Publikasi Ilmiah Tahun:

Klik tahun di bawah ini untuk melihat rincian publikasi ilmiah.

Pengabdian Masyarakat Tahun:

Klik tahun di bawah ini untuk melihat rincian pengabdian masyarakat.

PRA DESAIN PABRIK

FRAKSINASI LIGNOSELULOSA DARI TKKS MENGGUNAKAN METODE STEAM EXPLOSION

A. Deskripsi

Pemanfaatan sumber daya alam terbarukan, saat ini, melalui penerapan teknologi poses kimia yang baru dan canggih ataupun melalui modifikasi proses yang sudah ada memberikan hasil dan peluang baru yang sangat besar ini. Lignoselulosa adalah salah satu sumber daya terbarukan, biomassa, yang ketersediaannya sangat melimpah. 

Saat ini, biomassa seperti kayu bakar, limbah pertanian umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak, bahan bakar untuk boiler dan proses termal lainnya di industri kecil dan menengah. Namun juga dapat diubah menjadi bahan bakar gas dan cair seperti dalam bentuk etanol dan biodiesel melalui proses fermentasi ataupun proses reaksi. 

Sebagai penghasil kelapa sawit terbesar dunia, potensi ketersediaan biomassa berupa limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) turut melimpah. Sebagai prediksi, satu ton Tandan Buah Segar (TBS) kelapa sawit yang diolah akan dihasilkan tandan buah kosong 23%. TKKS memiliki potensi besar untuk dimanfaatkan karena kandungan lignoselulosanya. Oleh karena itu, tugas desain pabrik kali ini adalah memanfaatkan limbah biomassa TKKS menghasilkan produk antara (lignin, selulosa, dan hemiselulosa) melalui metode steam explosion. 

B. Uraian Proses 

Uraian proses yang ditawarkan terbagi menjadi tiga area proses yaitu:  pre-treatment yang berfungsi untuk membersihkan bahan baku dan mereduksi ukurannya; area kedua, fraksinasi, untuk memisahkan hemiselulosa dari TKKS yang telah melalui proses pre-treatment dan meluruhkan lignin dari selulosa. Selanjutnya, area proses ketiga, proses presipitasi, dengan penambahan asam kuat untuk mengendapkan lignin dari black liquor. Area akhir, area pendukung untuk proses pemisahan dan pengeringan. 

Sebelum diolah, TKKS mengalami proses pre-treatment terlebih dahulu melalui pencucian, size reduction dan drying. TKKS dari gudang penyimpanan (F-110) dipindahkan menggunakan belt conveyor (J-111) ke proses pencucian (Rotary Washer, A-120) guna menghilangkan pengotor. TKKS yang telah bersih diangkut dengan bucket elevator (J-125) untuk direduksi ukurannya menjadi 8 – 12 mm di shredder (C-130). Serabut TKKS selanjutnya disimpan di tangki penyimpanan (F-134) dan selanjutnya masuk ke reaktor steam explosion melalui weigh belt feeder (J-135) dan bucket elevator (J-136). Pada tahap ini, TKKS dikontakkan dengan steam (200oC) selama 10 menit dengan tekanan tangki 16 bar.  Setelah steam explosion terkompresi, TKKS treated menuju ke tangki flash (F-141) dan ditransportasikan dengan screw conveyor (J-143) menuju proses selanjutnya, fraksinasi.

Pada tahap fraksinasi, TKKS yang sudah hancur akibat proses steam explosion akan melalui dua tahap fraksinasi. Ekstraksi tahap pertama, TKKS menggunakan screw conveyor (J-143) menuju centrifuge (H-210) dan berkontak dengan air (70oC), yang selanjutnya dipisahkan dengan centrifuge (H-210); maka akan diperoleh supernatant yang mengandung sebagian besar hemiselulosa dan air, serta cake/pellet yang mengandung sebagian besar selulosa dan lignin. Supernatant yang mengandung hemiselulosa dan air kemudian selanjutnya menuju Tangki Penampungan Hemiselulosa (F-213). Sedangkan cake/pellet, selulosa dan lignin, diproses lanjut di reaktor ekstraksi (R-220) menggunakan screw conveyor (J-212). 

Ekstraksi tahap kedua terjadi di reaktor ekstraksi (R-220) dengan bantuan NaOH sebagai katalis. Kondisi reaktor delignifikasi (R-220) memiliki konsistensi NaOH 0,05 g/g serat, 100°C, pH = 13 dan 30 menit. Setelah proses delignifikasi, slurry dialirkan menuju centrifuge (H-223) untuk dipisahkan. Centrifuge (H-223) akan menghasilkan supernatan kaya akan lignin (black liquor) dan cake/pellet yang terdiri dari sejumlah besar selulosa dan sedikit sisa lignin. Filtrat ini akan dilanjutkan ke proses selanjutnya, proses presipitasi. Sedangkan cake/pellet disalurkan menuju tray dryer (B-225) untuk dikeringkan, dihancurkan pada fine crusher (C-226), kemudian serbuk selulosa yang dihasilkan disimpan dalam tangki penampungan selulosa (F-229).

Larutan black liquor dari centrifuge (H-223) akan mengalami proses lanjutan, proses presipitasi. Proses presipitasi ini menggunakan asam sulfat untuk mengendapkan lignin yang ada pada black liquor. Proses presipitasi berlangsung pada precipitation tank (F-230) suhu 80°C, pH= 1,5-2,0 dan waktu kontak 10 menit.  Larutan dengan endapan lignin yang dihasilkan selanjutnya dipisahkan  menggunakan belt filter press (H-231), hingga 30% kandungan air yang ada berhasil dipisahkan. Lignin berbentuk cake kemudian dikeringkan menggunakan tray dryer (B-232), dihancurkan menggunakan fine crusher (C-233), dan kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan lignin (F-236). 

Dalam proses produksi lignin ini digunakan centrifuge memisahkan antara zat padat dan cair. Centrifuge digunakan pada beberapa proses antara lain adalah pada proses ekstraksi dengan air dan proses pemisahan hasil ekstraksi dengan NaOH. Pada saat proses ekstraksi dengan air, centrifuge (H-210) berfungsi sebagai pemisah dari hasil ekstraksi tersebut antara padatan serat yang mengandung lignin dan cairan yang mengandung hemiselulosa. Cairan yang mengandung hemiselulosa akan di pompa menuju tangki penyimpanan hemiselulosa (F-213), kemudian aliran yang mengandung sebagian besar selulosa dan lignin akan dipindahkan menggunakan screw conveyor (J-212) menuju ke reaktor ekstraksi (R-220) untuk dilakukan proses ekstraksi menggunakan NaOH. Hasil ekstraksi NaOH akan dipompa masuk ke dalam centrifuge (H-223) untuk dilakukan proses pemisahan antara cake mengandung selulosa dan larutan mengandung lignin. Kondisi operasi yang digunakan untuk seluruh proses pemisahan antara padatan dan cairan dengan menggunakan centrifuge ini adalah pada suhu 30oC dan tekanan 1,013 bar. Kondisi operasi normal digunakan karena pada proses pemisahan ini tidak terjadi suatu reaksi, dan sistem kerja untuk pada centrifuge adalah melibatkan gaya sentrifugal unutk sedimentasi campuran yang heterogen, dimana bahan akan dimasukan kedalam suatu tabung dan akan diputar dengan kencang. Komponen campuran yang lebih padat bermigrasi menjauh dari sumbu centrifuge sehingga menyebabkan endapan (pelet) yang berkumpul didasar tabung, sementara komponen campuran yang kurang padat bermigrasi ke arah sumbu (cairan). 

Proses pemisahan lainnya menggunakan belt filter press (H-231) bertujuan untuk melakukan pemisahan padat-cair dengan ekstrusi mekanis. Belt filter press menghasilkan cake keluaran padatan yang biasanya mengandung 20-30% massa solid. Suhu proses selama pemisahan berlangsung pada suhu ruang 30oC dan tekanan proses berlangsung mengikuti tekanan yang diberikan oleh roller pengepresan.

Tahapan proses terakhir yaitu proses pengeringan, hal ini digunakan untuk menghilangkan/mengurangi kadar air dalam suatu bahan yaitu pada produk selulosa dan lignin. Selulosa yang dipisahkan dari black liquor menggunakan centrifuge kemudian dikeringkan menggunakan tray dryer. Selulosa yang sudah kering tersebut selanjutnya dihancurkan menggunakan fine crusher agar dapat membentuk bubuk selulosa. Hasil selulosa bubuk ini akan disalurkan ke dalam tangka penyimpanan selulosa (F-229). 

Proses pengeringan juga dibutuhkan untuk menghasilkan lignin berupa bubuk. Setelah proses pengepresan dengan belt filter press (H-231), padatan lignin yang masih mengandung air dimasukan kedalam tray dryer (B-232) untuk dikeringkan.Sama dengan selulosa, padatan lignin yang sudah kering kemudian dihancurkan menggunakan fine crusher membentuk bubuk lignin. Hasil lignin bubuk akan disalurkan kedalam tangki penyimpanan lignin (F-236).