Makalah Proses Industri Kimia - Gula PDF

Preview

Summary

MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA“INDUSTRI GULA”Dosen Pengampu: Ir. Lucky Indrati Utami, MDisusun oleh: Ayu Septiafani (19031010092) Moch. Iqbal Khadafi (19031010094) Elsyaff Visshilmi Kaffah (19031010105) Fauzah Fitriah Salsabila (19031010131)PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PEMBA...

Description

MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA “INDUSTRI GULA”

Dosen Pengampu: Ir. Lucky Indrati Utami, M.T

Disusun oleh: Ayu Septiafani

(19031010092)

Moch. Iqbal Khadafi

(19031010094)

Elsyaff Visshilmi Kaffah

(19031010105)

Fauzah Fitriah Salsabila

(19031010131)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAWA TIMUR SURABAYA 2021

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hidayahnya sehingga penyusun dapat menyelesaikan makalah tentang industri gula, dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca. Dalam penyusunan makalah ini, tidak sedikit hambatan yang penyusun hadapi. Namun penyusun menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan materi ini tidak lain berkat bantuan, dorongan, dan bimbingan orang tua, sehingga kendalakendala yang penyusun hadapi teratasi. Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas dan menjadi sumbangan pemikiran kepada pembaca khususnya para mahasiswa Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur. Penyusun sadar bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Untuk itu kritik dan saran diperlukan demi perbaikan penyusunan dimasa yang akan datang

Surabaya, 19 Mei 2021

Penyusun

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................. i DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 I.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1 I.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 2 I.3 Tujuan ............................................................................................................ 2 I.4 Manfaat .......................................................................................................... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 3 II.1 Karakteristik Gula ......................................................................................... 3 II.2 Bahan Baku dan Sumber Gula ...................................................................... 3 II.3 Proses Pembuatan Gula ................................................................................ 4 II.4 Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah Pabrik Gula.................................... 13 BAB III PENUTUP .............................................................................................. 18 III.1 Kesimpulan ................................................................................................ 18 III.2 Saran .......................................................................................................... 18 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 19

ii

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Industri merupakan salah satu hal yang penting dalam pemenuhan kebutuhan manusia. Suatu industri harus fleksibel secara teknis, ekonomis, memperhatikan aspek keselamatan yang maksimal dan mempunyai dampak lingkungan yang minimal. Dengan memasukkan pertimbangan aspek lingkungan dapat menghasilkan suatu industri yang berwawasan lingkungan. Konsep industri berwawasan lingkungan sangat penting diterapkan mengingat daya dukung alam semakin menurun dibandingkan pertumbuhan industri yang begitu cepat. Sebagai contoh kawasan industri berbasis pengolahan tebu. Tebu merupakan bahan baku pembuatan gula. Gula merupakan salah satu kebutuhan pangan dan ditetapkan oleh negara sebagai salah satu komoditi perdagangan utama. Indonesia merupakan salah satu negara yang terletak di kawasan tropis. Hal ini menjadikan Indonesia menjadi negara yang memiliki keunggulan komparatif sebagai penghasil gula tebu. Gula paling banyak diperdagangkan dalam bentuk kristal sukrosa padat. Gula digunakan untuk mengubah rasa menjadi manis dalam makanan atau minuman. Gula adalah suatu karbohidrat sederhana yang menjadi sumber energi Gula sederhana seperti glukosa yang diproduksi dari sukrosa dengan enzim atau hidrolisis asam menyimpan energi yang akan digunakan oleh sel. Gula sebagai sukrosa diperoleh dari nira tebu, bit gula, atau aren. Meskipun demikian, terdapat sumber-sumber gula minor lainnya, seperti kelapa. Sumber-sumber pemanis lain, seperti umbi dahlia, anggur, atau jagung, juga menghasilkan semacam gula/pemanis namun bukan tersusun dari sukrosa. Proses untuk menghasilkan gula mencakup tahap ekstraksi (pemerasan) diikuti dengan pemurnian melalui distilasi (penyulingan).

1

I.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana karakteristik dari gula ? 2. Apa bahan baku pembuatan gula ? 3. Bagaimana proses pembuatan gula ? 4. Bagaimana proses pengolahan dan pemanfaatan limbah pabrik gula ?

I.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui dan memahami karakteristik gula 2. Untuk mengetahui dan memahami bahan baku dan proses pembuatan gula 3. Untuk mengetahui dan memahami proses pengolahan dan pemanfaatan limbah pabrik gula

I.4 Manfaat 1. Sebagai media pembelajaran mengenai proses industri gula. 2. Sebagai sarana dalam pengetahuan tentang industri gula.

2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Karakteristik Gula Gula merupakan salah satu bahan makanan pokok di Indonesia. Rata-rata manusia di Indonesia mengonsumsi gula sebanyak 12-15 kg per tahun. Dengan semakin bertambahnya jumlah penduduk, tentu kebutuhan akan gula akan semakin meningkat pula. Di Indonesia gula kristal yang konsumsi sehari-hari didominasi oleh gula tebu. Gula kristal ini dibuat dan diproses dari tanaman tebu. Bagi penduduk di daerah pedesaan Jawa tentu sudah sangat kenal dengan Tebu ini. Tanaman ini merupakan jenis tanaman semusim yang dipanen atau ditebang satu tahun sekali. Dalam kalangan Internasional tebu mempunyai nama ilmiah Saccharum Officinarum L. Jenis tanaman ini termasuk dalam famili gramineae atau kelompok rumput-rumputan. Gula memiliki karakteristik sebagai berikut: a. Nama senyawa: Sukrosa b. Rumus molekul : C12H22O11 c. Berat molekul : 342,3 g/mol d. Bentuk : padatan e. Warna : putih f. Bau : khas karamel g. Densitas : 1,587 g/cm3 h. Kelarutan (25C) : 2000 g/liter air i. Titik leleh : 186 oC

II.2 Bahan Baku dan Sumber Gula Sumber gula di Indonesia sejak masa lampau adalah cairan bunga (nira) kelapa dan cairan batang tebu. Gula yang terdapat dalam tanaman tebu merupakan hasil proses asimilasi. Proses asimilasi hanya dapat dilakukan oleh tanaman yang

3

terjadi di dalam hijau daun dengan bantuan sinar matahari. Tebu adalah tumbuhan asli dari nusantara terutama di bagian timur. Tebu merupakan tanaman yang efisien dan menjadi bahan baku utama industri gula di Indonesia. Tujuan dari industri gula yaitu membuat sukrosa (gula) yang terlarut dalam nira menjadi kristal. Pada umumnya tebu memiliki komposisi sebagai berikut : Tabel 1. Komposisi pada tebu Komposisi

Kadar

Sukrosa

11-19 %

Gula Reduksi

0.5-1.5 %

Senyawa Anorganik

0.5-1.5 %

Asam Anorganik

0.15 %

Sabut

16-19 %

Zat Warna

8-9 %

Air

65-75% (Masyhuri,2015)

II.3 Proses Pembuatan Gula

Gambar 1. Flowsheet Industri Gula 4

Gambar 2. Diagram alir Industri gula

Pada umumnya pemrosesan tebu di pabrik gula dibagi menjadi beberapa tahap yang dikenal dengan proses pemerahan (gilingan), pemurnian, penguapan, kristalisasi, pemisahan dan penyelesaian (sugar handling).

5

A. GILINGAN Langkah pertama dalam proses pembuatan gula adalah pemerahan tebu di gilingan. Pada proses ini tebu yang ditebang dari kebun dicacah menggunakan alat pencacah tebu. Biasanya terdiri dari cane cutter, hammer shredder atau kombinasi dari keduanya. Tebu diperah menghasilkan “nira” dan “ampas”. Pemerasan batang tebu dilakukan diantara rol-rol yang berputar sehingga nantinya akan diperoleh nira yang sebanyak-banyaknya. Tetapi sebelum tebu masuk dalam tahap penggilingan ada pengerjaan pendahuluan berupa dihancurkannya batang tebu agar proses ketika masuk dalam penggilingan lebih mudah. Alat yang digunakan dalam tahap ini adalah pisau tebu (memotong bagian batang tebu menjadi bagian yang pendek), Crusher (2 buah silinder dengan permukaan yang kasar berputar sampai nira tebu terperas keluar), Pengiris/Shredder (mengiris atau mencacah batang tebu dan biasanya diletakkan sesudah Crusher). Tahap penggilingan merupakan tahapan di mana nira dari tebu akan diperah / diambil sebanyak-banyaknya. Batang tebu yang sudah mengalami perlakuan pendahuluan pada alat – alat pencacah tadi akan diperah di dalam alat penggilingan. Bagian pokok dalam gilingan adalah terdiri dari 3 buah silinder yang permukaan silinder nya terdapat alur - alur yang relatif lebih halus dibandingkan dengan Crusher. Adanya alur - alur ini agar proses penekanan dapat berjalan dengan baik karena tidak dapat dikurangi terjadinya slip pada saat batang tebu melewati ruang antara 3 buah silinder tersebut saat berputar. Karena terdapat 3 buah silinder dalam 1 gilingan maka dalam setiap penggilingan batang tebu akan mengalami pemerasan 2 kali. Alur proses yang terjadi dalam tahap penggilingan ini adalah proses penggilingan akan menghasilkan nira. Nira perahan langsung menuju sarangan untuk dipisahkan antara nira dan ampas yang masih terbawa dan ditampung dalam Bak Sedimentasi untuk mengendapkan kerikil / kotoran yang mungkin terbawa dan akan langsung ditampung dalam timbangan untuk mengetahui berapa berat nira. Pemberian air imbibisi ini sebanyak 25 - 30 % dari berat tebu dengan suhu 80 °C. Pada pemberian air imbibisi ini jika terlalu banyak akan

6

memberatkan pada tahap penguapan dan jika terlalu sedikit maka kadar gula dalam ampas akan semakin banyak yang hilang. Ditambahkannya air ini agar mempermudah proses pemerahan ampas yang kandungan niranya semakin kecil.

B. PEMURNIAN Pemurnian bertujuan untuk memisahkan nira dengan zat bukan gula. Nira mentah hasil dari tahap penggilingan masih mengandung banyak impurities yang harus dihilangkan karena dapat mengganggu proses selanjutnya. Tahap pemurnian ini merupakan salah satu penentu kualitas gula yang dihasilkan. Nira mentah dari tahap penggilingan masuk ke Bolougne sehingga dapat diketahui berat nira dari display. Pada Bolougne ini, nira mentah ditambah dengan asam phospat (H3PO4). Setelah itu masuk ke Juice Heater dengan suhu 70 - 750C. Suhu tersebut merupakan suhu optimum di mana kehilangan gula karena inversi akibat pemanasan nira mentah (pH = ± 5,5) dapat diminimalisir dengan waktu pemanasan sependek mungkin. Dari Juice Heater, nira dipompa masuk ke Static Tank dan ditambah dengan air kapur (Ca(OH)2) dan nira kental, yang disebut Saccharat untuk meningkatkan pH karena jika pH rendah dapat terjadi inversi. Reaksi : Ca(OH)2 -----> Ca2+ + 2 OH3Ca2+ + 2PO4 ------> Ca3(PO4)2 Campuran Saccharat dan nira mentah dipompa masuk Sulfit Tower dari bagian atas dan di kontakkan dengan gas SO2 dari bagian bawah (secara counterflow) sehingga gas SO2 yang terbuang ke udara seminimal mungkin dan pemurnian semaksimal mungkin, kemudian direaksikan pada Reaction Tank yang ada pengaduknya agar homogen dan pH netral, karena jika pH terlalu tinggi dapat merusak unsur yang ada pada gula dan mempengaruhi kualitas gula. Reaksi yang terjadi adalah : Ca(OH)2 + H2SO3 -----> CaSO3 + 2H2O CaSO3 yang terbentuk merupakan endapan incompressible yang dapat mengikat kotoran (zat bukan gula) dalam nira dan mereduksi ion - ion ferri

7

menjadi ferro sehingga warnanya lebih pucat. Dari Reaction Tank, nira dipompa ke Juice Heater untuk dipanaskan sampai suhu 105 – 110 oC , di mana pemanasan kedua ini bertujuan untuk menyempurnakan reaksi sebelumnya yaitu antara Ca2+ dengan Phosphat, menurunkan viskositas nira sehingga pengendapannya lebih cepat, dan mengeluarkan gas - gas yang terlarut dalam nira agar tidak mengganggu jalannya proses pengendapan dari partikel-partikel endapan yang terbentuk. Nira masuk ke Flash Tank untuk memisahkan gas - gas impurities yang terdapat pada nira, di mana jika gas-gas impurities tersebut jika tidak dihilangkan dapat menyebabkan gaya keatas partikel-partikel yang seharusnya mengendap dan dapat mengganggu proses pengendapan di Clarifier. Nira dipompa ke Clarifier untuk mengalami pemisahan antara nira jernih dan endapan hasil flokulasi. Flokulasi dilakukan dengan menambahkan Flokulan berupa super flok dengan kecepatan putar 12 rpm. Nira jernih hasil flokulasi kemudian disaring kembali pada DSM Screen untuk memisahkan nira jernih dari impurities-impurities yang terkandung pada nira jernih. Sedangkan hasil pengendapan ditransfer ke Rotary Vacuum Filter untuk memisahkan blotong dengan nira tapis yang masih terdapat pada blotong. Cara kerja Rotary Vacuum Filter adalah dalam keadaan vakum, tekanan vakum menarik liquid melalui medium filter di permukaan drum yang menahan padatan. Tekanan vakum mendorong gas melalui cake dan gas tersebut akan mendorong liquid masuk ke dalam, di mana nira hasil proses dari Rotary Vacuum Filter dipompa kembali ke Bolougne untuk diproses lagi dan nira jernih yang dihasilkan dipompa ke tahap penguapan. Proses pemurnian ini dapat dilakukan secara fisis maupun kimiawi. Secara fisis dengan cara penyaringan sedangkan secara kimia melalui pemanasan, pemberian bahan pengendap. Pada proses pemurnian nira terdapat tiga buah jenis proses, yaitu : a. Defekasi Dalam proses defekasi pemurnian nira dilakukan dengan penambahan susu kapur sebagai reagen. Reaktor untuk proses defekasi ini dinamakan

8

defekator dan didalamnya terdapat pengaduk sehingga larutan yang bereaksi dalam defekator menjadi homogen. b. Sulfitasi Pemurnian cara sulfitasi hasilnya lebih baik dibandingkan dengan cara defekasi, karena telah dapat dihasilkan gula yang berwarna putih. Cara pemurnian ini menggunakan kapur dan SO2 sebagai bahan pembantu pemurnian. Pemberian kapur pada cara ini dilakukan secara berlebih, kemudian kelebihan kapur ini akan dinetralkan oleh gas SO 2, sehingga terbentuk ikatan garam kapur yang dapat mengendap. Reaksi Pemurnian Cara Sulfitasi: SO2 + H2O ----> H2SO3 Ca(OH)2 + H2SO3 ----> CaSO3 + 2H2O Ca(OH)2 + SO2 -----> CaSO3 + H2O Endapan CaSO3 yang terbentuk dapat mengabsorbsi partikel-partikel koloid yang berada di sekitarnya, sehingga kotoran yang terbawa oleh endapan semakin banyak. Gas SO2 juga mempunyai sifat dapat memucatkan warna, sehingga diharapkan dapat dihasilkan kristal dengan warna yang lebih terang, khususnya pada nira kental penguapan. c. Karbonatasi Proses ini dilakukan dengan menggunakan susu kapur dan gas CO2 sebagai bahan pembantu. Susu kapur yang ditambahkan pada cara ini lebih banyak dibandingkan cara sulfitasi, sehingga menghasilkan endapan yang lebih banyak. Kelebihan susu kapur yang terdapat pada nira dinetralkan dengan menggunakan gas CO2. Reaksi yang terjadi adalah: Ca(OH)2 + CO2 ----> CaCO3 + H2O

C. PENGUAPAN Hasil dari proses pemurnian adalah “nira jernih” (clear juice). Langkah selanjutnya dalam proses pengolahan gula adalah proses penguapan. Penguapan dilakukan dalam bejana evaporator. Tujuan dari penguapan nira

9

jernih adalah untuk menaikkan konsentrasi dari nira mendekati konsentrasi jenuhnya. Pada proses penguapan menggunakan multiple effect evaporator dengan kondisi vakum. Penggunaan multiple effect evaporator dengan pertimbangan untuk menghemat penggunaan uap. Sistem multiple effect evaporator terdiri dari 3 buah evaporator atau lebih yang dipasang secara seri. Di pabrik gula biasanya menggunakan 4 (quadrupple) atau 5 (quintuple) buah evaporator. Pada proses penguapan air yang terkandung dalam nira akan diuapkan. Uap baru digunakan pada evaporator badan I sedangkan untuk penguapan pada evaporator badan selanjutnya menggunakan uap yang dihasilkan evaporator badan I. Penguapan dilakukan pada kondisi vakum dengan pertimbangan untuk menurunkan titik didih dari nira. Karena nira pada suhu tertentu ( > 1250 C) akan mengalamai karamelisasi atau kerusakan. Dengan kondisi vakum maka titik didih nira akan terjadi pada suhu 700 C. Produk yang dihasilkan dalam proses penguapan adalah ”nira kental” .Alat-alat yang digunakan pada tahap penguapan antara lain adalah : a) Voor Cokker : mengurangi beban kerja Evaporator. b) Evaporator : menghilangkan uap air yang terdapat dalam nira jernih hingga menjadi nira kental. Kekentalan nira yang diharapkan dari proses evaporasi ini adalah antara 30 – 35 Be (Beume). c) Kondensor : membuat kondisi vacum dan menarik uap gas hasil penguapan. Cara kerjanya adalah pengembunan steam hasil penguapan dengan mengontakkan dengan air sehingga terjadi penurunan suhu. d) Pompa Vacuum : menarik gas-gas yang tidak terembunkan dan mengeluarkannya dari Kondensor. e) Pompa Air Injeksi : memompakan air injeksi ke dalam Kondensor sehingga uap yang masuk ke Kondensor akan berkontak dengan air dan mengakibatkan terjadinya pengembunan dan penurunan suhu. (Very, 2014)

10

D. KRISTALISASI Proses kristalisasi adalah proses pembentukan kristal gula. Sebelum dilakukan kristaliasi nira kental terlebih dahulu direaksikan dengan gas SO2 sebagai bleaching dan untuk menurunkan viskositas masakan (nira). Dalam proses kristalisasi gula dikenal sistem masak ACD, ABCD, ataupun ABC. Tingkat masakan (kristalisasi) tergantung pada kemurnian nira kental. Apabila HK nira kental > 85 % maka dapat dilakukan empat tingkat masakan (ABCD). Dan apabila HK nira kental < 85 % dilakukan tiga tingkat masakan (ACD). Pada saat ini dengan kondisi bahan baku yang rendah pabrik gula menggunakan sistem masakan ACD, dengan masakan A sebagai produk utama. Langkah pertama dari proses kristalisasi adalah menarik masakan (nira pekat) untuk diuapkan airnya sehingga mendekati kondisi jenuhnya. Dengan pemekatan secara terus menerus koefisien kejenuhannya akan meningkat. Pada keadaan lewat jenuh maka akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. Setelah itu langkah membuat bibit, yaitu dengan memasukkan bibit gula kedalam pan masak kemudian melakukan proses pembesaran kristal. Pada proses masak ini kondisi kristal harus dijaga jangan sampai larut kembali ataupun terbentuk tidak beraturan. Setelah diperkirakan proses masak cukup, selanjutnya larutan dialirkan ke palung pendingin (receiver) untuk proses Na – Kristalisasi. Tujuan dari palung pendingin ialah melanjutkan proses kristalisasi yang telah terbentuk dalam pan masak, dengan adanya pendinginan di palung pendingin dapat menyebabkan penurunan suhu masakan dan nilai kejenuhan naik sehingga dapat mendorong menempelnya sukrosa pada kristal yang telah terbentuk. Untuk lebih menyempurnakan dalam proses kristalisasi maka palung pendingin dilengkapi pengaduk agar dapat sirkulasi. Alat – alat yang digunakan pada tahap masakan : a) Pan Masakan : menguapkan air dari nira kental yang dihasilkan dari tahap penguapan untuk mendapatkan kristal gula dari nira kental. Pan Masakan ini bekerja pada kondisi vacum. b) Kondensor: mengembunkan uap nira. Beroperasi dalam keadaan vacum. c) Pompa Vacum : menarik gas – gas yang tidak terembunkan dan mengeluarkannya dari dalam Kondensor sehingga terjadi kondisi vacum.

11

d) Pipa Saluran Uap Bekas: menyalurkan uap bekas dari turbin – turbin uap di gilingan, Power House dan Boiler. Hasil dari tahap masakan disebut Mascuite, sedangkan prosesnya disebut Kristalisasi. Terjadinya kristal gula adalah karena larutan nira kental memiliki konsentrasi lewat jenuh, sehingga gula tersebut akan terpisah dari larutan nira dalam bentuk kristal yang teratur. Proses kristalisasi harus berlangsung sebaik mungkin jika : 1. Hasil kristal gula memenuhi spesifikasi yan...