Pra-Desain Pabrik Microcristalline Cellulose Dari Tkks Dengan Metode Steam Explosion

Ramadhan, Ahmad and Ivessidi, Eleazar (2022) Pra-Desain Pabrik Microcristalline Cellulose Dari Tkks Dengan Metode Steam Explosion. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211840000061_02211840000130 -Undergraduate_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (4MB)

Abstract

Limbah dari pabrik kelapa sawit terdiri atas tiga macam, yaitu limbah cair, padat, dan gas. Salah satu limbah padat yang dihasilkan dari industri kelapa sawit adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). TKKS yang dihasilkan dari jumlah panen tandan buah sawit sebesar 22–23%. Salah satu komponen penyusun tandan kosong kelapa sawit adalah lignoselulosa. Lignoselulosa merupakan komponen polisakarida yang jumlahnya melimpah, terutama sebagai limbah pertanian, perkebunan, dan kehutanan. Lignoselulosa tersusun dari tiga polimer, yaitu selulosa (35–50%), hemiselulosa (20–35%), dan lignin (10–25%). Kandungan selulosa ini dapat diolah lebih lanjut menjadi Microcrystalline Cellulose. Microcrystalline Cellulose banyak dimanfaatkan pada industri farmasi, kosmetik, dan makanan.

Pra Desain Pabrik Microcrystalline Cellulose dari TKKS dengan Metode Steam Explosion ini direncanakan mulai beroperasi pada tahun 2025 dengan kapasitas produksi sebesar 10.000 ton/tahun. Lokasi pendirian pabrik direncanakan di Kabupaten Kampar, Riau. Penentuan lokasi ini berdasarkan pertimbangan indikator supporting infrastructure, economical, dan environmental.

Tahap pertama adalah fraksinasi lignoselulosa. Hal pertama yang dilakukan adalah menyiapkan bahan baku yang akan digunakan sebagai feed reaktor steam explosion. Tandan kosong kelapa sawit diangkut menggunakan belt conveyor (J-110), lalu memasuki tahap size reduction agar ukuran TKKS menjadi lebih kecil dan seragam. Selanjutnya, TKKS dimasukkan ke dalam reaktor yang berbentuk screw menggunakan belt conveyor (J-111) untuk kemudian memasuki tahap treatment. Tahap fraksinasi menggunakan steam explosion. Pada tahap ini, saturated steam dengan suhu 195°C dan tekanan 13 bar dimasukkan ke dalam reaktor (R-110). Feed masuk (TKKS) akan terus dimasukkan secara continuous beserta dengan saturated steam untuk menjaga suhu dan tekanan tetap pada 195°C dan 13 bar. Di dalam reaktor terdapat screw untuk menggerakkan TKKS. TKKS akan keluar dalam bentuk slurry kental yang kemudian dimasukkan ke dalam flash drum (F-112). Pada alat ini, slurry akan dipisahkan dari steam yang keluar dari reaktor sebelumnya. Selanjutnya, slurry TKKS akan diangkut ke dalam tangki penampung (F-210) menggunakan bucket elevator (J-112).

Tahap kedua adalah tahap delignifikasi, yaitu pemisahan selulosa. Slurry TKKS akan dimasukkan ke dalam centrifuge (H-210) untuk melakukan proses pemisahan padat-cair. Kemudian, slurry dicuci dengan penambahan air pencuci sebesar 5 kali massa TKKS yang masuk. Produk cairnya adalah hemiselulosa dan air, sedangkan produk padatnya adalah selulosa beserta lignin. Selanjutnya, dilakukan proses pemisahan lignin dari selulosa menggunakan metode organosolv dengan bantuan NH₄OH dan etanol. Selulosa dan lignin yang telah didapatkan kemudian dimasukkan ke dalam tangki pencampur (F-211) untuk dilakukan penambahan NH₄OH, etanol, dan air, yang selanjutnya akan masuk ke dalam tangki delignifikasi. Pada proses ini, keluaran dari tangki pencampur akan dimasukkan ke dalam tangki delignifikasi (F-212). Kemudian, slurry yang terbentuk akan dipisahkan menjadi padat dan cair menggunakan centrifuge (H-211). Pada centrifuge ini juga dilakukan pencucian menggunakan air pencuci dengan massa 7 kali massa TKKS yang masuk. Fraksi lignin cair akan terbuang bersama etanol dan NH₄OH, sedangkan padatan yang keluar adalah selulosa berbentuk cake.

Tahap ketiga adalah tahap bleaching. Proses bleaching dilakukan untuk mendegradasi sisa lignin yang masih terdapat dalam pulp. Proses bleaching ini dilakukan pada bleaching tank (F-310) dengan penambahan H₂O₂ dan NH₄OH hingga 3% dari total massa yang ada, kemudian dipanaskan menggunakan saturated steam yang dialirkan melalui jaket pada tangki dan ditahan di dalam tangki. Selanjutnya, lignin yang masih tersisa akan larut dan melalui proses pemisahan pada centrifuge (H-310) untuk memisahkan padatan dan cairan. Pada proses ini juga digunakan air pencuci sebanyak 5 kali massa selulosa dan lignin yang masuk. Selanjutnya, dilakukan proses pengkristalan selulosa dengan bantuan HCl. Padatan selulosa murni yang telah didapat dari proses bleaching akan dimasukkan ke dalam tangki hidrolisis (F-311) dan ditambahkan HCl dengan konsentrasi 8% dari total massa selulosa. Pada tangki ini, bahan juga akan dipanaskan menggunakan steam melalui jaket yang terdapat pada tangki dan ditahan selama 15 menit. Slurry yang didapat akan dipisahkan menjadi fraksi padat dan cair menggunakan centrifuge (H-311). Proses pencucian juga dilakukan dengan menambahkan air sebanyak 5 kali dari total massa selulosa yang masuk. Produk cair yang didapat adalah HCl beserta air, sedangkan produk padatnya adalah Microcrystalline Cellulose yang masih mengandung air.

Tahap terakhir adalah mengeringkan Microcrystalline Cellulose yang didapat dan memperkecil ukurannya sesuai dengan spesifikasi produk untuk dipasarkan. Pertama, dilakukan pengeringan menggunakan rotary dryer (D-310) dengan bantuan udara yang telah dipanaskan sebelumnya menggunakan heater (E-310) dengan bantuan steam. Setelah melewati proses pengeringan, Microcrystalline Cellulose akan diperkecil ukurannya menggunakan ball mill (C-310). Terakhir, Microcrystalline Cellulose akan disimpan pada tangki penyimpanan (F-312) untuk selanjutnya disimpan ke dalam gudang produk untuk dipasarkan.

Pra Desain Pabrik Microcrystalline Cellulose dari TKKS dengan Metode Steam Explosion ini dirancang sebagai perusahaan yang berbadan hukum Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi garis dan staf. Untuk dapat mendirikan pabrik dengan kapasitas produksi sebesar 10.000 ton/tahun, maka diperlukan modal investasi sebesar Rp308.701.221.355,10 dan total biaya produksi sebesar Rp157.870.478.139,80 dengan estimasi penjualan sebesar Rp213.236.761.592,30. Estimasi umur pabrik ini adalah 25 tahun dengan Internal Rate of Return (IRR) sebesar 23,95%, Waktu Pengembalian Modal (POT) selama 9,2 tahun, dan Break-Even Point (BEP) sebesar 51%.
================================================================================================================================
Waste from palm oil mills consists of three types, namely liquid, solid, and gaseous waste. One of the solid wastes generated by the palm oil industry is Empty Fruit Bunches (EFB). EFB accounts for approximately 22–23% of the harvested fresh fruit bunches. One of the main constituents of empty fruit bunches is lignocellulose. Lignocellulose is a polysaccharide component that is abundant, particularly in agricultural, plantation, and forestry waste. Lignocellulose is composed of three polymers, namely cellulose (35–50%), hemicellulose (20–35%), and lignin (10–25%). This cellulose content can be further processed into Microcrystalline Cellulose. Microcrystalline Cellulose is widely used in the pharmaceutical, cosmetic, and food industries.

The Pre-Design of a Microcrystalline Cellulose Plant from EFB using the Steam Explosion Method is planned to start operating in 2025 with a production capacity of 10,000 tons/year. The plant is planned to be established in Kampar Regency, Riau. The location was selected based on considerations of supporting infrastructure, economic factors, and environmental factors.

The first step is lignocellulose fractionation. The first step is to prepare the raw materials that will be used as feed for the steam explosion reactor. Empty fruit bunches are transported using a belt conveyor (J-110) and then enter the size reduction stage so that the size of the EFB becomes smaller and more uniform. Next, the EFB is fed into a screw-shaped reactor using a belt conveyor (J-111) before entering the treatment stage. The fractionation stage uses the steam explosion method. At this stage, saturated steam at a temperature of 195°C and a pressure of 13 bar is introduced into the reactor (R-110). The incoming feed (EFB) is continuously fed together with saturated steam to maintain the temperature and pressure at 195°C and 13 bar. A screw inside the reactor is used to move the EFB. The EFB exits in the form of a thick slurry, which is then fed into the flash drum (F-112). In this unit, the slurry is separated from the steam discharged from the previous reactor. Subsequently, the EFB slurry is transported to the holding tank (F-210) using a bucket elevator (J-112).

The second stage is the delignification stage, namely cellulose separation. The EFB slurry is fed into a centrifuge (H-210) to carry out the solid-liquid separation process. It is then washed with washing water at five times the mass of the incoming EFB. The liquid product consists of hemicellulose and water, while the solid product consists of cellulose and lignin. The next step is the separation of lignin from cellulose using the organosolv method with the addition of NH₄OH and ethanol. The obtained cellulose and lignin are fed into the mixing tank (F-211), where NH₄OH, ethanol, and water are added before the mixture enters the delignification tank. In this process, the outlet from the mixing tank is fed into the delignification tank (F-212). The resulting slurry is then separated into solid and liquid phases using a centrifuge (H-211). In this centrifuge, washing is also carried out using washing water at seven times the mass of the incoming EFB. The liquid lignin fraction is removed along with ethanol and NH₄OH, while the solid product is cellulose in the form of a cake.

The third stage is the bleaching stage. The bleaching process is carried out to degrade the remaining lignin present in the pulp. This process is conducted in a bleaching tank (F-310) with the addition of H₂O₂ and NH₄OH at up to 3% of the total mass. The mixture is then heated using saturated steam through the jacket of the tank and held in the tank. Subsequently, the remaining lignin dissolves and undergoes a separation process in a centrifuge (H-310) to separate the solid and liquid phases. Washing water is also used at five times the mass of the incoming cellulose and lignin. The next step is the crystallization of cellulose with the addition of HCl. The pure cellulose solids obtained from the bleaching process are fed into the hydrolysis tank (F-311) and mixed with HCl at a concentration of 8% of the total cellulose mass. The mixture is also heated using steam through the tank jacket and held for 15 minutes. The resulting slurry is separated into solid and liquid fractions using a centrifuge (H-311). The washing process is also carried out by adding water at five times the total mass of the incoming cellulose. The liquid product consists of HCl and water, while the solid product is Microcrystalline Cellulose that still contains water.

The final step is to dry the obtained Microcrystalline Cellulose and reduce its particle size according to the product specifications for marketing. First, drying is carried out using a rotary dryer (D-310) with air that has been preheated using a heater (E-310) with the assistance of steam. After the drying process, the Microcrystalline Cellulose is reduced in particle size using a ball mill (C-310). Finally, the Microcrystalline Cellulose is stored in a storage tank (F-312) and subsequently transferred to the product warehouse for marketing.

The Pre-Design of the Microcrystalline Cellulose Plant from EFB using the Steam Explosion Method is designed as a Limited Liability Company (PT) with a line-and-staff organizational structure. To establish a plant with a production capacity of 10,000 tons/year, an investment of Rp308,701,221,355.10 is required, with a total production cost of Rp157,870,478,139.80 and estimated sales of Rp213,236,761,592.30. The estimated plant lifetime is 25 years, with an Internal Rate of Return (IRR) of 23.95%, a Payback Time (POT) of 9.2 years, and a Break-Even Point (BEP) of 51%.

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	662.88 Ram p-1
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD320 Cellulose. Hydrolysis
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Chemical Engineering > 24201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	magang .
Date Deposited:	02 Oct 2026 02:37
Last Modified:	02 Oct 2026 02:37
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/145161

Actions (login required)

View Item