PPT Bioreaktor

8/18/2019 PPT Bioreaktor

1/39

Perancangan Bioreaktor

untuk Produksi Bioetanol

Kelompok 2

Andrey Sapati Wirya (1306412161

Kamila !ut"#ia Putri (13064121$3

!ut"#iana A%i%a" (13063&0$66

'erry u"ammad ) (13063&0&&0

*nik +uliantina ,is-i (13063&0$$2


2/39

DASAR

EORI


3/39

Proses Produksi Bioetanol

Penyiapan Bahan Baku

Gelatinisasi

Fermentasi

Destilasi


4/39

Substrat Fermentasi

.6/12)6

Glukosa

Glukosa adalah salah satu

monosakarida sederhana yang

mempunyai rumus molekul C6H12O6.

Glukosa tergolong gula tunggal .


5/39

Proses Fermentasi

.6/12)6 /2)

2.2/)/ 2.)2 energi(glukosa + air etanol + karbon dioksida)Saccharomyces

cerevisiae S-33

)perating

.ondition

' 6$ 35

P ≤ 1$& psia


6/39

Suhu

pH

Oksigen

nsur Hara

!edia Fermentasi

Pengadukan

Starter

"atalis

Faktor Dalam ProduksiBioetanol


7/39

Jenis-JenisBioreaktor


8/39

Reaktor Batch

"inetika pertum#uhan dalam #ioreaktor batch

Dengan menggunakan persamaan kontinuitas$

•


9/39

Reaktor Batch

Pada reaktor batch$ persamaan kinetika pertum#uhan dapat disusun untuksetiap spesi dalam reaksi pertum#uhan$ yaitu sel$ su#strat$ dan produk.

ntuk la%u pertum#uhan sel$

&

ntuk la%u konsumsi su#strat pada saat sel masih #ertum#uh

&

ntuk la%u konsumsi su#strat pada 'ase stasioner (pertum#uhan sel

terhenti)&

ntuk la%u pem#entukan produk dinyatakan dengan

& &

•


10/39

Reaktor CSTR

"inetika pertum#uhan dalam #ioreaktor CS*+

,era-a massa pada CS*+ adalah

/input0 /output0 /konsumsi karena reaksi0 /akumulasi0

F C %3 FC% &r%

•


11/39

Contd

4aktu tinggal (residence time) pada #ioreaktorCS*+

t sekon

4aktu pengisian (Spa-e time) pada #ioreaktorCS*+

5

Sizing reaktor

•


12/39

Reaktor PFR

,era-a massa pada #ioreaktor PF+

ntuk nera-a mol se-ara umum dapat diturunkan dari persamaan

kontinuitas /input0 /output0 /konsumsi karena reaksi0 /akumulasi0

F%7 F% 7 8 &! r % &!

"on7ersi dan sizing reaktor

•

F kt P ti b


13/39

Faktor Pertimban"anPerancan"an Bioreaktor

Faktor

Faktor Fisis

Hold up Gas

9a%u Sirkulasi

Faktor

Biokinetika

Hukum 9a%u

StokiometriSel

9a%uPertum#uhan

Sel

Produkti7itasSel


14/39

As#ek ekonomi Bioreaktor

Dalam mengestimasi #iaya untuk

meran-ang dapat menggunakan #e#erapa

metode$ salah satunya dengan menggunakan

metode modular guthrie. !etode modular

guthrie menggunakan persamaan

C:P;< C*P= 8 C4C

dan %uga memasukan nilai FOB pada nera-a

keuangan


15/39

ReaktorBatch


16/39

Problem

Bioethanol akan diproduksi dengan target kapasitas >33333

ton?tahun dengan menggunakan 'ermentor batch. Bagaimana

mem#uat ran-angan optimum 'ermentor terse#ut dengan

mempertim#angkan harga ethanol$ #iaya operasi (termasuk #iaya#ahan #aku)$ dan #iaya in7estasi (termasuk #iaya peran-angan).

&ariasi yang dilakukan adalah dengan mengu#ah konsentrasi

a@al su#strat dan konsentrasi a@al sel.


17/39

*ahapan Perhitungan

Menentukan variasi datayang dibutuhkan pada

batch ( Cs0, Cc0), CSTR

(Fs, Fc, Cs0, Cc0,

V.reaktor), dan FR (Fs,Fc, Cs0, Cc0)

Me!akukan running po!y"ath, sehingga

didapatkan (Cs, Cc, Cp)

Mencari data yangdibutuhkan untuk

perhitungan ekono"i(F#$, F. %uthrie, &nde',

harga bahan baku dan produk)

Menghitung F#$ reaktor

C*+ reaktor (reaktor untuk batch)

C*+ per tahun$iaya g!ukosa, se!, dan bahan baku per tahun

$iaya operasi !ain

#*+ en-ua!an etano! Margin per tahun


18/39

Data

Ba"an Baku /arga (*S78kg

9lukosa 3$A

SelSacc"aromyces cere:isae 1

;tanol 2$


19/39

$asil Perhitun"an

Simulasi ,'= "9lucose= kg8m> Sel= kg8m> ;t"anol= kg8m>


20/39

Simulasi ,'= "9lucose= kg8m> Sel= kg8m> ;t"anol= kg8m>


21/39

Analisis#erhitun"an%olume

&ariasi konsentrasi a@al 3$ 133 kg$ 13 kg$ 233 kg

&ariasi sel a@al 1 kg$ 2 kg$ > kg$ A kg

!enggunakan 2 reaktor$ karena reaktor #at-h tidak kontinyu (tidakada aliran masuk dan keluar selama reaksi) sehingga le#ih e'ekti' %ika menggunakan reaktor se-ara #ergantian.

4aktu retensi dan produk akhir didapat dengan menggunakanpolimath

semakin #esar %umlah su#strat semakin #anyak %umlah etanol yang

diperoleh. Hal ini karena su#strat yang digunakan akan terkon7ersimen%adi etanol sehingga semakin #anyak su#strat yang tersediasemakin #anyak yang terkon7ersi men%adi etanol.

4aktu retensi %umlah #at-h


22/39

Analisis&olume

Produk akhir etanol akan sama %ika konsentrasia@al glukosa sama

&olume etanol satu reaktor merupakanper#andingan #erat etanol dalam satu reaktordengan produk akhir etanol.

ika konsentrasi glukosa #er#eda tetapikonsentrasi sel sama maka akan menghasilkan

produk akhir dengan konsentrasi yang #er#eda.!aka 7olume satu reaktor akan #er#andingter#alik dengan konsentrasi etanol dan #eratetanol dalam satu reaktor


23/39

Simulasi 5)B satu reaktor (201&=*S7 .AP; satureaktor= *S7 .AP; duareaktor= *S7 .AP; perta"un= *S7 Biaya glukosa=*S78ta"un

1 32$ 11A1>$A31 >A2E26$E32 >A2E2$6E3 >3A2>1$33

>1$21 1A>16$A16 2E6>>A$E>1 2E6>>$AE> >3AA32A$266

$ 6EE13$ 1>3A3$E 261AE1$E 261AE$1E3 >3A6A$>6A

13 63A>$11 12>E2$61 2A6$>A> 2A6$>A >36>1$>

Simulasi Biaya sel=*S78ta"un

Biaya a"anaku= *S78ta"un

Biaya operasi

lain=

*S78ta"un

)P;= *S7

PenCualan

;t)/=

*S78ta"un

argin8ta"un= *S7

1 23263$6 >3AA2$ 11A$1>A >3A136$1> 3333333 AAAAE2>$2E

1>A6$62 >3A>3$E 1A>1$6A >3A1E2$3 3333333 AA2AAE1$A>3

$ 1131A$231 >3AE361$66 1>3$A3 >3AE236E$ 3333333 AA31>1$32

13 13>$> >3E632$2A 12>$E2 >3E>31$121 3333333 AAA2126E$E

Simulasi ,'= "

9lucose= kg8m> Sel= kg8m> ;t"anol= kg8m>?ol satu

reaktor=

m> :@al :khir :@al :khir :@al :khir

1 6 3 3 1 A$ 3 22$1 131>3$>>

E 133 3 1 E$ 3 AA$> 6>E$>1

$ $E 13 3 1 12$> 3 66$A 3$131

13 12$> 233 3 1 1$E 3 EE$> 1$6


24/39

Simulasi

5)B satu

reaktor (201&=

*S7

.AP; satureaktor= *S7

.AP; dua

reaktor=

*S7

.AP; per

ta"un=

*S7

Biaya glukosa=*S78ta"un

>1$21 1A>16$A16 2E6>>A$E>1 2E6>>$AE> >3AA32A$266

6 66231$A 12E2$AA 216$EE 216$E >3AA32A$266

& 63A>A$2 11AE26$AA 2262$EA 226$2E >3AA32A$266

@ 6>EA$E2 131>1$16 21A262$>2 21A26$2> >3AA32A$266

SimulasiBiaya sel=

*S78ta"un

Biaya a"an

aku= *S78ta"un

Biaya

operasi lain=

*S78ta"un

)P;= *S7PenCualan ;t)/=

*S78ta"unargin8ta"un= *S7

1>A6$62 >3A>3$E 1A>1$6A >3A1E2$3 3333333 AA2AAE1$A>3

6 2321A$AA >3A63AE$213 12$E2 >3A61A$3> 3333333 AA2>E22$61

& 2A6>$>36 >3A63>$2 11AE$26A >3A661E$E> 3333333 AA2>>E1A$16>

@ 2E>33$21 >3A6E$1E 131$>12 >3A66A6$A 3333333 AA2>3>>$31

Simulasi ,'= "

9lucose= kg8m> Sel= kg8m> ;t"anol= kg8m>?ol satu

reaktor= m> :@al :khir :@al :khir :@al :khir

E 133 3 1 E$ 3 AA$> 6>E$>1

6 6 133 3 2 $ 3 AA$> 3>$>6

& A$ 133 3 > 13$ 3 AA$> A12$21E

@ A$2 133 3 A 11$ 3 AA$> >>$61


25/39

AnalisisEkonomi

menggunakan metode Guthrie$ dimana dihitung hargaFOB satu reaktor$ C:P;< per tahun$ #iaya #ahan #akudan #iaya operasi lain$ harga OP;.>) dengan %umlahsu#strat 133 kg dan %umlah sel se#anyak 1 kgdidapatkan nilai marginal paling tinggi.


26/39

AnalisisEkonomi

,ilai C:P;< pada simulasi ke lima (*a#el >.>) -ukuptinggi karena 7olume satu reaktor yang didapat -ukuptinggi sehingga mempengaruhi nilai FOB.

,ilai FOB akan mempengaruhi nilai C:P;


27/39

'esim#ulan

*erdapat #e#erapa 'aktor yang mempengaruhi kapasitasproduksi suatu #ioreaktor$ yaitu konsentrasi su#strat dankonsentrasi sel a@al$ la%u alir setiap spesi pada reaktorkontinyu$ dan 7olume reaktor yang digunakan.

nruk meningkatkan produksi ethanol pada reaktor batch dapat dilakukan penam#ahan konsentasi su#strat a@al$penam#ahan konsentrasi sel a@al$ dan mengurangi#esarnya 7olume reaktor yang digunakan.

Pada simulasi reaktor batch didapatkan 7ariasi konsentrasisu#strat dan sel a@al ter#aik yaitu masingmasing se#esar133 kg?m> dan 1 kg?m> #erdasarkan dari nilai marginal cost produksi


28/39

ReaktorCSTR


29/39

Problem

Bioethanol akan diproduksi dengan target kapasitas per %amse#esar >.333 kg?%am di dalam 'ermentor #erupa tangki

#erpengaduk dan #eroperasi se-ara CS*+. Bagaimana mem#uat

ran-angan optimum 'ermentor terse#ut dengan

mempertim#angkan harga ethanol$ #iaya operasi (termasuk #iaya

#ahan #aku)$ dan #iaya in7estasi (termasuk #iaya peran-angan).Data tam#ahan

- Harga reaktor se#esar SD 13.333 ? A333 9 (Sum#er 4eihai

Borui Chemi-al !a-hinery)

-

,ilai eksponen se#esar 3$A.- Faktor Guthrie se#esar 1$.

- =ndeks pada tahun 233 se#esar 2$A dan tahun 231 se#esar

2>$61.


30/39

$asil Pen"olahan Data

Si"u!asiFc,

"12h

Fs,

"12h

Fp,

"12h

%!ucose, kg2"1 Se!, kg2"1 *thano!, kg2"1

*thano!2-a" *thano!2hariVo!

reaktor 3a! khir 3a! khir 3a! khir

40 40 400 540 ,04 6 55,7 0 85,6 599:0 687590 5400 40 40 400 540 ,5 6 54,79 0 8:,: 580 6750:0 50005 40 40 400 5:0 ,9 6 54,55 0 8,8 5954 698:0 5000: 40 40 400 540 ,4 4 55,9 0 8:,94 5854 674600 5000

4 80 80 4:0 540 ,:8 6 59,75 0 8:,6: :0:5,9 79779,: 50009 :0 :0 :60 540 ,5 6 54,:8 0 8:,8 5490,9 64::56,: 5000

F#$ satu

reaktor

(08), ;S<

C*+ satu

reaktor, ;S<

C*+ per

tahun, ;S<

$iaya

g!ukosa,

;S


31/39

Analisis Perhitun"an

• Semakin ke-il 7olume maka konsentrasi

produk yang dihasilkan semakin #esar

Simulation

Fcm()*am

Fsm()*am

F#m()*am

+lucose, k")m(

Cell,k")m(

Ethanol,k")m( Ethano

l)*am

&olreaktor

m(.A/al A/al Akhir

0 123 123 233 (23 04 5(614(778

3 (233

1 123 123 233 (23 04 58681(510

3 (333


32/39


• Simulasi kedua men%adi a-uan dalam

menentukan 7ariasi #erikutnya karena

men-apai target produksi ethanol per %am

yaitu >$333 kg?%am• Simulasi kedua menggunakan

– 9a%u alir sel dan su#strat se#anyak 23 m>?%am

–"onsentrasi glukosa >3 kg?m>

– "onsentrasi sel 1E kg?m>

– &olume >333 m>


33/39


• Penam#ahan konsentrasi sel akan

mengurangi produksi ethanol

Simulation

Fcm()*am

Fsm()*am

F#m()*am

+lucose, k")m(

Cell,k")m(

Ethanol, k")m( Ethan

ol)*am

&ol reaktorm(.

A/al A/al Akhir

1 123 123 233 (23 04 58681 (5103 (333

( 123 123 233 (23 11 58607(534

3 (333


34/39

Analisis Per"itungan

• Penam#ahan konsentrasi su#strat a@al

akan menam#ah produksi ethanol

Simulation

Fcm()*a

m

Fsm()*a

m

F#m()*a

m

+lucose, k")m(

Cell,k")m(

Ethanol, k")m(

Ethanol)*am

&olreakto

rA/al A/al Akhir

1 123123233 (23 04 58681 (5103 (3338 123123233 (53 04 54674 (9(83 (333


35/39


Simulasi keD2 Simulasi keD4


36/39


• Penam#ahan dan pengurangan la%u alir su#strat

dan sel akan mempengaruhi produksi ethanol.

• Semakin #esar la%u alir su#strat dan sel$

semakin #esar pula produksi ethanolnya.

Simulation

Fcm()*am

Fsm()*a

m

F#m()*a

m

+lucose, k")m(

Cell,k")m(

Ethanol,k")m(

Ethanol)*am

&olreaktor

m(.A/al A/al Akhir

1 123123 233 (23 04 58681 (5103 (333

2 153 153 283 (23 04 58648 8380(67 (333


37/39

Analisis ;konomi

Simula

si17

&ol

reaktor

FOB satu reaktor

1305., :SD(333 84011613955(333 84011613955

CAPE; #er tahun,

:SD

Bia


38/39

'esim#ulan

• ntuk meningkatkan produksi ethanol padaCS*+ dapat dilakukan – penam#ahan konsentrasi su#strat a@al$

– pengurangan konsentrasi sel a@al$

– mengurangi 7olume reaktor yang digunakan$ dan

– menam#ah la%u alir umpan yang masuk ke dalam

reaktor.

• Pada simulasi CS*+ didapatkan produksiethanol ter#esar yaitu se#esar EA.A>E$A

kg?hari$ yang terdapat pada simulasi

keenam.


39/39

Re>erensi

: 4illiam$ ohn$ 2332. "eys to Biorea-tor Sele-tions. ;PS

;n7ironmental and Produ-tion Solutions$ 99C.

:shari$ :hmad !uhlis. 231>. :rtikel +an-ang Bangun Bioreaktor.

https://wwwacademia!

edu/"#"$#%#/&'*E,'&-.&-G,&-G0-, O'E&*O'

diakses pada 2 Fe#ruari 2316 3.33

Caylak$ dan &ardan$ 1E$ .omparison o1 2i11erent 3roduction

3rocesses 1or ioethanol4 *urk Chem 22$ >1 >).

Fogler$ H. S-ott$ 2336$ Elements o1 .hemical 'eaction Engineering4

, Prenti-e Hall

9im$ Henry C$ H@a Sung Shin. 2313. 5ed atch .ulture : 3rinciples

and &pplications o1 Semi!atch ioreactors. Cam#ridge

ni7ersity Press.

PPT Bioreaktor

Documents

Transcript of PPT Bioreaktor