Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Sampah Organik Kapasitas Olahan 900 Ton/Hari

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN

GAS METANA

DARI SAMPAH ORGANIK KAPASITAS OLAHAN

900 TON/HARI

Diajukan Untuk Memenuhi Pesyaratan Ujian Sarjana Sain Terapan

Oleh :

025201010

JULIYANTI S. K NAINGGOLAN

PROGRAM STUDI TEKNK KIMIA

JURUSAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

INTI SARI

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan gas metana dari sampah organic ini dengan kapasitas pengolahan 900 ton/hari. Pabrik beroperasi 24 jam sehari dengan hari kerja 330 hari pertahun.

Luas pabrik yang akan didirikan sebesar 20.830 m2

Hasil evaluasi ekonomi adalah sebagai berikut :

, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasi garis dengan tenaga kerja 200 orang.

• Total penjualan = Rp 432.110.042.496,-

• Biaya produksi = Rp 91.149.791.728,-

• Profit Margin (PM) = 83,10%

• Break Event Point (BEP) = 12,6%

• Pay Out Time (POT) = 1,17 tahun

• Return of Network (RON) = 42,7%

• Return of Investment (ROI)

• Internal Rate of Return (IRR) = 70,5%

= 85%

Dari hasil evaluasi ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan gas metana dari sampah organik ini layak untuk didirikan.

KATA PENGANTAR

Syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan kesehatan bagi Penulis, sehingga Penulis dapat menyelesaikkan penyusunan Karya Akhir ini yang berjudul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana dari Sampah Organik Kapasitas Olahan dengan Kapasitas 900 Ton/Tahun”.

Penyusunan Karya akhir ini sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk dapat mengikuti sidang sarjana pada Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Rasa Terima Kasih yang tak terhingga kepada kedua orang tua tercinta, yang selalu membimbing dan memberikan segenap dukungan moril dan material bagi Penulis, serta sanak saudara yang tetap memberikan bantuan, dukungan dan tauladan, yang menjadi pengorbanan yang tak terbalaskan.

Dalam kesempatan ini, saya juga ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu selama Penulis menyelesaikkan studi :

1. Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Dosen Pembimbing I Karya Akhir. 2. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS, selaku Dosen Pembimbing II Karya Akhir.

3. Ir. Renita Manurung, MT, selaku Ketua Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Dr. Ir. Irvan Msi, selaku koordinator Karya Akhir Program studi Teknologi Kimia Industri D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh Satff Pengajar Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh Staff Pegawai Administrasi Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Teman-teman dan senior, khususnya Stambuk 2002 Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan seluruhnya, terimakasih Penulis haturkan atas segala dukungannya.

Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih jauh dari sempurna karena Penulis sangat mengharapkan saran dan kritik guna peningkatan kualitas Karya Akhir di masa yang akan datang. Akhir kata, semoga Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Medan, April 2008 Penulis,

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR

INTISARI ... i

DAFTAR ISI ... ii

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah ... I-2 1.3 Tujuan Rancangan ... I-3 1.4 Manfaat Rancangan ... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sampah ... II-1 2.2 Pemanfaatan Sampah ... II-2 2.3 Sejarah Penemuan Biogas ... II-3 2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas ... II-4 2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi Biogas ... II-13 2.6 Sifat-sifat Gas Metana ... II-14 2.7 Deskripsi Proses ... II-15 BAB III NERACA MASSA

3.1 Tresser ... III-2 3.2 Tangki Penampung Umpan ... III-3 3.3 Fermentor ... III-4 3.4 Absorber (CO2

3.5 Absorber (H

) ... III-12

2

BAB IV NERACA PANAS

S) ... III-14

4.1 Neraca Panas Koil (heater) ... IV-2 4.2 Neraca Panas Fermentor ... IV-4

BAB V SPEKSIFIKASI PERALATAN

5.1 Elevator ... V-1 5.2 Tresser ... V-1 5.3 Fermentor ... V-2 5.4 Bak Pengendap ... V-2 5.5 Tangki Penampung Metana ... V-2 5.6 Absorber CO2

5.7 Absorber H

... V-3

2

5.8 Pompa ... V-4 S ... V-3

5.9 Blower ... V-4 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi ... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ... VI-5 BAB VII UTILITAS

7.1 Kebutuhan Air ... VII-1 7.2 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-4 7.3 Kebutuhan Listrik ... VII-4 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-5 7.5 Unit Pengolahan Limbah ... VII-5 7.6 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-6 7.6.1 Pompa Sumur Bor ... VII-6 7.6.2 Bak Pengendapan ... VII-6 7.6.3 Pompa Bak Pengendapan ... VII-7 7.6.4 Sand Filter ... VII-7 7.6.5 Pompa Sand Filter ... VII-7 7.6.6 Tangki Utilitas ... VII-8 7.6.7 Pompa Tangki Utilitas ... VII-8 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK

8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-2 8.3 Kebutuhan Areal Untuk Pendirian Pabrik ... VIII-4 8.4 Perincian Luas Tanah ... VIII-5

BAB IX ORGANISASI MANAJEMEN PERUSAHAAN

9.1 Organisasi dan Manajemen ... IX-1 9.2 Bentuk Badan Usaha ... IX-1 9.2.1 Badan Usaha Perorangan ... IX-2 9.2.2 Badan Usaha Persekutuan ... IX-2 9.2.3 Badan Usaha Perorangan ... IX-5 9.2.4 Koperasi ... IX-5 9.2.5 Badan Usaha Milik Negara ... IX-6 9.2.6 Penggabungan Badan Usaha ... IX-6 9.3 Bentuk Struktur Organisasi ... IX-7 9.4 Uraian Tugas Wewenang dan Tanggung Jawab ... IX-8 9.4.1 Direktur ... IX-8 9.4.2 Kepala Bagian Produksi dan Laboratorium ... IX-8 9.4.3 Kepala Bagian Personalia dan Pemasaran ... IX-9 9.4.4 Sekretaris ... IX-9 9.5 Sistem Kerja dan Tenaga Kerja ... IX-10 9.6 Kesejahteraan Tenaga Kerja ... IX-10 9.7 Jumlah Tingkat Pendidikan dan Gaji Tenaga Kerja ... IX-10 BAB X ANALISA EKONOMI

10.1 Modal Investasi ... X-1 10.2 Hasil Penjualan ... X-3 10.3 Biaya Produksi Tetap ... X-3 10.4 Perkiraan Laba/Rugi Usaha ... X-4 10.5 Aspek Analisa Ekonomi ... X-5 BAB XI KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A

LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Timbunan Sampah dikota Medan ... I-1 Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik ... II-2 Tabel 2.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ... II-2 Tabel 2.3 Komposisi Biogas ... II-4 Tabel 2.4 Sifat-Sifat Gas ... II-15 Tabel 3.1 Kompsisi Sampah Organik ... III-1 Tabel 3.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ... III-1 Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat ... III-2 Tabel 3.4 Komposisi H2

Tabel 3.5 Kompsisi CO

S ... III-2

2

Tabel 3.6 Komposisi CH

... III-2

4

Tabel 3.7 Neraca Massa pada Treser ... III-3 ... III-2

Tabel 3.8 Nerca Massa pada Tangki Penampungan ... III-3 Tabel 3.9 Neraca Massa pada Fermentor ... III-12 Tabel 3.10 Neraca Massa pada Absorber CO2

Tabel 3.11 Neraca Massa pada Absorber H

... III-13

2

Tabel 4.1 Neraca Panas Masuk pada Heater ... IV-2 S ... III-14

Tabel 4.2 Neraca Panas Keluar pada Heater ... IV-2 Tabel 4.3 Neraca Panas Masuk Fermentor (alur 3)... IV-3 Tabel 4.4 Neraca Panas Keluar Fermentor (alu 5) ... IV-3 Tabel 4.5 Neraca Panas Keluar Fermentor (alur 6) ... IV-4 Tabel 6.1 Data Penggunaan Intrumen pada Pabrik ... VI-2 Tabel 7.1 Kualitas Air Sibolangit ... VII-2 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ... VIII-5 Tabel 9.1 Jumlah, Tingkat Pendidikan dan Gaji Tenaga Kerja ... IX-12

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Flowsheet Proses ... II Gambar 7.1 flowsheet Utilitas ... VII Gambar 8.1 Denah Lokasi Pabrik ... VIII-6 Gambar 9.1 Struktur Organisasi ... IX-13 Gambar LE.1 Grafik Break Event Point (BEP) ... LE

INTI SARI

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan gas metana dari sampah organic ini dengan kapasitas pengolahan 900 ton/hari. Pabrik beroperasi 24 jam sehari dengan hari kerja 330 hari pertahun.

Luas pabrik yang akan didirikan sebesar 20.830 m2

Hasil evaluasi ekonomi adalah sebagai berikut :

, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasi garis dengan tenaga kerja 200 orang.

• Total penjualan = Rp 432.110.042.496,-

• Biaya produksi = Rp 91.149.791.728,-

• Profit Margin (PM) = 83,10%

• Break Event Point (BEP) = 12,6%

• Pay Out Time (POT) = 1,17 tahun

• Return of Network (RON) = 42,7%

• Return of Investment (ROI)

• Internal Rate of Return (IRR) = 70,5% = 85%

Dari hasil evaluasi ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan gas metana dari sampah organik ini layak untuk didirikan.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah penduduk yang terus meningkat dengan pola hidupkonsumtif sudah tentu diikuti dengan meningkatnya produksi sampah. Disemua daerah sampah selalu menimbulkan masalah yang rumit untuk dipecahkan. Masalah persampahan perkotaan diindonesia saat ini sudah sampai pada tingkat sangat serius. Berbagai pihak ikut serta dalam upaya meningkatkan mutu kesehatan dan lingkungan pemukiman.

Kota medan termasuk diantara kota-kota besar di Indonesia, juga tak luput dari permasalahan sampah kota. Sebagai ibukota Propinsi Sumatera Utara, kota Medan termasuk pusat perdagangan,industri dan jasa yang berkembang pesat.kota ,Medan sebagai metropolitan, memiliki luas 265,1 km2

Tabel 1.1. Timbulan sampah dikota Medan

, yang terdiri dari 21 kecamatan dan 151 kecamatan kelurahan. Jumlah timbunan sampah pada tahun 2004 mencapai 396.775 ton/tahun. Dinas kebersihan mencatat timbulan sampah dikota medan dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

No Tahun Jumlah timbulan sampah (ton/tahun)

1 2001 476.964

2 2002 500.506

3 2003 500.780

4 2004 396.755

Sumber: Dinas kebersihan, 2005.

Dengan melihat pertambahan jumlah penduduk kota medan yang semakin banyak menyebabkan sumber daya alam yang tersedia semakin berkurang misalnya bahan bakar minyak (BBM), Eksploitasi sumber daya alam terutama minyak bumi yang berlebihan telah memberikan ancaman terhadap lingkungan dan keselamatan manusia itu sendiri. Hal lain yang juga dihawatirkan banyak orang jumlah cadangan minyak bumi dari hari ke hari semakin berkurang dan terancam habis. Karena itu perlu upaya untuk mencari energi alternatif guna menghemat cadangan minyak bumi yang pada saat ini semakin sedikit. Biogas adalah salah satu energi yang dapat

dikembangkan mengingat bahan bakunya cukup tersedia.Biogas adalah energi yang terbarukan sehingga sangat mungkin untuk menggantikan BBM yang terancam habis, pada sisi lain penggunaan biogas dapat mengatasi permasalahan sampah kota mengingat mayoritas sampah kota berasal dari bahan organik yang dapat digunakan untuk bahan baku biogas.biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses pembusukan bahan-bahan organik oleh bakteri pada kondisi an aerop (hampa udara). _{Gas bio yang}

dihasilkan dari proses fermentasi terdiri dari : CH4 atau methane (60-70%),CO2 atau

karbon dioksida (20-30%),O2 (1-4%),N2 (0,5-3%),COatau karbon monoksida (1%)

dan H2

Apabila gas ini dibakar akan berwarna biru dan menghasil banyak energi panas. Satu meter kubik biogas setara dengan 5.200-5.900 Kcal atau apabila dipakai untuk memanaskan air dapat meningkatkan 130 kg air dari 20 derajat sampai mendidih atau menyalakan lampu 50-100 watt selama 6 jam.

S (kurang dari 1%). Campuran gas bio ini menjadi mudah membakar jika memiliki kandungan gas methane sebesar lebih dari 50 %.

1.2 Perumusan Masalah

Pengaruh pertumbuhan ekonomi membuat hidup masyarakat menjadi berkecukupan, yang menjadikan lekat pola hidup produksi massal dan konsumtif, sehingga jumlah sampah yang dihasilkan semakin membengkak. Konsekuensinya adalah semakin menipisnya sisa tahun penampungan di tempat pembuangan akhir, serta sulitnya mendapatkan lahan tempat pembuangan akhir yang baru, sehingga jumlah sampah tidak layak bakar membengkak. Atas dasar itu, dewasa ini daur ulang sampah menjadi barang bermanfaat menjadi orientasi, karena di samping dapat mengurangi beban tempat pembuangan akhir, juga turut mengurangi konsumsi sumber daya alam dan meringankan beban lingkungan.

Metan adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global dan ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang sumber energi yang berguna untuk kepentingan masyarakat yang dapat digunakan sebagai bahan bakar.

Sementara ini kebutuhan dalam negeri cukup terpenuhi, untuk itu pendirian pabrik metana ini ditujukan untuk kebutuhan ekspor, sehingga dapat meningkat devisa negara dan mengurangi pengangguran di Indonesia dan juga dapat memenuhi

II-2

permintaan industri yang menggunakan bahan baku dari sampah maupun limbah dari berbagai pabrik.

1.3 Tujuan Perancangan

Tujuan Pra Rancangan Pabrik ini adalah untuk mengaplikasikan ilmu teknologi kimia industri yang meliputi neraca massa, neraca energi, operasi teknik kimia, utilitas dan bagian ilmu teknologi kimia industri lainnya yang penyajiannya disajikan pada Pra Rancangan Pabrik Proses Pembuatan metana dari sampah organik.

1.4 Manfaat Perancangan

Pendirian pabrik proses pembuatan gas metana dari sampah organik ini adalah mengadakan energi alternatif sebagai pengganti BBM dan mengurangi ketergantungan rakyat terhadap BBM, serta meningkatkan masyarakat miskin perkotaan melalui usaha industri daur ulang (biogas).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Umum

Sampah adalah bahan buangan padat atau semi padat yang dihasilkan adari aktifitas manusia atau hewan yang dibuang karena tidak diinginkan atau tidak digunakan lagi (tchobanoglous, dkk,1993). Menurut petunjuk Teknis Perencanaan Pembangunan dan Pengelolaan Bidang ke-PLP-an perkotaan dan pedesaan, sampah adalah limbah yang bersifat padat terdiri dari sampah organik, sampah anorganik dan sampah B3yang dianggap tidak berguna lagi dan harus dikelola agar tidak membahayakan lingkungan dan melindungi investasi pembangunan (dep.PU Ditjen Cipta Karya, 1999).

Sementara itu, Hadiwiyoto (1983) mendefenisikan sampah adalah sisa-sisa bahan yang mengalami perlakuan-perlakuan, baik karena telah diambil bagian utamanya, atau karena pengelolaan, atau karena sudah tidak ada manfaatnya, yang ditinjau dari aspek pencemaran atau ganguan kelestarian lingkungan.

2.2. Klasifikasi sampah

Bila dilihat dari sifatnya, sampah dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu: a. Sampah organik

Sampah organik adalah sampah yang mengandung senyawa-senyawa orgaik yang tersusun dari unsur-unsur karbon, hydrogen dan oksigen. Yang termasuk sampah organik adalah daun-daunan, kayu, kertas, karton, sisa-sisa makanan,sayur,buah, yang mudah diuraikan oleh mikroba.

b. Sampah anorganik

Terdiri dari kaleng, plastik, besi, logam, gelas atau bahan lain yang yang tidak tersusun oleh senyawa-senyawa organic. Sampah anorganik tidak dapat diuraikan oleh mikroba.

Berdasarkan data yang ada pada Dinas Kebersihan Kota Medan adapun komposisi unsure-unsur dari sampah organik basis kering dapat dilihat dalam tabel 2.1

II-1

Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik

Bahan Organik % Sampah dedaunan 32

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

Air 29,8

(Sumber : Dinas kebersihan kota medan, 2005)

Tabel 2.2 Komposisi Sampah berdasarkan Unsur Komponen

Sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Abu

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30 4,50

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10 5,30

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20 6,00

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10 1,50

(Sumber : Dinas kebersihan kota medan, 2005)

2.3. Sejarah Penemuan Biogas

Gas methan ini sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma Kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Sedangkan, proses fermentasi lebih lanjut untuk menghasilkan gas methan ini pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776). Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh Wilam Henry pada tahun 1806. dan Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), adalah orang pertama yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan.

Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. pada akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis pada masa antara dua Perang Dunia. Selama Perang Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada tahun 1950-an, proses pemakaian

biogas ini mulai ditinggalkan. Tetapi, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Oleh karena itu, di India kegiatan produksi biogas terus dilakukan semenjak abad ke-19. saat ini, negara berkembang lainnya, seperti China. Filipina, Korea, Taiwan dan Papua Nugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat penghasil biogas. Selain di negara berkembang, teknologi biogas juga telah dikembangkan di negara maju seperti Jerman.. Salah satu cara penanggulangan sampah organik yang potensial untuk dikembangkan di Indonesia adalah dengan menerapkan teknologi anerobik untuk menghasilkan biogas. Secara ilmiah, biogas yang dihasilkan dari sampah organik adalah gas yang mudah terbakar (flammable). Gas ini dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa udara). Umumnya, semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Tetapi hanya bahan organik homogen, baik padat maupun cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Bila sampah-sampah organik tersebut membusuk, akan dihasilkan gas metana (CH4) dan

karbondioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Umumnya kandungan metana dalam reaktor sampah organik berbeda-beda. Secara rentang komposisi biogas adalah sebagai berikut:

Tabel 2.3. Komposisi Biogas

Komponen %

Metana (CH4)

Karbon dioksida (CO2)

Nitrogen (N2)

Hidrogen (H2)

Hidrogen sulfida (H2S)

Oksigen (O2

55-75 25-45

0-0.3 1-5 0-3 0.1-0.5 )

Smber:Zhang et al,1997

Dalam skala laboratorium, penelitian di bidang biogas tidak membutuhkan biaya yang besar tetapi harus ditunjang dengan peralatan yang memadai. Perangkat utama yang

digunakan terutama adalah tabung digester, tabung penampung gas, pipa penyambung, katup, dan alat untuk identifikasi gas. Untuk mengetahui terbentuk atau tidaknya biogas dari reaktor, salah satu uji sederhana yang dapat dilakukan adalah dengan uji nyala. Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar metana minimal 57% yang menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996), biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan metana telah mencapai minimal 60%. Pembakaran gas metana ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan asap.

2.4. Mekanisme pembentukan biogas

Sampah Organik sayur-sayuran dan buah-buahan seperti layaknya kotoran ternak adalah substrat terbaik untuk menghasilkan biogas. Proses pembentukan biogas melalui pencernaan anaerobik merupakan proses bertahap, dengan 3 tahap utama yakni:

1. Tahap Hidrolisis

Dimana pada tahap ini bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein didegradasi oleh mikroorganisme hidrolitik menjadi senyawa terlarut seperti asam karboksilat, asam keto, asam hidroksi, keton, alkohol, gula sederhana, asam-asam amino, H2 dan CO2.

• Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin

Lipida

• Protein dirubah menjadi Asam amino

Protein Asam amino

• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin

Asam nukleat

Pirimidin Purin Asam phospat

Pada Asam nukleat terdapat Asam Posfat sebagai pembentuk, asam Pospat akan terionisasi secara sendirinya saat reaksi terjadi hal disebabkan gugus Posfat memiliki sifat dapat larut didalam air. Sehingga pada Purin dan Pirimidin tidak lagi terdapat asam Posfat yang berasal dari asam nukleat.

• Polisakarida dirubah menjadi monosakarida. Polisakarida terbagi atas : - Pati

- Glikogen - Selulosa

Pati (amilum) merupakan polisakarida yang mengandung 75-80% amilopektin dan amilosa 20-25% yang mana terdiri atas D-Glukopinarosa yang berikatan α(1-4) glikosidik. Ikatan D-glikopinarosa merupakan polimer dari Glukosa.

D-Glukopinarosa Glukosa

Glikogen merupakan polisakarida yang memiliki rantai yang panjang. Sama halnya dengan pati. Glikogen memiliki gugus rantai lurus α(1-4) dan gugus rantai bercabang α(1-6) glikosidik, sehingga Glikogen memiliki ikatan yang lebih panjang dari pada pati.

Selulosa merupakann polisakarida. Pati, glikogen, dan selulosa merupakan

polisakarida yang terdapat pada tumbuh-tumbuhan yang berupa kayu. Oleh sebab itu pati, glikogen, selulosa memiliki cabang atau ikatan polimer yang panjang. Selulosa memiliki gugus rantai lurus.

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam lemak rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin.

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2, N2,

H2

• Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil. .

Asam lemak rantai panjang terdiri atas : - Asam lemak stearat

- Asam lemak palmitat - Asam lemak oleat

Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen

• Gliserin dirubah menjadi Asam propionat

Gliserin Asam propionat Hidrogen

• Asam amino diurai menjadi asam akrilat

Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen

• Glukosa diurai menjadi akohol (etanol)

Glukosa Etanol

• Purin diurai menjadi asam propionat

Purin Asam propionate phospat 3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

• Pirimidim diurai menjadi asam butirat

Pirimidin Asam butirat

1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin

Asam lemak stearat Asam butirat

Asam lemak palmitat Asam propionat

Gliserin Asam propionat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4 Asam butirat asam propionate asam laktat

2. Reaksi pada Asam nukleat

Asam nukleat Pirimidin purin

Purin Asam propionate phospat

Pirimidin Asam butirat

Asam nukleat

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam nukleat.

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH Asam butirat asam propionate asam laktat

4

Asam nukleat

Asam amino Asam akrilat

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

Asam amino Asam nukleat

6CH3CH2COOH + 12CH3CH2CH2COOH + CH3-CHOH-COOH + CH2 Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Asetogenesis

Hasil asidogenesis dikonversi menjadi hasil akhir bagi produksi metana berupa asetat, hidrogen, dan karbondioksida. Sekitar 70% dari COD semula diubah menjadi asam asetat. Pembentukan asam asetat kadang-kadang disertai dengan pembentukan karbondioksida atau hidrogen, tergantung kondisi oksidasi dari bahan organik aslinya.

Etanol, asam propionat, dan asam butirat dirubah menjadi asam asetat oleh bakteri asetogenik dengan reaksi seperti berikut (Said, 2006) :

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + 2H2………( pers 1)

Etanol Asam Asetat

CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 2H2…………..(pers.2)

Asam Propionat Asam Asetat

CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2…………..(pers.3)

Asam Butirat Asam Asetat 4. Metanogenesis

Pada tahap metanogenesis, terbentuk metana dan karbondioksida. Metana dihasilkan dari asetat atau dari reduksi karbondioksida oleh bakteri asetotropik dan hidrogenotropik dengan menggunakan hidrogen.

Tiga tahap pertama di atas disebut sebagai fermentasi asam sedangkan tahap keempat disebut fermentasi metanogenik (Lettinga, et all, 1994). Tahap asetogenesis terkadang ditulis sebagai bagian dari tahap asidogenesis.

Berbagai studi tentang digesti anerobik pada berbagai ekosistem menunjukkan bahwa 70 % atau lebih metana yang terbentuk diperoleh dari asetat (pers.1. Jadi asetat

merupakan intermediet kunci pada seluruh fermentasi pada berbagai ekosistem tersebut (Main et al. 1977). Hanya sekitar 33% bahan organik yang dikonversi menjadi metana melalui jalur hidrogenotropik dari reduksi CO2 menggunakan H2

Reaksi kimia pembentukan metan dari asam asetat dan reduksi CO

(pers.2) (Marchaim, 1992)..

2

Asetotropik metanogenesis :

dapat dilihat pada persamaan reaksi berikut :

CH3COOH CH4 + CO2

Hidrogenotropik metanogenesis :

………. (pers.1)

CH2 + CO2 CH4 + H2O ………. (pers.2)

2.5. Faktor -Faktor yang Mempengar uhi Pr oses biogas

Lingkungan besar pengaruhnya pada laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada proses aerobik maupun anaerobik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik antara lain: temperatur, pH, konsentrasi substrat dan zat beracun.

1. Temper atur

Gas dapat dihasilkan jika suhu antara 4 - 60°C dan suhu dijaga konstan. Bakteri akan menghasilkan enzim yang lebih banyak pada temperatur optimum. Semakin tinggi temperatur reaksi juga akan semakin cepat tetapi bakteri akan semakin berkurang. Proses pembentukan metana bekerja pada rentang temperatur 30-40°C, tapi dapat juga terjadi pada temperatur rendah, 4°C. Laju produksi gas akan naik 100-400% untuk setiap kenaikan temperatur 12°C pada rentang temperatur 4-65°C. Mikroorganisme yang berjenis thermophilic lebih sensitif terhadap perubahantemparatur daripada jenis mesophilic. Pada temperatur 38°C, jenis mesophilic dapat bertahan pada perubahan temperatur ± 2,8°C. Untuk jenis thermophilic pada suhu 49°C, perubahan suhu yang dizinkan ± 0,8°C dan pada temperatur 52°C perubahan temperatur yang dizinkan ± O,3°C.

2. pH (keasaman)

Bakteri penghasil sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang Hoptimumntuk jenis bakteri penghasil metana antara 6,4 - 7,4. Bakteri yang tidak menghasilkan metana tidak begitu sensitif terhadap perubahan pH, dan dapat bekerja pada pH antara 5 hingga 8,5. Karena proses anaerobik terdiri dari dua tahap yaitu tahap pambentukan asam dan tahap pembentukan metana, maka pengaturan pH awal proses sangat penting. Tahap pembentukan asam akan menurunkan pH awal. Jika penurunan ini cukup besar akan dapat menghambat aktivitas mikroorganisme penghasil metana. Untuk meningkatkat pH dapat dilakukan dengan penambahan kapur.

3. Konsentrasi Substrat

Sel mikroorganisme mengandung Carbon, Nitrogen, Posfor dan Sulfur dengan perbandingan 100 : 10 : 1 : 1. Untuk pertumbuhan mikroorganisme, unsur-unsur di atas harus ada pada sumber makanannya (substart). Konsentrasi substrat dapat mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Kondisi yang optimum dicapai jika jumlah mikroorganisme sebanding dengan konsentrasi substrat. Kandungan air dalam substart dan homogenitas sistem juga mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Karena kandungan air yang tinggi akan memudahkan proses penguraian, sedangkan homogenitas sistem membuat kontak antar mikroorganisme dengan substrat menjadi lebih intim.

4. Zat Beracun

Zat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi dapat menjadi penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika terdapat pada

konsentrasi yang tinggi. Untuk logam pads umumnya sifat racun akan semakin bertambah dengan tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih sensitif terhadap racun daripada bakteri penghasil asam.

Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat (proses) penguraian dalam suatu unit biogas saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas, seperti antiobiotik, desinfektan dan logam berat (Setiawan, 2005).

5. Nilai Potensial Biogas

Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2, dan partikulat lainnya) dan telah

mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada kendaraan. Di Indonesia nilai potensial pemanfaatan biogas ini akan terus meningkat karena adanya jumlah bahan baku biogas yang melimpah dan rasio antara energi biogas dan energi minyak bumi yang menjanjikan.Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut:

Tabel 2.4 Tabel kesetaraan Biogas

Bahan Bakar Jumlah

Biogas Elpiji

Minyak tanah Minyak solar Bensin Gas kota Kayu bakar

1 m3 0,46 kg 0,62 liter 0,52 liter 0,80 liter 1,50 m3 3,50 kg

sumber Departemen Pertanian,2005

2.5 Prinsip Teknologi Biogas

Pada prinsipnya, teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses

fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri methan sehingga dihasilkan gas methan. Gas methan adalah gas yang mengandung satu atom C dan 4 atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas methan yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik yang bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran, dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya, serta air yang cukup banyak. Proses ini sebetulnya terjadi secara almiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Namo Bintang yang terletak di Pancurbatu Sumatra Utara

Prinsip pembangkit biogas, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas percerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry), dan pipi penyaluran biogas yang terbentuk. Di dalam digester ini terdapat bakteri methan yang mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan biogas. Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas

tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan untuk keperluan memasak dan lain-lain.

Alat biogas ini terbagi atas dua tipe, tipe terapung (floating type) yang dikembangkan di India dan tipe kubah tetap (fixed dome type) yang dikembangkan di China, biogas dikenal sebagai gas rawa atau lumpur dan bisa digunakan sebagai bahan bakar. Biogas adalah gas mudah terbakar yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob. Pada umumnya semua jenis bahan-bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas (Anonim, 2005). Pembentukan biogas terjadi selama proses fermentasi berjalan (Setiawan, 2005).

Penggunaan biogas sudah dikenal oleh Rusia dan Inggris sejak lama. India sejak masih dijajah dikenal sebagai pengguna energi biogas yang sangat luas, bahkan sudah disatukan dengan WC biasa. Pembuatan dan penggunaan biogas di Indonesia mulai digalakkan pada awal tahun 1970-an dengan tjuan memanfaatkan buangan atau sisa yang berlimpah dari benda yang tidak bermanfaat menjadi yang bermanfaat, serta mencari sumber energi lain diluar kayu bakar dan minyak tanah. Berdasarkan bahan-bahan untuk membuat biogas, cara dan lingkungan untuk menghasilkannya, biogas dapat dihasilkan di manapun. Pembuatan giogas bisa dalam bentuk yang sederhana untuk kepentingan bersama beberapa rumah atau leibh. Secara sederhana, pembuatan biogas bisa dengan drum bekas yang masih kuat atau sengaja dibuat dalam bentuk bejana dari tembol atau bahan-bahan lainnya (Suriawiria, 2005).

Biogas dieprgunakan dengan cara yang sama seperti penggunaan gas lainnya yang mudah terbakar dengan mencapurnya dengan oksigen (O2

Biogas dapat digunakan untuk kepentingan penerangan dan memasak. Lampu atau kompor yang sudah umum dan biasa dipergunakan untuk gas lain selain biogas tidak cocok untuk pemakaian biogas, sehingga memerlukan penyesuaian karena bentuk dan sifat biogas berbeda dengan bentuk dan sidfat gas lain yang sudah umum. Pusat Teknologi Pembangunan (PTP) ITB telah sejak lama membuat lampu atau kompor yang dapat menggunakan biogas, yang asalnya dari lampu petromak atau kompor gas biasa yang dapat menggunakan biogas dengan pertimbangan keselamatan dan penggunaan. ). Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan (Anonim, 2005)

Kompor biogas tersebut tersusun dari rangka, pembakar, spuyer, cincin penjepit spuyer dan cincin penagtur udara, yang kalau sudah diatur akan mempunayai spesifikasi termperatur nyala api dapat menacapai 5600

Gas metan hasil fermentasi merupakan kandungan utama biogas yang mempunyai nilai kalor antara 590 – 700 K.cal/m

C dengan warna nyala biru muda pada malam hari, dan laju pemakaian biogas 350 liter/jam, serta harganya diperkirakan antara Rp.2.500,00 sampai Rp.3.000,00 saja (catatan tahun 1978). (Suriawiria, 2005).

3

. sumber kalor lain dari biogas adalah dari H2 serta

CO dalam jumlah kecil, sedang karbon dioksida dan gas nitrogen tak berkontribusi dalam soal nilai panas. Nilai kalor biogas lebih besar dari sumber energi lainnya, seperti coalgas (586 K.cal/m3) ataupun watergas (302 K.cal/m3). Nilai kalor biogas lebih kecil dari gas alam (967 K.cal/m3

Biogas merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan sangat tinggi dan cepat daya nyalanya, sehingga sejak biogas berada pada bejana pembuatan sampai penggunaannya untuk penerangan ataupun memasak, harus selalu dihindarkan dari api yang dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan (Suriawiria, 2005).

). Setiap kubik biogas setara dengan 0,5kg gas alam cair (liquid petroleum gases/LPG), 0,5 L bensin dan 0,5 L minyak diesel Biogas sanggup membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,2 – 1,50 kilo watt hour (kwh) (setiawan,2004).

Pembuatan biogas dimulai dengan memasukkan bahan organik ke dalam digester, sehingga bakteri anaerob membusukkan bahan organik tersebut dan menghasilkan gas yang disebut biogas. Biogas yang telah terkumpul di dalam digester dialirkan melalui pipa penyalur gas menuju tangki peyimpan gas atau langsung ke lokasi penggunaannya, misalnya kompor. Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti cara penggunaan gas lainnya yang mudah terbakar. Pembakaran biogas dilakukan dengan mencampurnya dengan oksigen (O2). Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang

optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Keuntungan lain yang diperoleh adalah dihasilkannya lumpur yang dapat digunakan sebagai pupuk. Faktor-faktor yang mempengaruhi produktivitas sistem biogas antara lain jenis bahan organik yang diproses, temperatur digester, ruangan tertutup atau kedap udara, pH, tekanan udara serta kelembaban udara. Komposisi gas yang terdapat di dalam biogas adalah 40-70 % metana

(CH4), 30-60 % karbondioksida (CO2) serta sedikit hidrogen (H2) dan hidrogen sulfida

(H2

Dari proses fermentasi dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas, metana (CH S) (Anonim, 2005).

4),

karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H2

2.5. Mikroba yang berperan

S. Metana yang dikandung biogas ini jumlahnya antara 54 – 70%, sedang karbon dioksidanya antara 27 – 43%. Gas-gas lainnya memiliki persentase hanya sedikit saja (Setiawan,2005).

Mikroba merupakan salah satu faktor kunci yang ikut menentukan berhasil tidaknya suatu proses penanganan limbah cair organik secara biologi. Keberadaannya sangat diperlukan untuk berbagai tahapan dalam perombakan bahan organik. Marchaim (1992) menyatakan bahwa efektifitas biodegradasi limbah organik menjadi metana membutuhkan aktifitas metabolik yang terkoordinasi dari populasi mikrobia yang berbeda-beda. Populasi mikroba dalam jumlah dan kondisi fisiologis yang siap diinokulasikan pada media fermentasi disebut sebagai starter.

Bakteri, suatu grup prokariotik, adalah organisme yang mendapat perhatian utama baik dalam air maupun dalam penanganan air limbah (Jenie dan Winiati, 1993). Jadi, dalam proses anaerobik, mikrobia yang digunakan berasal dari golongan bakteri. Bakteri yang bersifat fakultatif anaerob yaitu bakteri yang mampu berfungsi dalam kondisi aerobik maupun anaerobik. Bakteri-bakteri tersebut dominan dalam proses penanganan limbah cair baik secara aerobik ataupun anaerobik.

Marchaim (1992) menyatakan bahwa digesti ataupun pencernaan bahan organik yang efektif membutuhkan kombinasi metabolisme dari berbagai jenis bakteri anaerobik. Beberapa jamur (fungi) dan protozoa dapat ditemukan dalam penguraian anaerobik, tetapi bakteri merupakan mikroorganisme yang paling dominan bekerja didalam proses penguraian anaerobik. Sejumlah besar bakeri anaerobik dan fakultatif yang terlibat dalam proses hidrolisis dan fermentasi senyawa organik antara lain adalah Bacteroides, Bifidobakterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus. Bakteri asidogenik (pembentuk asam) seperti Clostridium, bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat dan H2) seperti Syntrobacter wolini dan Syntrophomonas wolfei (Said, 2006)

Bakteri metana yang telah berhasil diidentifikasi terdiri dari empat genus (Jenie dan Rahayu,1993):

1. Bakteri bentuk batang dan tidak membentuk spora dinamakan Methanobacterium 2. Bakteri bentuk batang dan membentuk spora adalah Methanobacillus

3. Bakteri bentuk kokus yaitu Methanococcus atau kelompok koki yang membagi diri.

4. Bakteri bentuk sarcina pada sudut 900

Bakteri metanogen melaksanakan peranan penting pada digesti anaerob karena mengendalikan tingkat degradasi bahan organik dan mengatur aliran karbon dan elektron dengan menghilangkan metabolit perantara yang beracun dan meningkatkan efisiensi termodinamik dari metabolisme perantara antar spesies.

dan tumbuh dalam kotak yang terdiri dari 8 sel yaitu Methanosarcina.

Soetarto et all. (1999) menyatakan bahwa bakteri metanogen merupakan obligat anaerob yang tidak tumbuh pada keadaan yang terdapat oksigennya dan menghasilkan metan dari oksidasi hidrogen atau senyawa organik sederhana seperti asetat dan metanol serta tidak dapat menggunakan karbohidrat, protein, dan substrat komplek organik lain. Bakteri penghasil metan bersifat gram varibel, anaerob, dapat mengubah CO2

Dwidjoseputro (1998) menyatakan bahwa ciri genus Methanobacterium adalah anaerob, autotrof/hetorotrof, dan menghasilkan gas metan. Bakteri autotrof (seringkali menjadi metan, dinding selnya mengandung protein tetapi tidak mempunyai peptidoglikan. Bakteri ini merupakan mikrobia Archaebacteria yang merupakan jasad renik prokariotik yang habitatnya sangat ekstrim. Archaebacteria adalah kelompok prokariot yang sangat berbeda dari eubacteria. Dinding selnya tidak mengandung peptidoglika (murein), tidak sensitif terhadap kloramfenikol. Pada Methanobacterium sp., dinding selnya mengandung materi seperti peptidoglikan yang disebut pseudopeptidoglikan atau pseudomurein tersusun dari N asetil glukosamin dan asam N asetil talosaminuronat (2 gula amino). Asam amino yang ada semuanya bentuk L (pada peptidoglikan bentuk D). dinding sel Archaebacteria tahan terhadap lisosim. Methanosarcina sp. Mengandung dinding sel tebal galaktosamin, asam glukuronat, dan glukosa. Dinding sel Methanococcus dan Methanomicrobium mengandung protein dan kekurangan karbohidrat.

dibedakan antara kemoautotrof dan fotoautotrof) dapat hidup dari zat-zat anorganik. Bakteri heterotrof membutuhkan zat organik untuk kehidupannya.

Substrat yang digunakan oleh bakteri metanogen berupa karbon dengan sumber energi berupa H2/CO2, format, metanol, metilamin, CO, dan asetat. Kebanyakan

metanogen dapat tumbuh pada H2/CO2, akan tetapi beberapa spesies tidak dapat

memetabolisme H2/CO2. Nutrisi yang dibutuhkan oleh metanogen bervariasi dari yang

sederhana sampai kompleks. Berkaitan dengan asimilasi karbon, ada yang berupa metanogen autotrof dan heterotrof. Di habitat aslinya, bakteri metanogen terantung dari bakteri lain yang menyuplai nutrien esensial seperti sisa mineral, vitamin, asetat, asam amino, atau faktor-faktor tumbuh lainnya (Main and Smith, 1981).

2.7. Deskripsi Proses

Hal utama untuk proses metanasi adalah sampah yang akan di olah. Hal penting lainnya berupa jenis cairan yang dihasilkan dari sampah tersebut yaitu berupa CH3COOH, H2 + CO2 yang berupa gas. Pada proses metanasi ini yang paling berperan

penting adalah cairan CH3COOH, Smith dan Mah (1966) menunjukkan bahwa 37%

metana dihasilkan dari CH3COOH dan selebihnya dibandingkan dengan didalam seluruh

proses yang ada dalam proses tersebut berperan juga C6H12O6

C

(karbohidrat) dan lemak. Pada topik yang telah dijelaskan diatas dalam proses ini dilakukan proses fermentasi pada karbohidrat yang mengasilkan asam asetat, dapat kita lihat pada reaksi berikut;

6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H

Produk Asam asesat dan Hidrogen akan menghasilkan metana pada reaksi berikut;

2

2C2H4O2 2CH4 + 2CO

4H

2

2 + CO2 CH4 + 2H2

Dari reaksi metanasi diaas metana berasal dari Karbohidrat 66%, Asam asetat 33% dan selebihnya dihasilkan Hidrogen.

O

Pada flowsheet yang ada dijelaskan perodurnya sebagai berikut:

1. Sampah domestik terdiri dari sampah besi, kaca, pasir dan plastik. Hal pertama yang harus dilakukan adalah memisahkan sampah-sampah tersebut. Sampah plastik dapat dibakar atau diolah lagi untuk menghasilkan composit, pada sampah organik dimasukkan ke dalam timbangan untuk dilakukan proses selanjutnya.

2. Proses kedua dilakukan pemotongan atau pencacah sampah, sampah-sampah organik tersebut akan dibuat hingga menjadi seperti bubur. Hal ini dilakukan untuk mempermudah proses pengadukan didalam digester.

3. Setelah sampah dicacah kemudian dimasukkan kedalam pompa pengisian, didalam pompa pengisian diberi steam untuk menguapkan sampah yang akan dipompakan. Uap dan cairan sampah dipompakan kedalam tangki fermentasi. Waktu tinggal yang dilakukan pada tangki fermentasi selama 6 jam pada shuku pertama-tama 350. Pada tangki fermentasi juga dilakukan penambahan mikroorganisme dan suhu dinaikkan hingga 650

4. Setelah proses fermentasi selesai dilakukan kemudian lumpur yang dihasilkan dialirkan kedalam bak penampung lumpur untuk diolah menjadi produk kompos.

C. Sifat mokroorganisme yang ada harus bersifat termofilik, hal ini akan mendukung mutu dan jumlah gas metana yang dihasilkan.

5. Proses dilanjutkan kedalam kondensor, didalam kondensor suhu gas yang dihasilkan diturunkan dengan menggunakan air sebagai pendingin. Hal ini dilakukan untuk menghindari ledakan uap gas yang bersuhu tinggi dari fermentor. 6. Gas yang telah dimasukkan kedalam kondensor kemudian dialirkan kedalam

kolom absorbsi. Absorbsi berfungsi untuk memisahkan gas-gas ada dimana reagent yang digunakan adalah air. Air berfungsi untuk mengikat gas CO2. Gas

CO2

Dalam proses pembuatan gas metana ini terdapat hal-hal lainnya yaitu:

yang diikat dengan reagent air ialah gas-gas yang memiliki fasa yang sama dengan fasa air.

COD effluent lumpur 22370 mg/liter, BOD effluent lumpur 13980 mg/liter. Laju alir proses 590 m3

Steam hanya bekerja sebagai pemanas saja, apabila dilakukan secara kontak langsung maka steam akan berjalan dengan lambat, hal ini disebabkan karena sampah organik yang akan diproses sudah bebentuk lebih bubur.

/hari. pH 13.

Ukuran yang dapat dipompakan oleh pompa adalah 200 mess. Pada tangki fermentasi adapun terdapat didalamnya perbandingan solid dan liquid ialah 15% untuk padatan dan 40% untuk air dan Mikroorganisme yang dicampurkan. Suhu yang bekerja pada tangki fermentasi 650C – 750C. tekanan untuk proses ini 1,14 atm. Aktivator yang digunakan adalah Methanobacter formicicum.

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas = 900 ton/hari =

jam 24

hari 1 hari

kg 000 . 600

x = 27500 kg/hari Basis = 1 jam operasi Satuan perhitungan = kg/jam

Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur penyusun senyawa. Komposisi sampah organik adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Komposisi sampah organik

Bahan organik %

Sampah dedaunan 32

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

Air 29,8

Tabel 3.2 Komposisi sampah berdasarkan unsur Komponen

sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10

(Sumber : dinas kebersihan kota Medan, 2005)

Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat C6H12O Komponen C

6

6H12O6 BM Fraksi

Carbon, C Hidrogen, H Oksigen, O 12 1 16 0,4 0,067 0,533

Tabel 3.4 Komposisi H2 Komponen H

S

2S BM Fraksi

Hidrogen, H Sulfur, S 1 32 0,06 0,94

Tabel 3.5 Komposisi CO Komponen CO 2 BM 2 Fraksi Carbon, C Oksigen, O 12 16 0,273 0,727

Tabel 3.6 Komposisi CH Komponen CH 4 BM 4 Fraksi Carbon, C Hidrogen, H 12 1 0,75 0,25 1. Thresher

Fungsi : sebagai alat untuk mempekecil ukurannya hingga menjadi bubur.

Thresher

1 2

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5% Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5% III-2

Tabel 3.7 Neraca Massa pada thresher (TR-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2

1 Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2 Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3 Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4 Nitrogen (N) 373,05 373,05

5 Sulfur (S) 36,03 36,03

6 Abu 806,09 806,09

7 H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

2. Tangki penampungan umpan (TK-01)

Tabel 3.8 Neraca massa pada Tangki Penampungan (TK-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 2 Alur 3

1. Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2. Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3. Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4. Nitrogen (N) 373,05 373,05

5. Sulfur (S) 36,03 36,03

6. Abu 806,09 806,09

7. H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

Tangki penampungan

C H O N S Abu

C H O N S Abu

2 3

3. fermentor (FR-01)

• Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin

Lipida

Fermentor

3

4

5 6

C6H12O6

H2O

N2

H2S

Abu

CH4

CO2

N2

H2S

H2

Lumpur N2

Air Bakteri Bakteri anaerob

• Protei dirubah menjadi Asam amino

Protein Asam amino

• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin

Asam nukleat

Pirimidin Purin Asam phospat

• Polisakarida dirubah menjadi monosakarida. Polisakarida terbagi atas : - Pati

- Glikogen - Selulosa

D-Glukopinarosa Glukosa

III-5

α(1-4) Glikogen Glukosa

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam lemak rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin.

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2,

N2, H2

• Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil. .

Asam lemak rantai panjang terdiri atas : - Asam lemak stearat

- Asam lemak palmitat - Asam lemak oleat

Asam lemak stearat Asam butirat Metana

Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen

• Gliserin dirubah menjadi Asam propionat

Gliserin Asam propionat Hidrogen

• Asam amino diurai menjadi asam akrilat

Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen

• Glukosa diurai menjadi akohol (etanol)

Glukosa Etanol

• Purin diurai menjadi asam propionat

Purin Asam propionate phospat 3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

• Pirimidim diurai menjadi asam butirat

Pirimidin Asam butirat

1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin

Asam lemak stearat Asam butirat

Asam lemak palmitat Asam propionat

Gliserin Asam propionat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4 Asam butirat asam propionate asam laktat

2. Reaksi pada Asam nukleat

Asam nukleat Pirimidin purin

Purin Asam propionate phospat

Pirimidin Asam butirat

Asam nukleat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam nukleat.

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH Asam butirat asam propionate asam laktat

4

Asam nukleat

Asam amino Asam akrilat

+

Asam amino Asam nukleat

6CH3CH2COOH + 12CH3CH2CH2COOH + CH3-CHOH-COOH + CH2 Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

+

3. Tahap Asetogenesis

2CH3CH2OH + 2CO2 2CH3COOH + 2H2………( pers 1)

12CH3CH2COOH + 2H2O 12CH3COOH + 24H2

6CH

…………..(pers.2)

3CH2CH2COOH + 12H2O 12CH3COOH + 12H2…………..(pers.3)

2CH3CH2OH + 12CH3CH2COOH + 6CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 36H2

40H

2 + 26CH3

4. Tahap Metagenesis

COOH

C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H

2C

2 2H4O2 2CH4 + 2CO2

CO

2 + 4H2 CH4 + 2H2

C

O

6H12O6 3CH4 + 3CO2

Tabel 3.9 Neraca Massa Pada Fermentor (FR-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6

1. C6H12O6 15455,031 - - 1545,711

2. H2O 7077,5 - - 7077,5

3. N2 373,05 - 111,915 261,135

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. Abu 806,09 - - 806,09

6. Bakteri - 3562,5 - 3562,5

7. CH4 - - 3709,152 -

8. CO2 - - 10200,168 -

Total

23750 3562,5 14059,564 13253,932

27312,5 27312,5

+

+

Bakteri

Bakteri

4. Absorbsi (AB-01)

Tabel 3.10 Neraca massa pada Absorbsi (AB-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 10 Alur 9 Alur 8

1. CH4 3709,152 - 3709,152 -

2. CO2 10200,168 - 3060,051 10200,168

3. N2 111,915 - 111,915 -

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. H2O - 4217,117 - 4217,117

Total

14059,564 4217,117 6919,447 11357,234

18276,681 18276,681

11. Absorbsi (AB-02)

Tabel 3.11 Neraca massa pada Absorbsi (AB-02)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

9 11 10 12

1. CH4 3709,152 - - 3709,152

2. CO2 3060,051 - - 3060,051

3. N2 111,915 - - 111,915

Absorbsi

7

8

9 10

H2O

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S

CO2

H2O

Absorbsi (Fe) 9 10 11 12 CH4 CO2 N2

H2S

FeS

CH4

CO2

N2

H2S Fe

4. H2S 38,329 - 30,663 7,666

5. Fe - 1383,89 1383,89 -

Total

6919,447 1383,89 1414,553 6888,784

8303,337 8303,337

BAB IV

NERACA ENERGI

Satuan perhitungan : kkal/jam Basis temperatur : 25oC (298 K)

Tabel 4.1 Data karakteristik zat

Komponen Berat Molekul Cp (kkal/kmol)

Padat Cair Gas

C6H12O6 180 0,224 - -

Abu 852,29 0,321 - -

CO2 44 - 19,05* 0,2055

H2O 18 - 1,0 0,4512

N2 28 0,224* - 0,243

CH4 16 - - 5,34

H2S 34 - - 7,2

*)menggunakan metode Hurst and Harrison (sumber : Perry, 1997)

Tabel 4.2 Data Entalpi (panas) Permbentukan ∆Ho Komponen

f(298)

∆Ho

f(298) (kkal/kmol) C6H12O6 -120,26

CO2 -94,05

CH4 -17,89

1. Fermentor (FR-01)

Tabel 4-3. Perhitungan Panas Bahan Masuk Fermentor (alur 3)

Komponen Fs3

(kg) Ns3 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns3 Cp dt 303 298 (l)

∫

. (kkal) C6H12O

H 6 2 N O H 2 2 Abu S 15455,031 7077,5 373,05 38,329 806,09 85,86 413,88 13,323 1,127 1 1,12 5,0 1,12 36 1,605 96,1632 2069,45 14,92176 40,572 1,605

∆H in , alur 3 2222,711

Dianggap tidak ada panas masuk pada bakteri P = 1,14 atm

T = 65oC

3

4

5

6

C6H12O6

H2O

N2

H2S

Abu 30

o

C

65o C

65oC

CH4

CO2

N2

H2

H2S

Bakteri anaerob

Lumpur N2

Air

Tabel 4-4. perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor (alur 5 )

Komponen Fs5

(kg)

Ns5

(kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt 303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576

∆H out , alur 5 51786,172

Tabel 4-5. Perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor (alur 6)

Komponen Fs6

(kg) Ns6 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns6 Cp dt 303 298 (l)

∫

. (kkal) Abu N H 2 2 806,09 O 261,135 7077,5 1 9,326 413,88 12,84 8,96 40 12,84 83,560 16555,2

∆H out , alur 6 16651,6

2. Kondensor (C-01)

Kondensor

65oC ₃₀o

C

5 ₇

Air pendingin 25oC

Air sisa 60oC CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

Tabel 4-6. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor (alur 5)

Komponen Fs5

(kg) Ns5 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt 303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576

∆H in , alur 5 51786,172

Tabel 4-7. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor (alur 7)

Komponen Fs5

(kg)

Ns5

(kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt 303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 26,7 1,0275 1,215 36 6189,647 238,197 4,855 40,572

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

5.1 ELEVATOR (EL-01)

Fungsi : untuk mengangkkut sampah dari timbangan ke ttrhesser Jenis : Bucket elevator

Jumlah : 1 buah

Ukuran : (6 x 4 x 41/2) in Kecepatan : 225ft/menit

5.2 Thresser (TR-01)

Fungsi : untuk memperkecil ukuran sampah organik yang akan diolah Jenis : HGT-6000

Bahan : besi Kecpatan : 5-15 ton Jumlah : 3 unit

5.3 Tangki penampungan (TK- 01)

Fungsi : menampung hasil cacahan sampah dari thresser Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan : Plate Steel SA-167, tipe 304

Jumlah : 6 unit

Diameter tangki : 6,859 m = 22,50 ft Tinggi tangki : 10,2894 m = 33,757 ft Volume tangki : 2280 m

P

3

disain

Tebal plat : 5/8 in : 63,3252 psi

5.4 Fermentor

Fungsi : memfermentasikan sampah organik yang telah dicacah dengan bantuan bakteri

Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan : Plate Steel SA-167, tipe 304

Jumlah h : 6 unit

Diameter : 5,735 m = 18,816 ft Tinggi : 8,604 m = 28,228 ft Volume : 1332,858 m

P

3

disain

Tebal plat : ½ in

: 55,0356 psi

Pelengkap : - pengaduk

- Jaket : - volume jaket : 42,55 m - tebal jaket : 2,7191 m

3

5.5 Tangki bakteri (TK-03)

Fungsi : untuk menampung bakteri sebelum ditransfer kedalam fermentor

Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan : plate steell SA-167, tipe 304

Diameter tangki : 3,252 m = 10,6712 ft Tinggi tangki : 4,881 m = 16,015 ft Volume tangki : 40,521 m

P

3

disain

Tebal plat : ¼ in : 36,726 psi

5.6 Bak pengendapan (BP-01)

Fungsi : untuk menampung lumpur hasil fermentasi dari sampah organik

Jenis : bak persegi Volume bak : 10,464 m Panjang bak : 3,5195 m

3

Lebar bak : 2,1117 m Tinggi bak : 1,4078 m

5.7 Tangki penampungan Metana (TK-02)

Fungsi : menampung hasil pemurnian gas dari kondensor dan absorber.

Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan : plate steel SA-167, tipe 304

Volume tangki : 4387,244 m

Diameter tangki : 15,502 m = 50,861 ft

3

Tinggi tangki : 23,256 m = 76,278 ft Pdisai n

Tebal plat : 7/16 in : 18,242 psi

5.8 Kondensor

Fungsi : mendinginkan gas yang keluar dari absorber Jenis : Horizontal Sheel and tube Exchange

Bahan : Sainless steell Jumlah : 1 unit

Diameter tube : ¾ in Pitch (PT

Jenis tube : 12 BWG

) : 1 in square pitch

Panjang tube : 10 ft Jumlah tube : 10 buah Diameter sheel : 8 in

5.9 Absorbsi (AB-01)

Fungsi : untuk memurnikan gas metana dengan mengabsorbsi gas CO2

Bahan : Plate steel SA-167, tipe 304

yang berlebihan dengan menggunakan air.

Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Volume absorber : 58,163 m

Diameter absorber : 3,67 m = 12,04 ft

3

Tinggi absorber : 27,48 m = 90,631 ft Tebal plat : ¼ in

5.10 Absorbsi (AB-02)

Fungsi : untuk memurnikan gas metana dengan mengabsorbsi gas H2

Bahan : Plate steel SA-167, tipe 304

S yang berlebihan dengan menggunakan Fe (besi).

Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Volume absorber : 204,88 m

Diameter absorber : 5,582 m = 18,326 ft

3

Tinggi absorber : 8,376 m = 27,48 ft Tebal plat : ¼ in

5.11 Pompa (P-01)

Fungsi : untuk memompakan campuran sampah kedalam fermentor Jenis : Sentrifugal pump

Bahan : Comercial Steel Jumlah : 6 buah

Nominal size pipe : 3 in Schedule number : 40

ID : 3,068 in = 0,256 ft OD : 3,5 in = 11,483 ft Flow area pipe : 0,428 ft/det

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Alat instrumentasi merupakan salah satu bagian yang paling penting dalam suatu pabrik. Instrumentasi adalah rangkaian peralatan yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Dengan adanya alat kontrol maka dapat diketahui dan dikoreksi segala kesalahan ataupun penyimpangan proses yang mungkin terjadi.

Fungsi instrumentasi adalah sebagai penunjuk (indicator), pencatat (recorder),

pengontrol (controller), dan pemberi tanda bahaya (alarm). Peralatan instrumentasi

biasanya bekerja dengan tenaga mekanis atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual ataupun otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses tergantung pada pertimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat-alat tersebut dipasang di atas papan instrumen dekat peralatan proses (kontrol manual)

atau disatukan di dalam suatu ruang kontrol pusat (control room) yang dihubungkan

dengan bangsal peralatan (kontrol otomatis).

Alat-alat kontrol yang biasa dipakai pada peralatan proses antara lain :

1. Temperature Controller (TC), yaitu alat untuk mengetahui suhu aliran atau suhu operasi suatu alat dan dapat mengendalikan suhu operasi sesuai dengan kondisi yang diinginkan.

2. Pressure Controller (PC), yaitu alat untuk mengetahui tekanan suatu aliran dan tekanan pada peralatan yang sedang beroperasi dan sebagai alat untuk mengendalikan tekanan operasi sesuai yang diinginkan.

3. Flow Controller (FC), yaitu alat untuk mengukur debit aliran sesuai dengan yang diinginkan.

4. Level Controller (LC), yaitu alat untuk mengendalikan tinggi cairan dalam suatu alat sehingga tidak melebihi yang diinginkan.

Secara umum, kerja dari alat-alat instrumentasi dapat dibagi dua bagian yaitu operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses bergantung pada petimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu

sendiri. Pada pemakaian alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah

alat-alat itu dipasang pada peralat-alatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu

ruang kontrol yang dihubungkan dengan bagian peralatan (automatic control).

Hal-hal yang diharapkan dari pemakaian alat-alat instrumentasi adalah:

 Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan

 Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah

 Sistem kerja lebih efisien

 Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat

Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada pra rancangan pabrik pembuatan Metana dari sampah organik

No Nama alat Jenis instrumen Kegunaan

1 Pompa FC Mengontrol laju alir cairan dalam pipa

2 Tangki penampung LC Mengontrol ketinggian cairan dalam

tangki

3 Fermentor

LC Mengontrol ketinggian cairan dalam

fermentor

PI Mengetahui tekanan dalam fermentor

TC Mengontrol suhu dalam fermentor

pHC Mengontrol pH yang mendukung

petumbuhan bakteri.

5 Absorbsi H2O TC

Mengontrol suhu pada gas yang masuk

serta penyerapan gas CO2.

6 Tangki penampungan

gas metana

LC Mengontrol ketinggian cairan dalam

tangki penampung gas metana.

PC Mengontrol tekanan dalam tangki

penampungan gas metana.

TI Mengetahui suhu dalam Tangki

penampungan gas metana

7 Kompresor FC Mengontrol laju gas metana kedalam

8 Absorbsi H2O

TC Mengontrol suhu pada gas yang masuk

serta penyerapan gas H2S

Contoh jenis-jenis instrumentasi yang digunakan pada pra rancangan pabrik Metana dari sampah organik :

1. Pompa

Variabel yang dikontrol pada pompa adalah laju aliran (flow rate). Untuk

mengetahui laju aliran pada pompa dipasang flow control (FC). Jika laju aliran

pompa lebih besar dari yang diinginkan maka secara otomatis katup pengendali (control valve) akan menutup atau memperkecil pembukaan katup.

2. Tangki penampung

Pada tangki ini dilengkapi dengan level control (LC) yang berfungsi untuk

mengontrol ketinggian cairan di dalam tangki. Prinsip kerja dari level control

(LC) ini adalah dengan menggunakan pelampung (floater) sehingga isi tangki

dapat terlihat dari posisi jarum penunjuk di luar tangki yang digerakkan oleh pelampung. Jika isi tangki tinggal sedikit, maka diisi dengan menggunakan

pompa yang dilengkapi dengan valve yang berfungsi sebagai flow control (FC).

3. Fermentor

Fermentor adalah alat tempat berlangsungnya reaksi kimia antara bahan-bahan yang digunakan. Dalam pabrik ini, Fermentor merupakan tempat

bereaksinya sampah organik dan Methanobacter formicicum yang

menghasilkan gas Metana, CO2, N2, H2S. Pada reaktor dilengkapi sensing

elemen yang peka terhadap perubahan suhu, sehingga suhu dalam reaktor dapat dilihat pada indikator temperatur. Reaksi yang berlangsung pada reaktor merupakan reaksi endotermis atau reaksi yang membutuhkan panas. Oleh

karena itu, untuk menjaga agar suhu operasi konstan pada 65 0C dibutuhkan

steam yang dialirkan dalam jacket pemanas. Jika suhu terlalu rendah maka

secara otomatis valve yang terdapat pada aliran steam akan terbuka sehingga

suhu dalam reaktor dapat dijaga. Untuk menjaga agar laju alir bahan masuk

reaktor dapat terdeteksi digunakan pressure indicator (PI). Untuk

mengendalikan ketinggian cairan dalam fermentor digunakan level control

(LC) dengan tujuan agar tidak terjadi kelebihan muatan.

4. AbsorbsiH2O untuk CO2 dan H2S

Temperature control (TC) pada absorbsi berfungsi untuk mengatur

besarnya suhu di dalam absorbsi dengan cara mengatur banyaknya air

pendingin yang dialirkan. Jika temperatur di bawah kondisi yang diharapkan (set point), maka valve akan terbuka lebih besar dan jika temperatur di atas

kondisi yang diharapkan maka valve akan terbuka lebih kecil. Pada Absorbsi

FeO memiliki cara kerja yang sama beda antara kedua absorbsi ini yaitu pada

penyerapannya. Absorbsi H2O menyerap gas CO2 dan gas H2S yang berlebihan

5. Kompresor

Instrumentasi pada kompresor mencakup flow controller (FC). FC

berfungsi untuk mengontrol laju alir gas Metana pada kompresor. Pengontrolan laju alir gas Metana dilakukan untuk mengatur aliran gas yang dialirkan pada tangki penampung gas.

6. Tangki penampungan gas

Pada alat ini instrumen yang terpasang adalah pengontrol suhu, tekanan,

dan ketinggian. Pressure indicator control alarm (PICA) merupakan alat yang

memiliki tiga fungsi yaitu mengatur tekanan di dalam tangki penampunngan gas metana dengan cara mengatur jumlah fluida yang keluar dari alat ini

sehingga valve akan terbuka/tertutup, memberi sinyal pada pressure control

(PC) untuk mengukur tekanan sesuai dengan tekanan set point dan

membunyikan alarm ketika tekanan tidak sesuai dengan tekanan set point.

Sedangkan pemasangan temperature indicator (TI) bertujuan untuk

memberikan sinyal ketika temperatur sistem tidak berada pada temperatur set

point. Selain itu dengan adanya kedua alat pengontrol tersebut maka tekanan dan temperatur dapat dipertahankan pada 1 atm. Pada alat ini juga terdapat

level control (LC) yang bertujuan untuk mengendalikan ketinggian cairan di dalam tangki penampungan gas sehingga tidak terjadi kelebihan muatan gas.

6.2 Keselamatan Kerja Pabrik

Keselamatan kerja adalah suatu usaha untuk mencegah terjadinya kecelakaan, cacat ataupun kematian. Keselamatan kerja dan keamanan pabrik merupakan faktor yang perlu diperhatikan secara serius. Keselamatan kerja merupakan jaminan perlindungan bagi keselamatan karyawan dari bahaya cacat jasmani dan kematian. Dalam hubungan ini bahaya yang dapat timbul dari mesin, bahan baku dan produk, sifat zat, serta keadaan tempat kerja harus mendapat perhatian yang serius sehingga dapat dikendalikan dengan baik untuk menjamin kesehatan karyawan.

Makin tinggi tingkat keselamatan kerja dari suatu pabrik makin meningkat pula aktivitas kerja para karyawan. Hal ini disebabkan karena keamanan kerja sudah terjamin dan suasana kerja yang menyenangkan. Untuk mencapai hal tersebut adalah menjadi tanggung jawab dan kewajiban para perancang untuk merencanakannya sehingga bangunan yang dirancang dengan baik akan menciptakan rasa aman bagi para pekerja. Dengan adanya keselamatan kerja berarti para pekerja pabrik dan lingkungan sekitarnya dapat terhindar dari bahaya.

Untuk menjamin keselamatan kerja, maka dalam perencanaan suatu pabrik perlu diperhatikan beberapa hal, yaitu :

 Lokasi pabrik

 Sistem pencegahan kebocoran

 Sistem perawatan

 Sistem penerangan

 Sistem penyimpanan material dan perlengkapan

 Sistem pemadam kebakaran

Disamping itu terdapat beberapa peraturan dasar keselamatan kerja yang harus diperhatikan pada saat bekerja di setiap pabrik-pabrik kimia, yaitu:

 Tidak boleh merokok atau makan

 Tidak boleh minum minuman keras (beralkohol) selama bertugas.

Pada pra rancangan pabrik pembuatan etil ester ini, usaha-usaha pencegahan terhadap bahaya-bahaya yang mungkin terjadi dilakukan dengan cara :

1. Pencegahan terhadap kebakaran

• Memasang sistem alarm pada tempat yang strategis dan penting, seperti

power station, laboratorium dan ruang proses.

• Mobil pemadam kebakaran harus selalu dalam keadaan siap siaga di fire

station.

• Fire hydrant ditempatkan di daerah storage, proses, dan perkantoran.

• Fire extinguisher disediakan pada bangunan pabrik untuk memadamkan api yang relatif kecil.

• Gas detector dipasang pada daerah proses, storage, dan daerah perpipaan dan

dihubungkan dengan gas alarm di ruang kontrol untuk mendeteksi kebocoran

gas.

• Smoke detector ditempatkan pada setiap sub-stasiun listrik untuk mendeteksi kebakaran melalui asapnya.

2. Memakai peralatan perlindungan diri

Di dalam pabrik disediakan peralatan perlindungan diri, seperti :

• Pakaian kerja

Pakaian luar dibuat dari bahan-bahan seperti katun, wol, serat, sintetis, dan asbes. Pada musim panas sekalipun tidak diperkenankan bekerja dengan keadaan badan atas terbuka.

• Sepatu pengaman

Sepatu harus kuat dan harus dapat melindungi kaki dari bahan kimia dan panas. Sepatu pengaman bertutup baja dapat melindungi kaki dari bahaya terjepit. Sepatu setengah tertutup atau bot dapat dipakai tergantung pada jenis pekerjaan yang dilakukan.

• Topi pengaman

Topi yang lembut baik dari plastik maupun dari kulit memberikan perlindungan terhadap percikan-percikan bahan kimia, terutama apabila bekerja dengan pipa-pipa yang letaknya lebih tinggi dari kepala, maupun tangki-tangki serta peralatan lain yang dapat bocor.

• Sarung tangan

Dalam menangani beberapa bahan kimia yang bersifat korosif, maka para operator diwajibkan menggunakan sarung tangan untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan.

• Masker

Berguna untuk memberikan perlindungan terhadap debu-debu yang berbahaya ataupun uap bahan kimia agar tidak terhirup.

3. Pencegahan terhadap bahaya mekanis

• Sistem ruang gerak karyawan dibuat cukup luas dan tidak menghambat

kegiatan kerja karyawan.

• Alat-alat dipasang dengan penahan yang cukup kuat.

4. Pencegahan terhadap bahaya listrik

• Setiap instansi dan alat-alat listrik harus diamankan dengan pemakaian

sekering atau pemutus hubungan arus listrik secara otomatis lainnya.

• Sistem perkabelan listrik harus dipasang secara terpadu dengan tata letak

pabrik, sehingga jika ada perbaikan dapat dilakukan dengan mudah.

5. Menerapkan nilai-nilai disiplin bagi karyawan

• Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang diberikan

dan mematuhi setiap peraturan dan ketentuan yang diberikan.

• Setiap kecelakaan kerja atau kejadian yang merugikan segera dilaporkan ke

atasan.

• Setiap karyawan harus saling mengingatkan akan perbuatan yang dapat

menimbulkan bahaya.

• Setiap ketentuan dan peraturan harus dipatuhi.

6. Penyediaan poliklinik di lokasi pabrik

Poliklinik disediakan untuk tempat pengobatan akibat terjadinya kecelakaan secara tiba-tiba, misalnya menghirup gas beracun, patah tulang, luka terbakar pingsan/syok dan lain sebagainya.

Apabila terjadi kecelakaan kerja, seperti terjadinya kebakaran pada pabrik, maka hal-hal yang harus dilakukan adalah :

• Mengaktifkan alat pemadam kebakaran, dalam hal ini alat pemadam kebakaran yang digunakan disesuaikan dengan jenis kebakaran yang terjadi, yaitu :

 Instalasi pemadam dengan air

Untuk kebakaran yang terjadi pada bahan berpijar seperti kayu, arang, kertas, dan bahan berserat. Air ini dapat disemprotkan dalam bentuk kabut. Sebagai sumber air, biasanya digunakan air tanah yang dialirkan melalui pipa-pipa yang dipasang pada instalasi-instalasi tertentu di sekitar areal pabrik. Air dipompakan dengan menggunakan pompa yang bekerja dengan instalasi listrik tersendiri, sehingga tidak terganggu apabila listrik pada pabrik dimatikan ketika kebakaran terjadi.

 Instalasi pemadam dengan CO2

CO2 yang digunakan berbentuk cair dan mengalir dari beberapa tabung

gas yang bertekanan yang disambung secara seri menuju nozel-nozel.

Instalasi ini digunakan untuk kebakaran dalam ruang tertutup, seperti pada tempat tangki penyimpanan dan juga pemadam pada instalasi listrik.

Keselamatan kerja yang tinggi dapat dicapai dengan penambahan nilai-nilai disiplin bagi para karyawan, yaitu :

 Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang

diberikan.

 Setiap peraturan dan ketentuan yang ada harus dipenuhi.

 Setiap kecelakaan atau kejadian yang merugikan harus segera dilaporkan

kepada pimpinan.

 Setiap karyawan harus saling mengingatkan perbuatan yang dapat

menimbulkan bahaya.

 Dilakukan kontrol secara periodik terhadap seluruh alat instalasi pabrik

BAB VII

UTILITAS

Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan gas Metana ini adalah sebagai berikut:

1. Kebutuhan air

2. Kebutuhan bahan kimia 3. Kebutuhan listrik 4. Kebutuhan bahan bakar

7.1. Kebutuhan Air

Kebutuhan air pada pra rancangan pabrik gas metana dari sampah organik ini mencakup kebutuhan air yang diperlukan untuk kebutuhan air proses yang digunakan untuk proses secara langsung yaitu air yang ditambahkan kedalam tangki pencampuran sebanyak 11175 kg/jam dan kebutuhan air pendingin.

Untuk mengetahui jumlah kebutuhan air maka dapat diuraikan sebagai berikut:

Air domestik diperkirakan 10 liter/jam x 118 orang = 2000 kg/jam Air untuk absorbsi CO2

Air untuk absorbsi H

= 6837,966 kg/jam

2

Total kebutuhan air = 8841,63 kg/jam

S = 3,644 kg/jam

Sumur air untuk pabrik pembuatan gas metana adalah berasal dari sumur bor. Kualitas sumur bor didasarkan atas analisa hasil sumur bor PKS PTPN IV Kebun Adolina seerti tabel 7.1 berikut :

Tabel 7.1. Kualitas air tanah Sibolangit

Parameter Satuan Kadar

Suhu pH Besi (Fe) Clorida (Cl) Seng (Zn) Sulfat (SO4) Arsen (Ar) SiO2 Kalsium (Ca) Magnesium (Mg) Zat Organik o 25 7 4,48 11 0,082 10 0,02 27 45 28 12 C - Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L (Sumber: www.tirtanadi.com )

Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air yang merupakan tempat pengolahan air sumur bor. Pengolahan air pada pabrik ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu:

1. Pengendapan 2. Filtrasi

7.1.1. Pengendapan

Pengendapan merupakan tahap awal dari pengolahan air. Pada bak pengendapan, partikel-partikel padat yang berdiameter besar akan mengendap secara gravitasi, sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya. Diameter padat dalam air berkisar antara 10-4m (Alaerts, 1984). Untuk membunuh kuman-kuman dalam air dilakukan proses klorinasi yaitu dengan mereaksikan air dengan klor. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit (Ca(ClO)2

 Kebutuhan air domestik = 2000 kg/jam ).

 Kaporit yang digunakan mengandung 70% klorin (Alaerts, 1984).

Tabel LE.9 Perkiraan Biaya Depresiasi

Komponen Biaya (Rp) Umur (tahun) Depresiasi (Rp)

Bangunan 4.986.000.000 15 332.400.000

Peralatan Proses & utilitas 41.909.866.714 10 4.190.986.671 Instrumentasi dan Kontrol 2.305.042.669 15 153.669.511

Perpipaan 4.610.085.339 10 461.008.534

Instalasi Listrik 2.305.042.669 15 153.669.511

Insulasi 2.305.042.669 15 153.669.511

Inventaris Kantor 922.017.068 5 184.403.414

Perlengkapan Kebakaran 922.017.068 10 92.201.707

Sarana Transportasi 4.609.150.000 10 460.915.000

Total 6.182.923.860

Total biaya depresiasi dan amortisasi

= Rp 3.911.439.106,- + Rp 6.182.923.860,- = Rp 10.094.362.966,-

D. Biaya Tetap Perawatan

• Perawatan mesin dan alat-alat proses, diperkirakan 10% dari HPT = 0,1 x Rp 46.089.352.330,-

= Rp 4.608.935.233,-

• Perawatan bangunan, diperkirakan 5% dari harga bangunan = 0,05 x Rp 4.986.000.000,-

= Rp 243.300.000,-

• Perawatan kendaraan, diperkirakan 5% dari harga kendaraan = 0,05 x Rp 4.609.150.000,-

= Rp 230.457.500,-

• Perawatan Instrumentasi dan alat kontrol, diperkirakan 5% harga instrumen dan alat kontrol.

= 0,05 x Rp 2.305.042.669,- = Rp 115.252.133,-

• Perawatan perpipaan, diperkirakan 5% dari harga perpipaan = 0,05 x Rp 4.610.085.339,- = Rp 230.504.267,-

• Perawatan instalasi listrik, diperkirakan 5% dari harga instalasi listrik = 0,05 x Rp 2.305.042.669,-

= Rp 115.252.133,-

• Perawatan insulasi, diperkirakan 5% dari harga insulasi = 0,05 x Rp 2.305.042.669,-

= Rp 115.252.133,-

• Perawatan inventaris kantor, diperkirakan 5% dari harga inventaris kantor = 0,05 x Rp 922.017.068,-

= Rp 46.100.853,-

• Perawatan perlengkapan kebakaran, diperkirakan 5% dari harga perlengkapan kebakaran

= 0,05 x Rp 922.017.068,- = Rp 46.100.853,-

Total biaya perawatan = Rp 1.149.369.980,-

E. Biaya Tambahan (Pant Overhead Cost) Diprekirakan 20% dari Modal Investasi Tetap

= 0,2 x Rp 97.785.977.650,- = Rp 19.557.195.530,-

F. Biaya Laboratorium, Penelitian dan Pengembangan Diperkirakan 15 % dari Modal Investasi tetap

= 0,15 x Rp 19.557.195.530,- = Rp 2.933.579.330,-

G. Biaya Asuransi

• Asuransi pabrik diperkirakan 1% dari Modal Investasi Tetap = 0,01 x Rp 97.785.977.650,-

= Rp 977.859.777,-

• Auransi karyawan 1% dari total gaji karyawan (biaya untuk asuransi tenaga kerja adalah 1% ditanggung oleh perusahaan )

Total Biaya Asuransi = Rp 2.043.459.777,-

H. Pajak Bumi dan Bangunan PBB = Rp 51.004.500,-

Total Biaya Tetap = A + B + C + D + E + F + G + H = Rp 64.803.928.920,-

LE. 3. 2 Biaya Variabel

A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas Pertahun = Rp 259.081.418.376,-

B. Biaya variabel Pemasaran, diperkirakan 10% dari Biaya Tetap Pemasaran = 0,1 x Rp 2.933.579.330,-

= Rp 293.357.933,-

C. Biaya variabel Perawatan, diperkirakan 10% dari biaya tetap perawatan = 0,1 x Rp 1.149.369.980,-

= Rp 172.405.497,-

D. Biaya variabel lainnya, diperkirakan 20% dari biaya tambahan = 0,2 x Rp 19.557.195.530,-

= Rp 3.911.439.106,-

Total Biaya Variabel = Rp 26.3345.862.080,-

Total Biaya Produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 91.149.791.728,-

LE. 3. 3 Perkiraan Laba/Rugi perusahaan A. Laba sebelum Pajak

Laba sebelum pajak = total penjualan – total biaya produksi = Rp 539.461.835.616 - Rp 91.149.791.728,- = Rp 448.312.043.888,-

B. Pajak Penghasilan

Berdasarkan Keputusan Menkeu RI Tahun 2004, pasal 17, tentang tarif Pajak Penghasilan adalah :

• Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10% • Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan

pajak sebesar 15%

• Penghasilan diatas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30% Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah :

• 10% x Rp 50.000.000,- = Rp 5.000.000,- • 15% x Rp (100.000.000,- – 50.000.000,-) = Rp 7.500.000,- • 30% x Rp (448.312.043.888, - 100.000.000,-) = Rp 134.463.613.166,-

Total PPh = Rp 134.476.113.166,-

C. Laba setelah Pajak

Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh

= Rp 448.312.043.888,- - 134.476.113.166,- = Rp 313.835.930.722,-

LE. 4 Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM)

PM = 100%

penjualan total pajak sebelum Laba x

PM = 100%

, 616 . 835 . 461 . 539 , 888 . 043 . 312 . 448 x Rp Rp − − = 83,10 %

Profit margin sebesar 83,10 %, menunjukan keuntungan perusahan yang diperoleh tiap perusahaan tiap tahunnya.

B. Break Even Point (BEP)

BEP = 100%

variabel Biaya -penjualan Total tetap Biaya x

BEP = 100%

, 080 . 862 . 345 . 26 , 616 . 835 . 461 . 539 , 920 . 928 . 803 . 64 x Rp Rp Rp − − − −

BEP merupakan titik keseimbangan penerimaan dan pengeluaran dari suatu pabrik/unit dimana semakin kecil BEP maka perusahaan semakin baik. BEP biasanya tidak lebih dari 50 %, maka dari hasil diatas diketahui pendapatan dan pengeluaran sebanding.

C. Pay Out Time (POT) POT = x tahun

ROI 1

1

ROI =

− − = , 319 . 856 . 391 . 366 , 722 . 930 . 835 . 313 Investasi Modal Total pajak setelah Laba Rp Rp = 0,85

POT = x1tahun 85

, 0

1

= 1,17 tahun

POT selama 1,17 tahun merupakan jangka waktu pengembalian modal dengan asumsi bahwa perusahaan beroperasi dengankapasitas penuh tiap tahun.

D. Return on Network (RON)

RON = x100%

ri Modalsendi

hpajak Labasetela

RON = 100%

, 100 . 114 . 835 . 219 , 722 . 930 . 835 . 313 x Rp Rp − − = 42,7 %

E. Return of Invesment (ROI)

ROI = x100% ri

Modalsendi hpajak Labasetela

ROI = 100%

, 900 . 856 . 391 . 366 , 722 . 930 . 835 . 313 x Rp Rp − − = 85%

F. Internal Rate of Return (IRR)

Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh pengeluaran dari tahun yang disebut Cash flow diambil ketentuan sebagai berikut:

• Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10% tiap tahun • Harga tanah diasumsikan mengalami kenaikan 10% tiap tahun • Massa pembangunan disebut tahun ke nol

• Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun

• Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke -10 Cash flow = laba setelah pajak + depresiasi