” Edition, Mc. Graw Hill Company.
Inc . New York, Toronto & London
6. SNI No. 06-3565-2009. BSN. Jakarta
7. Suharto, Ign. 1995. “Bioteknologi dalam Dunia Industri”. Andi Offset : Yogyakarta.
8. Toharisman, Aris dan Hendro Santosa. 1999. “Mutu Bahan Baku dan Preparasi Medium
Fermentasi” Pelatihan Teknologi Alkohol, Pusat Penelitian Perkebunan Indonesia,
Pasuruan.