bab i pendahuluan - Universitas Muhammadiyah Surakarta

Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Di zaman yang semakin berkembang dan modern ini, Indonesia perlu lebih
meningkatkan taraf hidup bangsa yaitu dengan pembangunan dalam sektor
industri. Salah satunya adalah pembangunan industri asam laktat dengan bahan
dasar molases
Pembangunan industri asam laktat yang menghasilkan produk bahan baku ini
sangat penting, karena dapat mengurangi jumlah impor asam laktat di Indonesia.
Dengan adanya pembangunan pabrik asam laktat akan dapat mengurangi
pengeluaran devisa negara untuk mengimpor asam laktat tersebut. Di samping itu
dengan adanya pendirian pabrik asam laktat di Indonesia, dapat membuka
lapangan kerja baru dan memacu pertumbuhan industry lainnya.
Kebutuhan asam laktat di Indonesia diperkirakan akan terus meningkat bila
dilihat dari semakin banyaknya industri yang menggunakan asam laktat. Beberapa
industri yang menggunakan asam laktat seperti industri farmasi, makanan dan
minuman serta digunakan sebagai bahan baku pembuatan poly lactic acid. Maka
dari itu dengan pendirian pabrik asam laktat ini akan membantu memenuhi
kebutuhan asam laktat di Indonesia.
1.2 Kapasitas Pabrik
Dalam pemilihan kapasitas produksi pabrik asam laktat ada beberapa
pertimbangan yang perlu diperhatikan, yaitu :
1.2.1 Proyeksi Kebutuhan Asam Laktat
Kebutuhan asam laktat di Indonesia jumlahnya semakin bertambah tiap
tahunnya, sehingga untuk memenuhinya diperlukan impor dari luar negeri. Hal ini
berdasarkan data yang diperoleh dari Badan Pusat Statistik mengenai data ekspor
impor asam laktat di Indonesia tahun (2008-2012) seperti ditunjukkan pada Tabel
1 (BPS, 2012)
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
1
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
Tabel 1. Data Ekspo Impor Asam Laktat
Ekspor
Tahun
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Impor
Jumlah
165724
0
8
102
19189
52063
2660
475
10053
Tahun
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Jumlah
919475
1240507
1383290
1367995
1670436
1734310
2296089
2452642
3159633
Tabel Perkiraan Analisa Regresi Linier
Tahun
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
∑
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Index (X)
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0
X²
XY
16 -3.015.004
9 -3.721.521
4 -2.766.564
1 -1.367.893
0
0
1 1.682.247
4 4.586.858
9 7.356.501
16 12.598.320
60 15.352.944
= 255.882,4
= 1.774.900,333
Tahun
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Konsumsi (kg/tahun) (Y)
753.751
1.240.507
1.383.282
1.367.893
1.651.247
1.682.247
2.293.429
2.452.167
3.149.580
15.974.103
Tabel Proyeksi Kebutuhan Asam Laktat
Index Tahun (X)
Konsumsi (kg/tahun) (Y)
5
3.054.312,33
6
3.310.194,73
7
3.566.077,13
8
3.821.959,53
9
4.077.841,93
10
4.333.724,33
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
2
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
Dari perhitungan regresi dengan data ekspor, impor dan kebutuhan asam laktat
maka diperoleh kapasitas produksi sebesar 8.000 ton/tahun.
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari pemilihan kapasitas dalam prarancangan
pabrik asam laktat ini adalah:
a. Memenuhi kebutuhan asam laktat dalam negeri.
b. Mengurangi jumlah impor asam laktat, sehingga dapat mengurangi biaya
belanja dalam negeri.
c. Menambah devisa Negara dengan mengekspor asam laktat.
1.3 Lokasi Pabrik
Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap
keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan
lokasi pabrik, antara lain: penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi
dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi pabrik asam laktat ini
dipilih di Lampung, dengan pertimbangan sebagai berikut:
1.3.1 Penyediaan bahan baku
Bahan baku asam laktat yaitu molases dapat diperoleh dari perusahaan pabrik
gula. Dalam prarancangan ini mengambil molases dari PG Gunung Madu
Plantation di Lampung. Untuk bahan baku seperti asam sulfat dari PT.
Metabisulphite Nusantara di Jawa Timur, kalsium hidroksida dan magnesium
sulfat dari PT. Aneka Kimia Inti di Surabaya, diammonium fosfat dari PT. Sinar
Kimia Utama di Surabaya, asam fosfat dari PT. Garuda Mas Lestari di Bandung
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
3
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
sedangkan untuk lactobacillus delbrueckii, yeast dan malt dari distributor yang
telah ditunjuk.
1.3.2 Letak Pabrik terhadap Daerah Pemasaran
Pemilihan letak pabrik asam laktat di daerah Lampung ini disebabkan karena
lokasinya dekat dengan pabrik gula. Selain itu, untuk pemasarannya juga mudah,
karena Lampung merupakan kota besar.
1.3.3 Transportasi
Di daerah Lampung telah berdiri cukup banyak industri, jadi untuk transportasi
disana cukup memadahi untuk distribusi produk maupun bahan baku.
1.3.4 Tenaga Kerja
Di daerah sekitar pendirian pabrik, terdapat banyak lembaga pendidikan
formal maupun non formal dimana dari lembaga-lembaga itu dihasilkan banyak
tenaga ahli maupun non ahli. Maka dari itu untuk mendapatkan tenaga kerja lebih
mudah.
1.3.5 Utilitas
Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik dapat dipenuhi.
a. Penyediaan air, diperoleh dari sungai sekitar kawasan pabrik
b. Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN.
1.3.6 Kebijakan Pemerintah
Sekarang ini dijalankan sistem otonomi daerah sehingga perlu diperhitungkan
jumlah pajak yang dipungut. Kemudahan pemerintah dalam hal perijinan
pendirian pabrik dan pengembangannya juga harus diperhatikan.
1.3.7 Masyarakat
Pemikiran masyarakat mengenai perindustrian, baik dalam hal polusi atau
limbah dan keuntungan yang diperoleh dari pendirian pabrik tersebut adalah
terbukanya lapangan pekerjaan.
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
4
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Asam laktat
Asam laktat yang mempunyai rumus molekul CH3CHOHCOOH ini pertama
kali ditemukan oleh seorang ahli kimia dari Swedia bernama Carl Wilhelm
Scheele pada tahun 1780. Proses pembuatan asam laktat ini terdiri dari dua cara,
yaitu proses sintesis kimia dan proses fermentasi.
1. Proses Sintesis Kimia
Dalam proses ini terjadi reaksi antara hidrogen sianiada dengan asetaldehide
yang menghasilkan lactonitrile. Reaksi ini berlangsung dalam fase cair dengan
tekanan tinggi. lactonitrile yang diperoleh kemudian di recovery dengan alat
destilasi untuk memurnikan. Setelah itu dilakukan hidrolisis asam sulfat atau asam
klorida untuk menghasilkan asam laktat dan garam ammonium. Asam laktat yang
dihasilkan, lalu diesterifikasi dengan metanol dan menjadi metil laktat. Metil
laktat tersebut lalu dihidrolisis dengan air, menghasilkan asam laktat dan metanol
yang selanjutnya dilakukan recycle.
Berikut reaksi yang terjadi dalam proses sintesis :
-
Penambahan sianida
katalis
CH3CHO + HCN
CH3CHOHCN …………………………...(1)
asetaldehide hidrogen sianida
-
Hidrolisis Asam Sulfat
CH3CHOHCN + H2O + ½ H2SO4
lactonitrile
-
air
asam sulfat
CH3CHOHCOOH + ½ (NH4)2SO4 ..(2)
asam laktat
ammonium sulfat
Esterifikasi
CH3CHOHCOOH + CH3OH
asam laktat
-
lactonitrile
methanol
CH3CHOHCOOCH3 + H2O …………..(3)
metil laktat
air
Hidrolisis oleh air
CH3CHOHCOOCH3 + H2O
metil laktat
air
CH3CHOHCOOH + CH3OH …………..(4)
asam laktat
methanol
2. Proses Fermentasi
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
5
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
Seperti pada proses sintesis, dalam proses fermentasi juga terdiri dari beberapa
tahap sebagai berikut (Narayanan et al, 2004):
-
Tahap fermentasi
fermentasi
(2CH3CHOHCOO-)Ca + 2H2O…………...(5)
C6H12O6 + Ca(OH)2
molasses kalsium hidroksida
-
kalsium laktat
air
Tahap penambahan H2SO4
(2CH3CHOHCOO-)Ca + H2SO4
kalsium laktat
2CH3CHOHCOOH + CaSO4……….(6)
asam sulfat
asam laktat
kalsium Sulfat
1.4.2 Pemilihan Proses
Dalam prarancangan pabrik ini dipilih proses fermentasi dalam pembuatan asam
laktat, dengan alasan sebagai berikut:
-
Bahan baku (molasses) mudah diperoleh dan ketersediaannya melimpah.
-
Prosesnya berlangsung pada tekanan dan suhu rendah.
-
Proses produksi berlangsung sederhana.
-
Yield yang dihasilkan 97% (Wee Y.J, 2006)
1.4.3 Kegunaan Produk
-
Industri makanan dan minuman
Sebagai pengatur pH dan penambah rasa.
-
Komponen utama pembuatan biopolimer Poly Lactic Acid (PLA).
-
Industri farmasi
Sebagai pengatur pH, dan larutan dialisis. (Wee Y.J, 2006)
1.4.4 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk
1.4.4.1 Bahan Baku
1. Molases
a. Sifat fisika
Rumus
: C17-18H26-27O10N
Bentuk
: cairan kental berwarna cokelat kehitaman
Titik didih
: 107°C
Specific gravity
: 1,4
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
6
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
Kelarutan dalam air
: sangat larut
pH
: 5,1
Titik beku
: -18oC
Komposisi utama (Data Molasses PG Gunung Madu Plantation Lampung Tengah)
sukrosa
: 38,94%
glukosa
: 14,43%
fruktosa
: 16,75%
abu
: 11,06%
air
: 18,82%
-
Sifat kimia
Banyak mengandung karbohidrat sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku
fermentasi alkohol atau fermentasi lain. (Saputro T, 2014)
2. Sukrosa
-
Sifat fisika
Rumus molekul
: C12H22O11.
Berat molekul
: 342,3 g/mol.
Berbentuk
: kristal.
Rasa
: manis.
kelarutan
: 179 g/100 mL (0°C)
Melting point
: 170°C
-
sifat kimia

sukrosa dapat dioksidasi dengan KMnO4, HNO3 dan peroksida.

Sukrosa dapat dihidrolisis secara enzimatis yang menghasilkan glukosa dan
(Perry and Green 7th ed, 1999)
fruktosa.
3. Glukosa
-
Sifat fisika
Rumus molekul
: C6H12O6
Berat molekul
: 180,16 g/mol
Titik leleh
: 146°C
Densitas
: 1,544 g cm-3
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
7
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
-
Sifat kimia
Glukosa lebih mudah larut dalam air daripada sukrosa, selain itu glukosa juga
larut dalam etanol dan eter.
(Chen and Chou, 1993)
b.Bahan Baku Penunjang
1. Air
-
Sifat fisika
Rumus Molekul
: H2O
Massa Molar
: 18,0153 g/mol
Densitas
: 999,793 kg/m³ (273,15 K)
Titik Didih
: 100°C
-
Sifat kimia
Air merupakan pelarut universal karena dapat melarutkan berbagai zat kimia.
(Perry and Greeen 7th ed, 1999)
2. Asam Sulfat
-
Sifat fisika (data dari PT. Metabisulphite Nusantara):
Rumus molekul
: H2SO4
Berat molekul
: 98,08 g mol-1
Titik leleh (°C)
: 10,49°C
Kadar
: 40-60%
Sifat kimia
1. Dengan basa membentuk garam dan air.
Reaksi : H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + H2O………………………………………(7)
2. Dengan alkohol membentuk eter dan air.
Reaksi : 2C2H5OH + H2SO4 C2H5OC2H5 + H2O + H2SO4………………………(8)
(Perry and Green 7th ed, 1999)
3. Kalsium Hidroksida Ca(OH)2
-
Sifat fisika (data dari PT. Aneka Kimia Inti):
Wujud
: padatan
Rumus Molekul
: Ca(OH)2
Berat Molekul
: 74,093 g mol-1
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
8
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
Kelarutan
: 0,185 g/100 mL (0°C)
Kadar
: 70%
-
Sifat kimia
Ketika dipanaskan sampai suhu 510°C akan terdekomposisi menjadi kalsium
oksida dan air.
Ca(OH)2
kalsium hidroksida
CaO
+
H2O…………………………………(9)
kalsium oksida
air
(Perry and Green 7th ed, 1999)
4. Lactobacillus delbrueckii
-
Sifat fisika
Wujud
: padatan
Spesies
: Lactobacillus delbrueckii
Berat Molekul
: 25,5 g mol-1
Densitas
: 3340 kg m-3
Titik didih
: 333,56°C
-
Sifat kimia
Dapat mengubah karbohidrat menjadi Asam Laktat dan bekerja optimal pada suhu
46°C.
5. Malt
-
Sifat fisika
Wujud
: padatan
Berat molekul
: 416,189 g mol-1
Densitas
: 4761 kg m-3
Titik didih
: 2183,87°C
6. Yeast
-
Sifat fisika
Wujud
: padatan
Berat molekul
: 23,9 g mol-1
Densitas
: 4376 kg m3
Titik didih
: 495,27°C
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
9
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
7. Diammonium fosfat
-
Sifat fisika (dari data PT. Sinar Kimia Utama):
Wujud
: padatan
Rumus molekul
: (NH4OH)2PO4
Berat molekul
: 132,06 g mol-1
Kelarutan
: 131 g/100 mL (15°C)
Kemurnian
: 98%
-
Sifat kimia
Ion ammonium akan terkonversi menjadi ammonium pada pH tinggi.
(Perry and Green 7th ed, 1999)
8. Magnesium sulfat
-
Sifat fisika (dari data PT. Aneka Kimia Inti):
Wujud
: padatan
Rumus molekul
: MgSO4
Berat molekul
: 120,37 g mol-1
Kadar
: 99%
Titik leleh
: 1185°C
Kelarutan dalam air
: 26,9 g/100 ml (0°C)
-
Sifat kimia

Kelarutan dalam air sangat tinggi.

Jenis anhidrat memiliki sifat higroskopis yang kuat.
(Perry and Green 7th ed, 1999)
9. Asam fosfat
-
Sifat fisika (dari data PT. Garuda Mas Lestari):
Wujud
: cair
Rumus molekul
: H3PO4
Berat molekul
: 98 g mol-1
Kadar
: 85%
Titik leleh
: 42,35°C
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
10
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
-
Sifat kimia
Asam fosfat akan terdekomposisi jika kontak dengan alcohol, aldehid, sianida,
(Perry and Green 7th ed, 1999)
keton, ester dan sulfida.
c. Produk
1. Asam Laktat
-
Sifat fisika
Wujud
: Cairan
Rumus Molekul
: CH3CHOHCOOH
Berat Molekul
: 90,079 g mol-1
Specific gravity
: 1,249
Titik didih
: 122°C
Titik lebur
: 16,8°C
-
Sifat kimia
Larut dalam air dingin dan lebih larut dalam air daripada pelarut lainnya.
(Perry and Green 7th ed, 1999)
2. Kalsium Sulfat
-
Sifat fisika
Wujud
: padatan putih
Rumus Molekul
: CaSO4
Berat Molekul
: 136,14 g/mol
Specific grafity
: 2,96
Titik lebur
: 1450°C
Kelarutan
: 0,298 g/100 g H2O pada 20°C.
-
Sifat kimia
Pemanasan pada suhu 100°C dan 150°C akan terjadi reaksi dehidrasi sampai 75%
air yang terkandung di dalam struktur kimianya. Pada suhu 170°C digunakan
dalam proses kalsinasi dalam industri.
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
(Perry and Green 7thed, 1999)
11
Prarancangan Pabrik Asam Laktat dari Molases dengan Proses
Fermentasi
Kapasitas 8.000 ton/tahun
Pendahuluan
1.5 Tinjauan Proses secara Umum
Proses pembuatan Asam Laktat secara fermentasi ini terdiri dari tiga tahap
yaitu tahap hidrolisis sukrosa, tahap fermentasi, dan tahap penambahan asam
sulfat. Pada tahap hidrolisis ini ditambahkan yeast untuk membantu mengubah
sukrosa menjadi glukosa. Proses ini dilakukan di dalam reaktor hidrolisis
berlangsung pada kondisi suhu 40°C dan tekanan atmosfer. Selanjutnya, glukosa
yang dihasilkan dari hidrolisis dilakukan fermentasi pada fermentor dengan
penambahan bakteri lactobacillus delbrueckii dan berlangsung pada suhu antara
46°C tekanan atmosfer. Selain ditambahkan bakteri, dalam fermentor juga
ditambahkan kalsium hidroksida agar terbentuk kalsium laktat. Kalsium laktat
yang terbentuk kemudian di tambahkan asam sulfat sehingga menghasilkan asam
laktat sebagai produk utama dan kalsium sulfat sebagai produk samping.
Reaksi (Narayanan et al, 2004):
yeast
C12H22O11 + H2O
C6H12O6 + C6H12O6……………………..(10)
sukrosa
glukosa
air
(2CH3CHOHCOO-)Ca + 2H2O…...............(11)
C6H12O6 + Ca(OH)2
Glukosa
fruktosa
kalsium hidroksida
kalsium laktat
air
(2CH3CHOHCOO-)Ca + H2SO4
2CH3CHOHCOOH + CaSO4……....(12)
kalsium laktat
asam laktat
asam sulfat
Nia Fitria
D 500 090 001
Universitas Muhammadiyah Surakarta
kalsium sulfat
12