Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair Dari Limbah Cair Tapioka Dengan Kapasitas 3360 KG/ Hari

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN METANA CAIR

DARI LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA

DENGAN KAPASITAS 3360 KG/HARI

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

Disusun Oleh:

NIM : 050405013

HARINI ROMAITO

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT sebagai Zat yang tidak pernah berhenti mengalirkan nikmat pada hambaNya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan

Metana Cair Dari Limbah Cair Tapioka Dengan Kapasitas 3360 KG/ Hari.

Sholawat dan salam penulis hadiahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang dengan pesannya ”Tuntutlah ilmu hingga ke liang lahat” selalu menjadi motivasi bagi penulis untuk terus menggali ilmu, salah satunya di Jurusan Teknik Kimia ini.

Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, sebagai Dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan memberikan masukan serta arahan kepada penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Indra Surya, MSc, sebagai Dosen Pembimbing II yang telah membimbing dan memberikan masukan serta arahan kepada penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., sebagai Koordinator Tugas Akhir.

4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia USU. 5. Ibunda tercinta, yang selalu menyemangati penulis dalam untaian doa dan nasehat

agar tekun dan jujur dalam menimba ilmu hingga nantinya mampu memberi manfaat bagi orang lain dengan ilmu tersebut.

6. Ayahanda, yang tetap teguh dan sabar memperjuangkan kuliah penulis hingga batas akhir.

7. Saudara kandung penulis, kak Indah, Adek, Ikhsan, Hafiz, Obi dan seluruh keluarga besar di Sibuhuan atas doa dan cintanya sehingga penulis tidak pernah mengenal kata menyerah dalam menyelesaikan studi.

9. Teman-teman penulis, Apri, Meri, dan Rudi, Indra, Suci,Teris yang tidak pernah jemu menanyakan kemajuan skripsi dan terus menyemangati serta menambah ilmu penulis selama penyusunan skripsi.

10.Teman-teman Teknik Kimia Stambuk 2005 untuk segala dukungan dan saran yang membangun sehingga penulis terus termotivasi untuk segera menyusul teman-teman yang terlebih dahulu menamatkan kuliah di Teknik Kimia.

Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Terima Kasih.

Medan, Juni 2010 Penulis,

Harini Romaito ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

INTISARI ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... ...1

1.1Latar Belakang ... ...1

1.2Perumusan Masalah ... ...3

1.3Tujuan Pra Rancangan Pabrik ... ...4

1.4Manfaat Pra Rancangan Pabrik ... ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... .. ...5

2.1 Pengertian Biogas ... ...5

2.2 Sejarah Biogas ... ...6

2.3 Tahapan Metabolisme dalamPembentukan Biogas ... ...6

2.4 Variabel Kondisi Proses ... ...9

2.5 Fermentasi Anaerobik...9

2.6 Nilai otensial gas...10

2.7 Kegunaan biogas...11

2.8 Proses Pencairan Biogas ... ...12

2.9 Limbah Cair Industri Tapioka ... ...13

2.10 Deskripsi proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari .Limbah Cair Taioka ... ...16

2.10.1 Fermentasi Biogas ... ...16

2.10.2 Pemurnian Biogas ... ...17

2.10.3 Pencairan Biogas ... ...17

2.11 Sifat Bahan ... ...18

2.11.1 Limbah Cair Tapioka ... ...18

2.11.2 Effective Microorganism ... ...18

2.11.3 Natrium Bikarbonat (NaHCO3) ... ...19

2.11.5 Ferri Klorida (FeCl2) ... ...19

2.11.6 Metana (CH4) ... ...19

2.11.7 Karbondioksida (CO2) ... ...20

2.11.8 Air (H2O) ... ...20

2.11.9 Propana (C3H8) ... ...21

2.12 Perhitungan mikroba yang dibutuhkan...21

2.13 Unit pengolahan limbah...22

BAB III NERACA MASSA... ...25

BAB IV NERACA ENERGI... ...29

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ... ...32

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... ...47

6.1 Instrumentasi ... ...47

6.2 Keselamatan kerja ... ...51

6.3 Keselamatan kerja pada Pabrik Pembuatan Metana Cair ... ...53

BAB VII UTILITAS ... ...58

7.1 Kebutuhan Air ... ...58

7.2 Kebutuhan Listrik ... ...63

7.3 Kebutuhan Bahan Bakar ... ...65

7.4 Spesifikasi Peralatan Utilitas... ...66

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... ...73

8.1 Lokasi Pabrik... ...73

8.2 Tata Letak Pabrik ... ...75

8.3 Perincian Luas Tanah ... ...76

BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ... ...78

9.1 Organisasi Perusahaan ... ...78

9.2 Manajemen Perusahaan ... ...80

9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ... ...83

9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ... ...83

9.5 Struktur Tenaga Kerja ... ...86

BAB X ANALISA EKONOMI ... ...93

10.1 Modal investasi ... ...93

10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/ Total Cost (TC) ... ...96 iv

10.3 Total Penjualan (Total Sales) ... ...97

10.4 Bonus Perusahaan ... ...97

10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ... ...97

10.6 Analisa Aspek Ekonomi ... ...97

BAB XI KESIMPULAN ... XI-1 DAFTAR PUSTAKA ... x LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS ... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI ... LE-1 v

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Ekspor Gas Alam ... 2

Tabel 1.2 Data Impor Migas... 3

Tabel 2.1 Komposisi biogas secara umum ... 5

Tabel 2.2 Tabel reaksi sintropik dan metanogenik pada proses anaerob...8

Tabel 2.3 Keuntungan dan kerugian Fermentasi Anaerobik...10

Tabel 2.4 Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain...11

Tabel 2.5 Pengaruh EM terhadap HCN pada Limbah Cair Tapioka...15

Tabel 2.6 Kandungan dan Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Tapioka... 15

Tabel 2.7 Karekteristik Limbah Cair Industri Tapioka...18

Tabel 2.8 erhitungan untuk Sistem pengolahan Limbah...23

Table 3.1 Neraca massa Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)……….25

Table 3.2 Neraca massa Tangki Kultur Effective Microorganism (M-140)……...25

Tabel 3.3 Neraca massa Netralizer (F-150) ... .25

Tabel 3.4 Neraca massa Tangki Nutrisi (M-160)...26

Tabel 3.5 Neraca massa Fermentor (R-210)...26

Tabel 3.6 Neraca massa Filter Press (R-220)...27

Tabel 3.7 Neraca massa Kolom Absorpsi (D-310)...27

Tabel 3.8 Neraca massa Tangki Akumulasi Gas Metan (F-410)...27

Tabel 3.9 Neraca massa Flash Drum (F-420)... ..28

Tabel 4.1 Neraca energi Fermentor (R-210)………...29

Tabel 4.2 Neraca energi Kolom Absorpsi (D-310)...29

Tabel 4.3 Neraca energi Tangki Akumulasi (F-410)………...29

Tabel 4.4 Neraca energi Comressor (F-421)...30

Tabel 4.5 Neraca energi Pre Cooler (F-422)...30

Tabel 4.6 Neraca energi Cooler (F-423)...30

Table 4.7 Neraca massa Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)………...31

Tabel 4.8 Neraca massa Tangki Nutrisi (M-160)...31

Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra – Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka…………...51

Tabel 7.1 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan...59.

Tabel 7.2 Kualitas air Sungai Way Seputih, Lampung Timur...60

Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah...77

Tabel 9.1 Pembagian Shift Karyawan...87

Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya...88

Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan...89 Tabel LB.1 Tabel kontribusi Unsur Atom...LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas panas padatan………....

Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)………LB-2 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)………LB-2 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kJ/mol)………..LB-3 Tabel LB.6 Panas masuk ke dalam Fermentor untuk setiap komponen...LB-4 Tabel LB.7 Panas keluar dari Fermentor untuk setiap komponen...LB-5 Tabel LB.8 Panas masuk ke dalam kolom absorpsi untuk setiap komponen...LB-6 Tabel LB.9 Panas masuk ke dalam tangki akumulasi untuk komponen CH4...LB-7 Tabel LB.10 Perhitungan panas masuk ke dalam pre-cooler untuk

komponen CH4.LB-8...LB-8 Tabel LB.11 Perhitungan panas keluar dari pre-cooler untuk komponen CH4...LB-8 Tabel LB.12 Panas masuk ke dalam cooler untuk komponen CH4...LB-10 Tabel LC.1 Densitas campuran gas...LC-43 Tabel LC.2 BM rata-rata gas...LC-43 Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya...LE.1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift………..LE-3 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses...LE-6 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas……….LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi………LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai...LE-12 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas………...LE-14 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja………...LE-15 Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17

Tahun 2000.LE-16...LE-16 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000...LE-17

Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate Return (IRR) Pabrik Pembuatan

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema metabolisme yang terlibat dalam degradasi anaerob lengkap dari

bahan organik menjadi metana dan karbon dioksida... II-3 Gambar 2.2 Kurva Pendinginan Gas Alam - Pendingin Tipikal ... II-7 Gambar 6.1 Penggunaan Instrumentasi Berbagai Alat pada Pra-Rancangan Pabrik

Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka ... VI-6 Gambar 8.1 Tata Letak Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri

Tapioka ... VIII-5 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Perusahaan ... IX-7 Gambar LC.1 Sketsa sebagian bar screen, satuan mm (dilihat dari atas) ... LC-5 Gambar LD.1 Screenimg Unit pada Pengolahan Air ... LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki

Pelarutan ... LE-5 Gambar LE.2 Kurva Break Even Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair

INTISARI

Metana adalah salah satu energi alternatif yang dapat digunakan saat ini, yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik. Metana dapat dibuat dari limbah cair industri tapioka. Selain mengurangi emisi gas rumah kaca, produksi metana dari limbah cair industri tapioka juga dapat membantu mengurangi krisis energi saat ini. Berdasarkan penelitian, konversi limbah cair industri tapioka menjadi biogas dengan kandungan terbesar metana adalah 35 m3 biogas/ 4 m3 limbah. Dengan kata lain 1 m3 limbah menghasilkan 7,5 m3 biogas. Suhu fermentasi berlangsung pada 57,430 C yang termasuk kategori termofilik.

Metana cair diproduksi 3.360 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Pabrik Pembuatan Biogas ini direncanakan berlokasi di Kecamatan Sekampung Udok, Lampung Timur dengan luas areal 17.400 m

2

. Tenaga kerja yang dibutuhkan 113 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) di bawah pimpinan seorang

General Manager.

Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Tapioka ini sebagai berikut:

• Total Modal Investasi : Rp 59.109.900.200,-

• Total Biaya Produksi : Rp 31.156.493.523,-

• Hasil Penjualan : Rp 53.313.290.000,-

• Laba Bersih : Rp 9.947.150.592,-

• Profit Margin (PM) : 26,42 %

• Break Even Point (BEP) : 57,97 %

• Return on Investment (ROI) : 22,76 %

• Pay Out Time (POT) : 4,39 tahun

• Return on Network (RON) : 28,05 %

• Internal Rate of Return (IRR) : 28,96 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Tapioka ini layak untuk didirikan.

INTISARI

Metana adalah salah satu energi alternatif yang dapat digunakan saat ini, yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik. Metana dapat dibuat dari limbah cair industri tapioka. Selain mengurangi emisi gas rumah kaca, produksi metana dari limbah cair industri tapioka juga dapat membantu mengurangi krisis energi saat ini. Berdasarkan penelitian, konversi limbah cair industri tapioka menjadi biogas dengan kandungan terbesar metana adalah 35 m3 biogas/ 4 m3 limbah. Dengan kata lain 1 m3 limbah menghasilkan 7,5 m3 biogas. Suhu fermentasi berlangsung pada 57,430 C yang termasuk kategori termofilik.

Metana cair diproduksi 3.360 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Pabrik Pembuatan Biogas ini direncanakan berlokasi di Kecamatan Sekampung Udok, Lampung Timur dengan luas areal 17.400 m

2

. Tenaga kerja yang dibutuhkan 113 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) di bawah pimpinan seorang

General Manager.

Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Tapioka ini sebagai berikut:

• Total Modal Investasi : Rp 59.109.900.200,-

• Total Biaya Produksi : Rp 31.156.493.523,-

• Hasil Penjualan : Rp 53.313.290.000,-

• Laba Bersih : Rp 9.947.150.592,-

• Profit Margin (PM) : 26,42 %

• Break Even Point (BEP) : 57,97 %

• Return on Investment (ROI) : 22,76 %

• Pay Out Time (POT) : 4,39 tahun

• Return on Network (RON) : 28,05 %

• Internal Rate of Return (IRR) : 28,96 %

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Tapioka ini layak untuk didirikan.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan kerusakan lingkungan dan perubahan iklim global yang semakin memprihatinkan, kesadaran untuk mengutamakan kelestarian ekosistem juga semakin ditekankan dalam dunia industri, terutama dalam hal pengelolaan limbah. Salah satunya seperti usaha minimalisasi emisi gas rumah kaca yang ditetapkan dalam Kyoto Protocol pada tahun 1997. Mekanisme Pembangunan Bersih atau Clean Development

Mechanisms (CDM) juga dibentuk untuk memungkinkan kerjasama antara negara maju

dengan negara berkembang dalam kegiatan pengurangan emisi ini.

Seperti telah diketahui bahwa industri tapioka merupakan salah satu industri yang banyak menimbulkan limbah dalam proses pengolahannya. Lampung merupakan salah satu provinsi yang banyak terdapat industri pengolahan singkong menjadi tapioka. Di Lampung Timur sendiri, lebih dari 50 industri tapioka, terutama PT. Umas Jaya menghasilkan limbah cair sebanyak 570 m3 per harinya (Maryanti, 2007). Salah satu metode yang dapat digunakan dalam pengolahan limbah cair adalah teknologi anaerobik, yang meliputi proses penguraian limbah organik menjadi biogas. Menurut Barana et al., (2000), pada limbah cair industri tapioka masih ditemukan kandungan bahan organik yang cukup tinggi, dan dapat dilihat dari kandungan Chemical Oxygen

Demand (COD) yakni sebesar 20.930 mg/liter, sedangkan menurut Manik (1994), nilai

COD dari limbah cair industri tapioka adalah sebesar 13.500-22.000 mg/liter. Kandungan bahan organik yang terdapat pada limbah cair tapioka umumnya terdiri dari pati, serat, lemak, dan protein (Yusmiati, 2007).

Sistem pengolahan limbah cair industri tapioka yang banyak dilakukan saat ini adalah dengan kolam-kolam terbuka yang menghasilkan gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2). Kedua gas tersebut merupakan emisi gas rumah kaca yang memberikan kontribusi dalam pemanasan global sekarang ini. Sebenarnya gas metana (CH4) merupakan gas yang bersifat dapat terbakar (flammable gas) sehingga dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif (Surya, 2009). Menyangkut masalah sumber energi saat ini, kebutuhan akan bahan bakar minyak tidak diimbangi dengan jumlah

ketersediaan BBM di sebagian besar tempat di Indonesia. yang dulu masuk jajaran pengekspor minyak terbesar di dunia kini mengalami kesulitan dalam penyediaan bahan bakar. Menurut data EIA (Energy Information Administration), sejak tahun 2004 sampai sekarang konsumsi minyak di Indonesia sudah melebihi jumlah produksi (Admin, 2009).

Berdasarkan fakta-fakta di atas, produksi metana cair dari limbah cair industri tapioka tampaknya dapat menjanjikan untuk dilakukan dalam mengurangi emisi gas rumah kaca yang ditimbulkan limbah tersebut sekaligus mampu menyediakan solusi bagi krisis energi yang sedang dihadapi Indonesia saat ini. Secara teoritis limbah cair industri tapioka dapat mengasilkan 25-35 m3 gas metana (CH4) untuk setiap 1 ton ubi kayu yang diolah menjadi tapioka, (Surya, 2009). Adapun data mengenai ekspor bahan bakar jenis gas alam berdasarkan Badan Pusat Statistik (BPS) Jakarta, Indonesia adalah sebagai berikut:

Tabel 1.1 Data Ekspor Gas Alam

No Tahun Berat Bersih (Ribu Ton)

1 Jan – Jan 2008 1.856,5

2 Jan – Feb 2008 3.644,3

3 Jan – Mar 2008 5.537,2

4 Jan – Mei 2008 8.803,4

5 Jan – Jun 2008 10.468,6

(Badan Pusat Statistik, 2008)

Sedangkan data mengenai impor bahan bakar Migas untuk Sistem Perdagangan Umum berdasarkan Badan Pusat Statistik (BPS) Jakarta, Indonesia adalah sebagai berikut: Tabel 1.2 Data Impor Migas

No Tahun 2008 Nilai CIF (Juta USD) untuk Indonesia

Nilai CIF (Juta USD) untuk Kawasan Berikat

1 Januari 1.918,4 10,5

2 Februari 2.576,9 11,4

3 Maret 2.499,8 8,2

4 April 2.851,1 20,8

5 Mei 3.315,3 17,5

6 Juni 3.685,9 49,3

7 Juli 3.639,1 23,2

8 Agustus 3.177,1 36,4

(Badan Pusat Statistik, 2008)

1.2 Perumusan Masalah

Semakin meningkatnya jumlah emisi gas rumah kaca yang ditimbulkan oleh limbah cair industri dan penggunaan bahan bakar khususnya gas atau yang dikenal dengan LNG (Liquidified Natural Gas) oleh masyarakat semakin tinggi sehingga mengakibatkan kelangkaan LNG. Berdasarkan hal itu, perlu dicari solusi dalam menanggulangi masalah efek gas rumah kaca dan kebutuhan LNG di Indonesia. Limbah cair industri tapioka yang selama ini menjadi masalah bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan metana cair. Untuk itu, perlu dibuat suatu pra rancangan pabrik untuk mengolah limbah cair industri tapioka menjadi metana cair yang dapat mengurangi

emisi gas rumah kaca sekaligus sebagai pengganti LNG. Produk utama dari proses ini adalah metana cair dan produk sampingnya adalah metana gas dan pupuk.

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik

Ada beberapa tujuan pembuatan pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas adalah agar dapat menerapkan ilmu teknik kimia yang telah didapatkan selama kuliah seperti bioproses, neraca massa, neraca energi, utilitas, Operasi teknik kimia, perancangan proses dan perancangan pabrik kimia dan ilmu teknik kimia lainnya dalam pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas dari limbah cair tapioka.

1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik

Manfaat dari pra rancangan pabrik pembuatan metana cair dari limbah cair industri tapioka adalah dapat memberi gambaran kelayakan (feasibility) dari segi rancangan dan ekonomi pabrik yang nantinya gambaran tersebut dapat menjadi patokan untuk pengambilan keputusan terhadap pendirian pabrik tersebut. Selain itu, untuk memaksimalkan potensi sektor industri dan perdagangan juga untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh bahan-bahan domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang

biodegradable dalam kondisi anaerobik. Konstituen utama dari biogas adalah metana

(CH4, 60% volume atau lebih) dan karbon dioksida (CO2, sekitar 35%); dengan sejumlah kecil uap air, hidrogen sulfida (H2S), karbon monoksida (CO) dan nitrogen (N2) (Wikipedia, 2005). Komposisi ini bervariasi sesuai dengan bahan biologis yang difermentasikan. Persentase gas metan pada biogas yang diproduksi dari kotoran manusia, kotoran ayam dan limbah cair dari tempat penyembelihan ternak terkadang dapat mencapai 70% atau lebih, sedangkan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan seperti batang dan jerami dapat menghasilkan 55% gas metan (Li dan Ho, 2006). Adapun komposisi biogas secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi biogas secara umum

Senyawa Gas Kadar (%)

Metana, CH4 50-75

Karbondioksida, CO2 25-50

Nitrogen, N2 0-10

Hidrogen, H2 0-1

Oksigen, O2 0-2

(Wikipedia 1, 2008)

Biogas terutama digunakan sebagai bahan bakar, seperti halnya gas alam, sementara campuran lumpur atau cairan biologis hasil fermentasi dapat digunakan sebagai pupuk organik untuk tumbuhan (Li dan Ho, 2006). Biogas hanya dapat terbakar

apabila kandungan metana di dalamnya mencapai 45% atau lebih (Garcelon dan Clark, 2007).

2.2 Sejarah Biogas

Ketertarikan secara ilmiah terhadap gas yang dihasilkan dari dekomposisi alami terhadap bahan organik, tercatat pertama kali dalam sejarah yaitu pada abad ke-16. Adalah Robert Boyle dan Stephen Hale yang mengatakan bahwa gas yang dapat terbakar dihasilkan dengan memberikan gangguan semacam pengadukan terhadap sedimen sungai dan danau. Digester anaerob pertama dibangun oleh koloni penderita lepra di Bombay, India, pada tahun 1859. Pada tahun yang sama, teknologi ini dikembangkan di Exeter, Inggris, di mana septic tank digunakan untuk menghasilkan gas bagi lampu penerangan jalan. Melalui penelitian ilmiah, proses anaerob memperoleh pengakuan akademis pada tahun 1930.

Sekarang ini, proses anaerob telah meluas penggunaannya, terutama untuk pengolahan limbah dan buangan yang banyak mengandung bahan organik. Contoh-contoh limbah dan buangan ini meliputi kertas limbah, rumput-rumputan, makanan basi, limbah cair dan kotoran ternak. Salah satu pengecualian adalah limbah kayu yang sangat sulit ditangani menggunakan proses anaerob karena kebanyakan bakteri anaerob tidak mampu mendegradasikan lignin (kecuali xylophalgeous yang digunakan oleh pabrik etanol seluloik di Amerika Serikat). Banyak pula negara berkembang yang telah memanfaatkan sistem anaerob sebagai sumber energi murah untuk memasak dan penerangan. Sejak tahun 1975, penggunaan biogas skala rumah tangga di Cina dan India juga telah didukung program pemerintah (Wikipedia 2, 2008).

2.3 Tahapan Metabolisme dalam Pembentukan Biogas

Pada proses anaerob, bahan organik didegradasikan menjadi metana dan karbon dioksida melalui tahap-tahap berlainan yang merupakan serangkaian kegiatan metabolik dari kelompok-kelompok mikroorganisme yang berbeda (Gambar 2.1). Adapun tahap-tahap ini dapat dibedakan menjadi 4 tahap-tahap utama yaitu:

1. Hidrolisis dan Asidifikasi

Mula-mula, bakteri fermentatif akan menghidrolisis substrat polimer seperti polisakarida, protein dan lemak menjadi monomer-monomer gula, asam amino dan peptida.

2. Asidogenesis

Pada tahap ini, hasil hidrolisis dari tahap sebelumnya akan difermentasikan menjadi asam lemak volatil (asam asetat, asam butirat dan propionat) dan asam lemak rantai panjang, CO2, format, H2, NH4+, HS-, alkohol.

3. Asetogenesis

Selanjutnya, bakteri sintropik atau bakteri asetogenik pereduksi proton, menguraikan propionat, asam lemak rantai panjang, alkohol, beberapa asam amino dan senyawa aromatik, menjadi H2, format dan asetat.

CH4 + CO2 CH4 + H2O

BAHAN ORGANIK _Karbohidrat

Protein Lemak Asam nukleat

Hidrolisis dan Fermentasi

Dehidrogenasi Asetogenik

Hidrogenasi Asetogenik

Dekarboksilasi Asetat

Pembentukan metana reduktif Asam lemak

H2 + CO2 Asetat

Gambar 2.1 Skema metabolisme yang terlibat dalam degradasi anaerob lengkap dari bahan organik menjadi metana dan karbon dioksida (McInerney, 1999)

Degradasi senyawa-senyawa ini membentuk H2 biasanya dihindari, kecuali bila konsentrasi H2 atau format, dipertahankan cukup rendah oleh bakteri pengguna H2 seperti metanogen ataupun bakteri homoasetogenik yang mengubah H2 dan CO2 menjadi asetat. Karena banyaknya variasi organisme yang terlibat dalam reaksi-reaksi di atas dan kemampuan mereka untuk menjalankan tipe metabolisme yang lain seperti fermentasi atau reduksi sulfat, organisme yang terlibat pada tahap ini disebut pemetabolisme sintropik.

4. Metanogenesis

Tahap terakhir melibatkan 2 kelompok metanogen yang berbeda, yakni metanogen hidrogenotropik yang menggunakan H2 dan format dari reaksi sebelumnya untuk mereduksi CO2 menjadi CH4, dan metanogen asetotropik yang menguraikan asetat menjadi CO2 dan CH4

(McInerney, 1999), (Garcelon dan Clark, 2007), (Wikipedia 3, 2008) dan (Field dan Sierra, 2004).

Adapun reaksi-reaksi sintropik dan metanogenik yang mungkin terlibat dalam degradasi anaerobik dirangkum dalam Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Tabel reaksi sintropik dan metanogenik pada proses anaerob

Reaksi ∆G⁰ (kJ per reaksi)

Reaksi metanogenik

4H2 + HCO3- + H+ CH4 + 3H2O - 135,6 Asetat- + H2O CH4 + HCO3- - 31,0 Reaksi sintropik tanpa H2 untuk digunakan metanogen

Laktat- + 2H2O Asetat- + HCO3- + H+ + 2H2 - 4,2 Etanol + H2O Asetat- + H+ + 2H2 + 9,6 Butirat- + 2H2O 2 Asetat- + H+ + 2H2 + 48,3 Propionat- + 3H2O Asetat- + HCO3- + H+ + 3H2 + 76,1 Benzoat- + 7H2O 3 Asetat- + HCO3- + 3H+ + 3H2 + 70,6 Asetat- + 4H2O 2HCO3- + H+ + 4H2 +104,6 Reaksi sintropik dengan H2 untuk digunakan metanogen

2 Laktat- + H2O 2 Asetat- + HCO3- + H+ + CH4 - 143,6 2 Etanol + HCO3- 2 Asetat- + H2O + H+ + CH4 - 116,4 2 Butirat- + HCO3- + H2O 4 Asetat- + H+ + CH4 - 39,4

4 Propionat- + 3H2O 4 Asetat- + HCO3- + H+ + 3CH4 - 102,4 4 Benzoat- + 19H2O 12 Asetat- + HCO3- + 9H+ +

3CH4

- 124,4 (McInerney, 1999)

2.4 Variabel Kondisi Proses

1. Temperatur

Proses anaerob biasanya dijalankan pada temperatur 30-380 C atau pada 49-580 C (termofilik) dan harus sangat diperhatikan mengingat organisme berkembang pada temperatur yang berbeda (Roberts, 2003).

2. pH

Metanogen hanya dapat berkembang dengan baik pada jangkauan pH yang sempit, antara 6,5 sampai 8. Penambahan baking soda (NaHCO3) dapat meningkatkan alkalinitas dari suatu larutan fermentasi (Garcelon dan Clark, 2007).

3. Rasio C:N

Metanogen umumnya menggunakan karbon sebagai sumber energi untuk pertumbuhan, dan nitrogen untuk membangun struktur sel. Biasanya karbon yang dibutuhkan 25-30 kali lebih banyak dibandingkan dengan nitrogen (Garcelon dan Clark, 2007).

4. Logam Berat Terlarut

Logam berat terlarut sangat penting di dalam proses fermentasi limbah cair, terutama pada proses metanogenesis, karena berfungsi sebagai nutrisi penting bagi pertumbuhan mikroba. Kandungan logam berat terlarut yang direkomendasikan pada pengolahan limbah cair seperti besi, kobalt, nikel, dan seng adalah 0,02; 0,004; 0,003 dan 0,002 mg/g produksi asam asetat. Sedangkan kadar logam berat terlarut yang direkomendasikan perliter reaktor adalah 1 mg FeCl2; 0,1 mg CaCl2; NiCl2; dan 0,1 mg ZnCl2. Penambahan logam-logam ini meningkatkan aktifitas mikroba dan sangat menguntungkan pada proses anaerobik untuk limbah cair.

2.5 Fermentasi Anaerobik

Fermentasi anaerob berarti selama proses fermentasi tidak ada udara yang masuk di dalam reaktor.

Fermentasikan anaerob, memiliki beberapa keuntungan dan kerugian, yaitu : Tabel 2.3 Keuntungan dan kerugian Fermentasi Anaerobik

No Keuntungan Kerugian

1.

2.

3.

4.

5.

Energi yang dibutuhkan sedikit

Produk samping yang dihasilkan sedikit

Nutrisi yang dibutuhkan sedikit

Dapat menghasilkan senyawa methana yang merupakan sumber energi yang potensial

Hanya membutuhkan reaktor dengan volume kecil

Membutuhkan waktu pembiakan yang lama

Membutuhkan penambahan senyawa alkalinity

Tidak mendegradasi senyawa nitrogen dan fosfor

Sangat sensitif terhadap efek dari perubahan temperatur

Menghasilkan senyawa yang beracun seperti H2S

(Metcalf & Eddy, 2003)

2.6 Nilai Potensial Biogas

Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2, dan partikulat lainnya) dan telah mencapai kualitas setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini. Gas 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.

10 0

Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut :

Tabel 2.4 Kesetaraan Biogas dengan Sumber lain

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 0,8 liter 1,5 m3 3,5 kg

( Hermawan, dkk, 2007)

2.7 Kegunaan Biogas

Biogas terutama digunakan sebagai bahan bakar, seperti halnya gas alam, sementara campuran lumpur atau cairan biologis hasil fermentasi dapat digunakan sebagai pupuk organik untuk tumbuhan (Li dan Ho, 2006). Biogas hanya dapat terbakar apabila kandungan metana di dalamnya mencapai 45% atau lebih (Garcelon dan Clark, 2007).

Alasan penggunaan biogas didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan berikut ini:

1. Gas metan merupakan salah satu gas rumah kaca yang utama, dengan urutan kedua setelah karbon dioksida dalam hal jumlah emisi, namun dengan potensi pemanasan global 22 kali lipat dibandingkan karbon dioksida. Menggunakan biogas tidak hanya menghilangkan limbah polutan, tapi juga mengurangi pemanasan global.

2. Penggunaan biogas juga memberi solusi untuk masalah penyediaan energi di pedesaan di mana penduduk masih menebang hutan untuk mencari kayu sebagai bahan bakar. Digester berukuran 10m3 setara dengan 2000 kg bahan bakar kayu, yang ekivalen dengan penebangan 0,26 – 4 ha hutan.

3. Berbeda dengan bahan bakar kayu, biogas terbakar tanpa menghasilkan asap, karenanya mengurangi resiko gangguan pernapasan dari pemakainya.

Untuk memaksimalkan manfaat biogas sebagai sumber energi, diperlukan teknologi untuk memurnikan dan mengkompresikan metana, juga untuk mengembangkan mesin-mesin baru yang menggunakan metana secara efektif dan efisien, misalnya untuk menjalankan mobil atau mesin-mesin pertanian.

Kegunaan biogas antara lain: - Bahan bakar untuk memasak

- Bahan pembantu generasi listrik dan panas

- Bahan bakar untuk kendaraan yang merupakan biofuel terbersih saat ini

- Digunakan pada oven dan lampu untuk menghangatkan rumah kaca dan meningkatkan konsentrasi karbon dioksida untuk membantu fotosintesis tanaman dalam rumah kaca serta meningkatkan hasil tanaman

- Lampu biogas memberikan penerangan sekaligus kehangatan untuk mengerami telur ulat sutra, meningkatkan laju penetasan dan pembentukan kepompong yang biasanya menggunakan pemanasan dengan batubara

- Biogas metan dapat digunakan untuk membuat metanol

- Memperpanjang waktu penyimpanan buah-buahan dan biji-bijian. Ini dimungkinkan oleh karena atmosfer metan dan karbon dioksida dapat menghambat metabolisme, sehingga mengurangi pembentukan etilen, membunuh serangga perusak, jamur dan bakteri penyebab penyakit

(Li dan Ho, 2006).

2.8 Proses Pencairan Biogas

Gas metana (CH4) yang merupakan komponen utama dalam biogas merupakan zat kriogenik yang mencair pada suhu rendah, umumnya di bawah -1000 F. Gas metana (CH4) mencair pada temperatur sekitar -256

o

F (-160 o

C) pada tekanan 1 atm. Oleh 1 2

karena itu, diperlukan juga refrigerant yang bertemperatur sangat rendah untuk mencairkan gas tersebut.

Teknologi pencairan merupakan proses yang penting dalam produksi biogas. Terdapat beberapa proses lisensi pencairan dengan berbagai tingkat penerapan dan pengalaman. Prinsip dasar untuk pendinginan dan pencairan gas menggunakan pendingin adalah termasuk menyesuaikan sedekat mungkin kurva pendinginan/ pemanasan gas proses dan pendingin. Hasilnya berupa proses termodinamika yang lebih efisien yang membutuhkan daya yang lebih efisien per unit LNG yang diproduksi. Hal ini berlaku pada semua proses pencairan.

Gambar 2.2 Kurva Pendinginan Gas Alam - Pendingin Tipikal (Maulidiana, 2006)

Peralatan utama proses ini meliputi kompresor yang digunakan untuk mensirkulasikan pendingin, penggerak kompresor, dan alat penukar panas untuk mencairkan dan menukar panas antar pendingin. Gas alam, mencair pada kisaran temperatur tertentu. Kurva panas dapat disesuaikan dengan meminimalkan perbedaan temperatur antara proses pendinginan gas dan aliran pendingin. Hal ini dapat tercapai dengan menggunakan lebih dari satu pendingin pada tingkat tekanan yang berbeda untuk kemudian selanjutnya memecah kisaran temperatur untuk dapat mendekati kurva panas.

2.9 Limbah Cair Industri Tapioka

Proses pembuatan tapioka memerlukan air untuk memisahkan pati dari serat. Pati yang larut dalam air harus dipisahkan. Teknologi yang ada belum mampu memisahkan seluruh pati yang terlarut dalam air, sehingga limbah cair yang dilepaskan ke lingkungan masih mengandung pati. Limbah cair akan mengalami dekomposisi secara alami di badan-badan perairan dan menimbulkan bau yang tidak sedap. Bau tersebut dihasilkan pada proses penguraian senyawa mengandung nitrogen, sulfur dan fosfor dari bahan berprotein (Zaitun, 1999; Hanifah dkk, 1999). Limbah cair industri tapioka dihasilkan dari proses pembuatan, baik dari pencucian bahan baku sampai pada proses pemisahan pati dari airnya atau proses pengendapan Limbah tersebut banyak mengandung pati terlarut, asam hidrosianat (HCN), nitrogen, fosfor, dan senyawa organik (Widotono, 2009). Menurut Barana et al., (2000), pada limbah cair tapioka masih ditemukan kandungan bahan organik yang cukup tinggi, dan dapat dilihat dari kandungan Chemical Oxygen Demand (COD) yakni sebesar 20.930 mg/liter, sedangkan menurut Manik (1994) dalam Dharmawan (2002), nilai COD dari limbah cair industri tapioka adalah sebesar 13.500-22.000 mg/liter (Sari, 2007).

Umbi singkong memiliki senyawa HCN (asam sianida) secara alami dalam sel-selnya. Sianida adalah suatu senyawa yang sangat beracun, larut dalam air dan mudah menguap pada suhu kamar (Hanifah, 2001). Singkong jenis tertentu (singkong pahit) memiliki kandungan HCN yang cukup tinggi dan berbahaya bila dikonsumsi. Singkong yang dijadikan bahan baku untuk industri tepung tapioka ini merupakan jenis singkong biasa yang memiliki kadar HCN dalam jumlah sedikit dan relatif aman untuk dikonsumsi. Pada saat proses pemerasan dan ekstraksi, HCN yang terdapat dalam sel-sel singkong akan terlepas/ terlarut dengan air. Air limbah yang mengandung HCN apabila dibuang ke perairan dan terakumulasi dapat membahayakan kehidupan biota air tesebut dan secara tidak langsung dapat membahayakan manusia (Widotono, 2009). Berdasarkan penelitian, HCN yang terdapat dalam limbah cair industri tapioka dapat diuraikan dengan menggunakan Effective Microorganism. Hasil penelitian menunjukkan bahwa EM 1% (1 ml EM dalam 1 liter limbah cair) merupakan konsentrasi yang cocok untuk menguraikan HCN tersebut.

1 4

Tabel 2.3 Pengaruh EM terhadap HCN pada Limbah Cair Tapioka

Sampel waktu analisis sianida (mg/L)

0 Hari 3 Hari 6 Hari 9 Hari 12 Hari 15 Hari

Baku Mutu 0,3

Outlet 0,268

Seri A (0,5 %

EM) 0,406 0,342 0,333 0,138 0,042 0,069

Seri B (1 %

EM) 0,306 0,276 0,295 0,304 0,058 0,061

Seri C (0 %

EM) 0,829 0,516 0,608 0,476 0,381 0,386

(Higa,1998)

Adapun kandungan dan baku mutu limbah cair industri tapioka yang diizinkan pemerintah sesuai dengan Lampiran B. VIII KEP-51/ MNLH/ 10/ 1995 sebelum dibuang ke lingkungan dapat ditunjukkan dalam tabel di bawah ini.

Tabel 2.4 Kandungan dan Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Tapioka

Parameter Kadar Maksimum (mg/ l) Beban Pencemaran Maksimum (kg/ ton)

BOD5 150 4,5

COD 300 9

TSS 100 3

Sianida (HCN) 0,3 0,009

pH 6,0-9,0 6,0-9,0

(Lampiran B. VIII KEP-51/ MNLH/ 10/ 1995)

Dari tabel di atas, dapat kita simpulkan bahwa limbah cair industri tapioka yang dihasilkan saat ini harus diolah terlebih dahulu mengingat kandungan COD yang cukup tinggi, yaitu 13.500-22.000 mg/liter.

2.10 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka

2.10.1 Fermentasi Biogas

Limbah cair industri tapioka dipompakan menuju bak pengendapan (F-120) setelah melalui screening unit (H-121) untuk menyaring padatan-padatan kasar yang terikut sewaktu pengolahan singkong menjadi tapioka, seperti kulitnya. Tujuan limbah cair dimasukkan ke dalam bak pengendapan adalah untuk mengendapkan partikel-partikel tertentu seperti pasir agar proses fermentasi tidak terganggu dan alat tidak cepat rusak. Kemudian sebagian besar limbah dipompakan menuju tangki kultur Effective

Microorganisms (M-140) (kumpulan lima mikroorganisme, yaitu bakteri fotosintetik, lactobacillus (bakteri asam laktat), actinomycetes, ragi, dan cendawan fermentasi) untuk

menurunkan kadar asam sianida (HCN). Sebagian lagi dipompakan menuju tangki pelarutan NaHCO3 (M-130) untuk melarutkan NaHCO3 yang digunakan sebagai agent penetral pH. Setelah itu, campuran limbah dari tangki pelarutan NaHCO3 dan tangki kultur Effective Microorganisms dipompakan menuju netralizer untuk menetralkan pH limbah antara 6-8 sebelum memasuki fermentor (R-210). Sebagian besar limbah yang berasal dari netralizer (F-150) dipompakan menuju fermentor untuk difermentasi menghasilkan biogas. Sebagian lagi dipompakan menuju tangki nutrisi untuk melarutkan nutrisi yang dibutuhkan mikroba dalam fermentasi biogas. Campuran limbah dengan nutrisi tersebut selanjutnya dipompakan menuju fermentor. Fermentor (R-210) yang digunakan adalah jenis CSTR (Continious Stirred Tank Reactor) Di dalam

fermentor tersebut berlangsung tahap-tahap metabolisme pembentukan biogas dengan

waktu tinggal yang optimum, yaitu 15 hari (Surya, 2009). Dalam proses ini, fermentor dipasang seri dengan jumlah fermentor sebanyak 15 tangki. Sedangkan suhu proses fermentasi adalah termofilik, yaitu 57,430C.

2.10.2 Pemurnian Biogas

Biogas yang terbentuk dengan komponen utama CH4 dialirkan dari atas digester ke suatu menara absorpsi (D-310) untuk menyerap CO2 dan keluaran dari bawah digester dialirkan ke filter press untuk memperoleh pupuk yang dapat dijual. Di dalam menara absorpsi, CO2 diserap dengan menggunakan absorben air. CO2 yang terikat dengan air selanjutnya dialirkan ke bak penampungan air proses bekas (F-320).

2.10.3 Pencairan Biogas

16

Tahapan selanjutnya adalah pencairan CH4 yang telah terpisah dari CO2. Gas metana pada awalnya diakumulasikan dari kolom absorpsi dan juga off-gas recycle pada keadaan steady state. Selanjutnya gas CH4 dialirkan menuju kompresor (G-421). Setelah dinaikkan tekanannya dari 1,2 atm menjadi 2 atm, gas CH4 dialirkan menuju pre cooler (E-422) untuk menurunkan temperatur CH4 dari 200 C sampai -750 C. Refrigerant yang dipakai dalam tahap ini adalah propana. Setelah melalui tahap pre cooler, gas CH4 dialirkan dengan menggunakan blower (G-425) menuju cooler (E-423) untuk menurunkan temperatur CH4 dari -750 C sampai -114,350 C. Refrigerant yang dipakai dalam tahap ini adalah recycle metana yang tidak mencair.

Gas metana kemudian keluar dari cooler pada tekanan 4,5 atm kemudian dialirkan ke alat expander (G-424). Pada expander, tekanan diturunkan hingga mencapai tekanan 1,2 atm dan temperatur dari -158,950 C sampai -113,150 C. Kemudian dialirkan ke flash drum (F-420) untuk mendapatkan metana cair dan sisanya yaitu berupa off-gas (gas yang tidak mencair) dengan kadar rendah. Metana cair dialirkan dengan menggunakan pompa (L-431) ke dalam tangki penyimpanan metana cair (F-430) dan CH4 yang tidak mencair, sebagian besar dijadikan refrigerant pada alat cooler dan sebagian lagi menjadi off-gas yang dapat dijual.

2.11 Sifat Bahan

2.11.1 Limbah Cair Tapioka

Sebagai bahan baku yang difermentasikan menjadi biogas dengan karekteristik sebagai berikut:

Tabel 2.5 Karekteristik Limbah Cair Industri Tapioka

No Parameter Satuan Nilai

1 pH - 6,0 – 9,0

2 TS mg/ L 858.000

3 VS mg/ L 856.000

4 C % 40

5 H % 6,66

6 N % 0,02

7 COD : N : P - 350 : 0,07 : 0,02

8 Karbohidrat % 85,3

9 Protein % 0,1

10 Lemak % 0,2

(Yoshimassa, 2009)

2.11.2 Effective Microorganisms

Sebagai agent untuk menurunkan kadar asam sianida (HCN) pada limbah cair industri tapioka sebelum difermentasikan.

1. Terdiri dari kultur campuran 5 kelompok mikroorganisme

2. Mampu melakukan biodegradsi limbah organik seperti senyawa karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen

3. Reaksi fermentasi berlangsung dengan cepat dan EM mampu hidup secara sinergis dengan mikroorganisme lain

4. Mikroorganisme EM mampu hidup baik pada medium asam atau basa, temperatur tinggi 45-50 0C (mikroorganisme termofilik) dan pada kondisi aerob atau anaerob (Higa, 1998).

2.11.3 Natrium Bikarbonat (NaHCO3)

Merupakan zat penetral pH.

1. Berat molekul : 84,0079 gr/mol 2. Titik lebur : 500 C (323 K)

18

3. Densitas : 2,159 gr/cm3

4. Kelarutan dalam air : 7,89 g / 100 ml pada 180 C 5. Tingkat kebasaan (pKb) : -2,43

6. Berwarna padatan putih

7. Merupakan senyawa ampoterik 8. Bersifat endotermis

9. Tidak berbau (Wikipedia 4, 2009)

2.11.4 Urea (H2NCONH2)

Merupakan salah satu sumber nutrisi bagi mikroba. 1. Berat molekul : 60,07 gr/mol

2. Titik lebur : 132,7- 135 0C 3. Densitas : 1,323 gr/cm3

4. Kelarutan dalam air : 108 gr/100 ml pada 20 0C 733 gr/100 ml pada 100 0C 5. Tingkat keasaman (pKa) : 0,18

6. Tingkat kebasaan (pKb) : 13,82 7. Berupa padatan berwarna putih (Wikipedia 5, 2009)

2.11.5 Ferri Klorida (FeCl2)

Merupakan salah satu sumber nutrisi bagi mikroba. 1. Berat molekul : 126,751 gr/mol

2. Titik lebur : 677 0C

3. Kelarutan dalam air : 64,4 gr/100 ml pada 10 0C 105,7 gr/100 ml pada 100 0C 4. Densitas : 3,16 gr/cm3

5. Agen flokulan dalam pengolahan air limbah buangan 6. Tidak larut dalam tetrahidrofuran

7. Merupakan padatan paramagnetik (Wikipedia 6, 2009)

2.11.6 Metana (CH4)

Merupakan komponen unsur terbesar (70%) di dalam biogas dan dijadikan

refrigerant pada alat cooler (E-423).

1. Berat Molekul : 16,043 g/mol 2. Temperatur kritis : -82,7oC 3. Tekanan kritis : 45,96 bar 4. Fasa padat

• Titik cair : -182,5 o

C • Panas laten : 58,68 kJ/kg 5. Fasa cair

• Densitas cair : 500 kg/m3 • Titik didih : -161,6

o C • Panas laten uap : 510 kJ/kg 6. Fasa gas

• Densitas gas : 0,717 kg/m 3

• Faktor kompresi : 0,998 • Spesifik graviti : 0,55

• Spesifik volume : 1,48 m3/kg • C

P : 0,035 kJ/mol.K • C

V : 0,027 kJ/mol.K

• Viskositas : 0,0001027 poise

• Kelarutan : 0,054 vol/vol (Anonim1 , 2007)

2.11.7 Karbondioksida (CO2)

Merupakan salah satu komponen di dalam biogas yaitu sebesar 30%. 1. Berat Molekul : 44,01 g/mol

2. Temperatur kritis : 31oC 3. Tekanan kritis : 73,825 bar 4. Densitas kritis : 464 kg/m

3

4. Fasa padat

• Densitas padat : 1562 kg/m 3

• Panas laten : 196,104 kJ/kg 5. Fasa cair

• Densitas cair : 1032 kg/m 3

• Titik didih : -78,5oC

• Panas laten uap : 571,08 kJ/kg • Tekanan uap : 58,5 bar

6. Fasa gas

• Densitas gas : 1,98 kg/m 3

• Faktor kompresi : 0,9942 • Spesifik graviti : 1,521

• Spesifik volume : 0,547 m3/kg • C

P : 0,037 kJ/mol.K • C

V : 0,028 kJ/mol.K

• Viskositas : 0,0001372 poise (Anonim2 , 2007)

2.11.8 Air (H2O)

Sebagai pengikat gas karbondioksida (CO2) di dalam menara absorpsi. 1. Berat molekul : 18,016 gr/gmol

2. Titik lebur : 0°C (1 atm) 3. Titik didih : 100°C (1 atm) 4. Densitas : 1 gr/ml (4°C) 5. Spesifik graviti : 1,00 (4°C) 6. Indeks bias : 1,333 (20°C)

7. Viskositas : 0,8949 cP

8. Kapasitas panas : 1 kal/gr 9. Panas pembentukan : 80 kal/gr 10.Panas penguapan : 540 kal/gr 11.Temperatur kritis : 374°C 12.Tekanan kritis : 217 atm

(Perry dan Green, 1997)

2.11.9 Propana (C3H8)

Sebagai refrigerant pada proses pendinginan gas metana (CH4). 1. Berat molekul : 44,1 g/mol

2. Densitas cair : 1,83 kg/m3 3. Densitas gas : 0,5077 kg/m3 4. Titik cair : -187,6

o C 5. Titik didih : -42,09oC

6. Kelarutan dalam air : 0,1 g/cm 3

(Anonim3, 2007)

2.12 Perhitungan mikroba yang dibutuhkan

Di dalam pabrik biogas ini akan digunakan Hidraulic Retension Time (HRT) 7 hari dan menggunakan bakteri mesofilik. Untuk proses Start–up diperlukan mikroba yang akan dimasukkan ke dalam reaktor terlebih dahulu. Jumlah mikroba yang akan dimasukkan adalah :

(Metcalf, 2003)

(

)

VX S S Q

U = 0 −

Keterangan : U = g BOD/g TSS Q = Laju alir umpan (m3/hari)

So = g BOD masuk/m3 S = g BOD keluar/ m3 V = volume reaktor (m3) X = konsentrasi reaktor (g/m3) Dari data yang tidak diketahui : Q = 528 m3/hari

So = 150 g/m3 S = 110.000 g/m3 V = 5 000 m3

U = 1,005

Jadi, jumlah mikroba yang dibutuhkan adalah :

X =

(

)

VX S S

Q ₀ −

(

)

005 , 1 . 5000

000 . 110 000 . 150

528 −

=

X

X = 14.710,45 g/m3

2.13 Unit Pengolahan Limbah

Limbah dari suatu pabrik harus diolah sebelum dibuang ke badan air, karena limbah tersebut mengandung bermacam-macam zat yang dapt membahayakan alam sekitar maupun manusia. Demi kelstarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit pengolahan limbah.

Adapun sumber-sumber limbah cair pabrik pembuatan biogas ini meliputi : 1. Limbah proses akibat zatt yang terbuang yaitsi pencucian hanya air mengandung

CO2

2. Limbah cair harus hasil pencucian peralatan pabrik. Limbah ini diperkirakan mengandung kerak dan kotoran-kotoran yang melekat pada peralatan pabrik. 3. Limbah domestik

Limbah ini mengandung bahan organik sisa pencernaan yang berasal dari kamar mandi di lokasi pabrik, serta limbah dari kantin berupa limbah padat cair. 4. Limbah Laboratorium

Limbah yang berasal dari laboratorium ini mengandung bahan-bahan kimia yang digunakan untuk menganalisa mutu bahan baku yang dipergunakan dan produk yang dihasilkan, serta yang dipergunakan untuk penelitian dan pengembangan proses.

Pengolahan limbah cair pabrik ini cukup dilakukan dengan menetralkan pH limbah hingga pH = 6 sesuai dengan Kep Men. 51/MENLH/10/2001.

BAB III

NERACA MASSA

3.1 Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)

Table 3.1 Neraca massa Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar

(kg/jam)

2 3 6

Limbah cair 917,116 - 972,1436

NaHCO3 - 55,027 55,027

Total 917,116 55,027 972,1436

3.2 Tangki Kultur Effective Microorganism (M-140)

Table 3.2 Neraca massa Tangki Kultur Effective Microorganism (M-140)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar

(kg/jam)

4 5 7

Limbah cair - 21.068,760 21.068,760

EM 0,220 - 0,220

Total 0,220 21.068,760 21.068,981

3.3 Netralizer (F-150)

Tabel 3.3 Neraca massa Netralizer (F-150)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar (kg/jam)

6 7 8 9

Limbah cair 917,116 21.068,760 21.992,421 18,669

EM - 0,220 0,2354 0,0006

NaHCO3 58,958 - 54,9802 0,0468

Total 972,1436 21.068,981 22.047,64 18,7164

3.4 Tangki Nutrisi (M-160)

Tabel 3.4 Neraca massa Tangki Nutrisi (M-160)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar

(kg/jam)

9 10 11 12

Limbah cair 18,669 - - 18,669

CO(NH2)2 - - 1,100 1,100

FeCl2 - 0,022 - 0,022

EM 0,0006 - - 0,0006

NaHCO3 0,0468 - - 0,0468

Total 18,7164 0,022 1,100 19,8384

3.5 Fermentor (R-210)

Tabel 3.5 Neraca massa Fermentor (R-210)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar (kg/jam)

8 12 41 42

Ampas 22.011,013 18,669 - 21.788,7942

NaHCO3 54,9802 0,0468 - 55,027

CO(NH2)2 - 1,100 - 1,100

FeCl2 - 0,022 - 0,022

EM 0,2194 0,0006 - 0,220

CH4 - - 155,5531 -

CO2 - - 66,6656 -

Total 22.066.2126 19,8384 222.219 21.845,16

3.6 Filter Press (H-220)

Tabel 3.6 Neraca massa Filter Press (H-220)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar (kg/jam)

42 43 44

Ampas 21.788,7942 - -

Ampas cair - 20.263,5786 -

Ampas padat - - 1525,215

Total 21.788,7942 20.263,5786 1525,215

3.7 Kolom Absorpsi (D-310)

Tabel 3.7 Neraca massa Kolom Absorpsi (D-310)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar (kg/jam)

45 46 47 48

Air - 126,15189 126,15189 -

CH4 155,5531 - - 155,5531

CO2 66,6656 - 66,6656 0,666656

Total 222,2187 126,15189 192,8175 155,5531

3.8 Tangki Akumulasi Gas Metan (F-410)

Tabel 3.8 Neraca massa Tangki Akumulasi Gas Metan (F-410)

Komponen Alur masuk (kg/jam) Alur keluar

(kg/jam)

48 55 49

CH4 155,5531 31,112 186,6637

Total 155,5531 31,112 186,6637

3.9 Flash Drum (F-420)

Tabel 3.9 Neraca massa Flash Drum (F-420)

Komponen Alur masuk (kg/jam)

Alur keluar (kg/jam)

53 54 56 57

CH4 186,6637 31,112 139,99 15,562

Total 186,6637 31,112 139,99 15,562

BAB IV

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

4.1 Fermentor (R-210)

Tabel 4.1 Neraca energi Fermentor (R-210)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan 41.977.095,09 -

Produk - 41.991.281,51

-rΔHr -14.186,692 -

Total 41.991.281,51 41.991.281,51

4.2 Kolom Absorpsi (D-310)

Tabel 4.2 Neraca energi Kolom Absorpsi (D-310)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan 13.187,06 -

Produk - 2.640,182

dQ/dt -10.546,884 -

Total 2.640,176 2.640,182

4.3 Tangki Akumulasi (F-410)

Tabel 4.3 Neraca energi Tangki Akumulasi (F-410)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -3.673,8 -

Produk - -3.695,21

Metana recycle -6.863 -

4.3 Compressor (G-421)

Tabel 4.4 Neraca energi Compressor (F-421)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -3.673,8 -

Produk - 3.687,5

dW/dt -13,7 -

Total 3.687,5 3.687,5-

4.4 Pre Cooler (E-422)

Tabel 4.5 Neraca energi Pre Cooler (F-422)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -2.267,58 -

Produk - -46.365,2

dQ/dt -44.097,62 -

Total -46.365,2 -46.365,2

4.5 Cooler (E-423)

Tabel 4.6 Neraca energi Cooler (E-423)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -46.365,2 -

Produk - -63.747,163

dQ/dt -17.381,96 -

Total -63.747,163 -63.747,163

4.6 Ekspander (G-424)

Tabel 4.7 Neraca energi Ekspander (G-424)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -63.747,163 -

Produk - -63.747,163

dW/dt -17.381,96 -

Total -63.747,163 -63.747,163

4.7 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-130)

Tabel 4.8 Neraca Energi pada Tangki Pelarutan NaHCO3 Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan 8268,5 -

Produk - 8381,3

∆Hsolution - -112,8

dQ/dT - -

Total 8381,3 8381,3

4.8 Tangki Pencampur Nutrisi (M-160)

Tabel 4.9 Neraca Energi pada Tangki Pencampur Nutrisi

Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan 134,142 -

Produk - 134,456

∆Hsolution - -0,314

dQ/dT - -

Total 134,456 134,456

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

5.1 Bak Penampungan Limbah (F-110)

Fungsi : Menampung limbah cair industri tapioka Bentuk : Persegi panjang

Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit

Kondisi Penyimpanan:

• Temperatur, T = 300 C

• Tekanan operasi, P = 1,6 atm Kapasitas : 633,6 m3

Panjang : 17,17 m Tinggi : 4,29 m Lebar : 8,58 m

5.2 Screening Unit (H-122)

Fungsi : menyaring partikel-partikel kasar yang terdapat dalam limbah cair

Jenis : bar screen

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : stainless steel

Kondisi operasi :

• Temperatur (T) : 300 C

• Tekanan (P) : 1 atm Panjang screening : 2 m Lebar screening : 2 m

Lebar bar : 5 mm

Tebal bar : 20 mm

Bar clear spacing : 20 mm

Slope : 300

5.3 Pompa Bak Pengendapan (L-121)

Fungsi : Memompa Limbah cair dari bak penampung (F-110) menuju screening

unit (H-122)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 3,2 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : 3 hp

5.4 Bak Pengendapan (F-120)

Fungsi Jumlah Jenis

Kondisi penyimpanan:

• Temperatur, T = 300 C

• Tekanan operasi, P = 1,6 atm Panjang : 3 ft

Tinggi : 10 ft Lebar : 5 ft

Waktu retensi : 11,59 menit

5.5 Pompa Tangki Pelarutan NaHCO3 (L-131)

Fungsi : Memompa Limbah cair dari bak pengendapan (F-120) menuju tangki pelarutan NaHCO3 (M-130)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 3,24 atm

• Temperatur (T) : 300 C

Daya motor :0,1 hp

5.6 Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)

Fungsi : Melarutkan NaHCO3 dalam limbah dengan konsentrasi 6% Tipe : Tangki berpengaduk

Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar Bahan : Beton

Waktu tinggal : 1 hari Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 1,64 atm

• Temperatur (T) : 30,050 C Kapasitas : 26,38 m3

Diameter : 2,88 m Tinggi : 4,33 m

Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Daya motor : 1,25 hp

5.7 Pompa Tangki Kultur Effective Microorganism (L-141)

Fungsi : Memompa Limbah cair dari bak pengendapan (F-120) menuju tangki kultur Effective Microorganism (M-140)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 2,79 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor :2,5 hp

5.8 Tangki Kultur Effective Microorganism (M-140)

Fungsi : Menginokulasikan EM pada limbah untuk mereduksi HCN Tipe : Tangki berpengaduk

Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar Bahan : Beton

Waktu tinggal : 1 hari Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 1, 2 atm

• Temperatur (T) : 57,40 C Kapasitas : 606,9 m3

Diameter : 8,2 m Tinggi : 12,31 m

Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Daya motor : 1,5 hp

5.9 Pompa Netralizer I (L-151)

Fungsi : Memompa campuran limbah cair dengan NaHCO3 dari tangki pelarutan NaHCO3 (M-130) menuju netralizer (F-150)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 3,26 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor :0,1 hp

5.10 Pompa Netralizer II (L-152)

Fungsi : Memompa limbah cair yang diinokulasi dengan EM dari tangki kultur

EM (M-140) menuju netralizer (F-150)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 2,83 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor :2,5 hp

5.11 Netralizer (F-150)

Fungsi : Menetralkan pH limbah sebelum memasuki fermentor Bentuk : Persegi panjang

Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 635,19 m3 Kondisi Penyimpanan:

• Temperatur, T = 300 C

• Tekanan operasi, P = 1,63 atm Panjang bak (p) = 17,6 m

Tinggi bak (t) = 4,4 m Lebar bak (l) = 8,8 m

5.12 Pompa Tangki Nutrisi (L-161)

Fungsi : Memompa limbah cair dari netralize (F-150) menuju tangki nutrisi (M-160)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 3,05 atm

• Temperatur (T) : 300 C daya motor :0,05 hp

5.13 Tangki Nutrisi (M-160)

Fungsi : Melarutkan nutrisi (FeCl2(s) dan CO(NH2)2(s)) dalam limbah dengan konsentrasi 6%

Tipe : Tangki berpengaduk

Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar Bahan : Beton

Waktu tinggal : 7 hari Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 1,42 atm

• Temperatur (T) : 30,050 C Kapasitas : 3,42 m3

Diameter : 1,32 m Tinggi : 2,21 m

Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Daya motor : 0,05 hp

5.14 Pompa Fermentor I (L-211)

Fungsi : Memompa limbah cair dari netralizer (F-150) menuju fermentor (R-210)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 2,83 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : 3 hp

5.15 Pompa Fermentor II (L-212)

Fungsi : Memompa limbah cair dari tangki nutrisi (M-160) menuju fermentor (R-210)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 2,62 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : 0,05 hp

5.16 Fermentor (R-210)

Fungsi

Tipe

Bentuk

Bahan konstruksi : Commercial steel

Waktu tinggal : 15 hari

Jumlah

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 1,2 atm

• Temperatur (T) : 57,430 C Kapasitas/ tangki : 606,9 m3 Diameter : 8,04 m

Tinggi silinder : 12,06 m Tinggi tutup : 1,34 m

Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Daya motor : 1,5 h

5.17 Pompa Filter Press (L-221)

Fungsi : Memompa ampas dari fermentor (R-210) menuju filter press (H-220) untuk diolah menjadi pupuk

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 2,49 atm

• Temperatur (T) : 57,430 C Data motor : 3 hp

5.18 Filter Press (H-220)

Fungsi : memisahkan ampas padat dengan cair dari ferment

Jenis : Plate and frame filter press

Jumlah : 1 unit

• Tekanan = 1,3 atm Kondisi operasi

• Temperatur = 57,43 °C Jumlah plate : 9 buah

5.19 Pompa Bak Penampungan pupuk Cair (L-230)

Fungsi : Memompa ampas cair dari filter press (H-220) menuju bak penampungan ampas cair yang dapat dijadikan pupuk cair.

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 2,89 atm

• Temperatur (T) : 57,430 C Daya motor : 2,5 hp

5.20 Bak Penampungan Pupuk Cair (F-230)

Fungsi : Menampung ampas cair setelah proses fermentasi Bentuk : Persegi panjang

Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 633,6m3

Kondisi Penyimpanan:

• Temperatur, T = 57,430 C

• Tekanan operasi, P = 1,6 atm Panjang bak (p) = 17,1 m

Tinggi bak (t) = 4,28 m Lebar bak (l) = 8,55 m

5.21 Blower (G-425)

Fungsi: Mengalirkan biogas dari precooler (E-422) menuju cooler (E-423) Jenis : Blower sentifugal

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi :

• Temperatur (T) = -93 0C

• Tekanan (P) = 1 atm Daya blower : 1 hp

5.22 Kolom Absorpsi (D-310)

Fungsi : Mengikat CO2 yang terdapat pada biogas

Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah ellipsoidal Bahan : Stainless Steel SS-63 Grade A

Jumlah : 1 unit Diameter tower : 0,3 m Tinggi absorber : 13,33 m Tebal dinding : 2 in Kondisi Operasi :

Tekanan : 2,74 atm Temperatur : 57,43 0C

5.23 Bak Penampungan Air Proses Bekas (F-320)

Fungsi : Menampung air proses bekas yang telah digunakan sebagai absorben CO2.

Bentuk : Persegi panjang

Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 8,415 m3 Kondisi Penyimpanan:

• Temperatur, T = 500 C

• Tekanan operasi, P = 1,28 atm Panjang bak (p) = 5,6 m

Tinggi bak (t) = 1,4 m Lebar bak (l) = 2,8 m

5.25 Pompa Air Proses (L-312)

Fungsi : Memompa air proses ke dalam kolom absorpsi untuk mengikat CO2 yang terkandung dalam biogas

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 4,02 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : 0,05 hp

5.27 Tangki Akumulasi Gas CH4 (F-410)

Fungsi : Mengumpulkan gas CH4 dari kolom absorpsi dan recycle yang tidak mencair

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Tekanan : 4,48 atm Kondisi operasi:

Temperatur : 14,80 C

Volume tangki : 8.670,9 m3

Diameter : 18,48 m

Tinggi shell : 25,36 m

Tinggi tutup : 12,68 m

Tinggi tangki : 80,72 m

Tebal shell : 2 in

Tebal tutup : 2 i

5.28 Compressor (G-421)

Fungsi : Menaikkan tekanan CH4 sebelum memasuki pre cooler (E-422) Jenis : Single stage compressor

Jumlah : 1 unit

Kondidi operasi:

• P1 = 3,8 atm • P2 = 4,6 atm • T1 = 15,40 C • T2 = 200 C

Daya : 8 hp

5.29 Pre Cooler (E-422)

Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 sebelum diumpankan ke dalam cooler (E-423) sampai -750 C.

Tipe : Shell and tube heat exchanger Jumlah : 1 unit

Diameter luar tube (OD) = 3/4 in Jenis tube = 10 BWG

Pitch (PT) = 1 in Square pitch Panjang tube (L) = 12 ft

Baffle space (B) = 5 in Pass tube (n) = 4 Pass shell = 1

Tekanan = 4,6 atm

5.30 Cooler (E-423)

Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 sebelum diumpankan ke dalam expander (G-424) sampai -114,350 C.

Tipe : Shell and tube heat exchanger Jumlah : 1 unit

Diameter luar tube (OD) = 3/4 in Jenis tube = 10 BWG

Pitch (PT) = 1 in Square pitch Panjang tube (L) = 35 ft

Baffle space (B) = 5 in Pass tube (n) = 4 Pass shell = 2

Tekanan = 4,5 atm

5.31 Expander (G-424)

Fungsi :Menurunkan tekanan CH4 agar temperaturnya juga ikut turun sehingga dapat berubah fasa dari gas menjadi cair

Jenis : Single stage expander

Jumlah : 1 unit

Kondidi operasi:

• P2 = 4,5 atm • P1 = 1,2 atm • T2 = -1600 C • T1 = -114,050 C

Daya : 8 hp

5.32 Flash Drum (F-420)

Fungsi : Memisahkan CH4 cair dengan CH4 gas Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Tekanan : 1,27 atm Kondisi operasi:

Temperatur : -1600 C

Volume tangki : 10,752 m3

Diameter : 3,22 m

Tinggi shell : 2,725 m

Tinggi tutup : 1,09 m

Tinggi tangki : 4,905 m

Tebal shell : 1,5 in

Tebal tutup : 1,5 in

5.33 Tangki Metana Cair (F-430)

Fungsi : Menyimpan metana cair untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Tekanan : 2,76 atm Kondisi operasi:

Temperatur : -1650 C

Volume tangki : 241,92 m3

Diameter : 6,155 m

Tinggi shell : 7,693 m

Tinggi tutup : 3,08 m

Tinggi tangki : 11,36 m

Tebal shell : 2 in

Tebal tutup : 2 in

5.34 Spiliter (D-460)

Fungsi : Membagi Gas yang berasal dari Flash drum untuk direcycle dan ke tangki o Bahan konstruksi : Carbon stell SA-212 grade A

Jenis : Fix Flow Spilitter dengan filter inlet

Kondisi operasi :

T : -160 0C

Tekanan : 1,27 atm

Diameter : 0,0188 m Split rasio : 1 ¼

Laju alir massa :1120,176 kg/hari

5.35 Tangki Metana Off Gas (F-440)

Fungsi : Menyimpan metana off gas untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Tekanan : 3,76 atm Kondisi operasi:

Temperatur : -1600 C

Volume tangki : 19.509,67 m3

Diameter : 27,54 m

Tinggi shell : 34,42 m

Tinggi tutup : 13,77

Tinggi tangki : 61,96 m

Tebal shell : 2,5 in

Tebal tutup : 2,5 in

5.36 Tangki Propana Bekas (F-450)

Fungsi : Menyimpan metana cair untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Tekanan : 1,206 atm Kondisi operasi:

Temperatur : -1600 C

Volume tangki : 41.650,47 m3

Diameter : 33,46 m

Tinggi shell : 41,82 m

Tinggi tutup : 16,73 m

Tinggi tangki : 75,28 m

Tebal shell : 2,5 in

Tebal tutup : 2,5 in

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Instrumentasi adalah peralatan yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Dalam suatu pabrik kimia, pemakaian instrumen merupakan suatu hal yang sangat penting karena dengan adanya rangkaian instrumen tersebut maka operasi semua peralatan yang ada di dalam pabrik dapat dimonitor dan dikontrol dengan cermat, mudah dan efisien. Alat-alat instrumentasi dipasang pada setiap peralatan proses dengan tujuan agar sarjana teknik dapat memantau dan mengontrol kondisi di lapangan. Dengan adanya instrumentasi ini pula, para sarjana teknik dapat segera melakukan tindakan apabila terjadi kejanggalan dalam proses. Namun pada dasarnya, tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di pabrik mencapai tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk dapat dihasilkan secara optimal (Considine, 1985).

Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol ( controler ), sebagai penunjuk (

indicator ), sebagai pencatat ( recorder ), dan pemberi tanda bahaya ( alarm ).

Instrumentasi bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. . Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses tergantung pada pertimbangan ekonomi dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat-alat tersebut dipasang diatas papan instrumen dekat peralatan proses (kontrol manual) atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bangsal peralatan (kontrol otomatis) (Timmerhaus, 2004).

Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen adalah :

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.

2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya (Considine,1985).

Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari : 47

1. Sensing Elemen/Elemen Perasa (Primary Element)

Elemen yang merasakan (menunjukkan) adanya perubahan dari harga variabel yang diukur.

2. Elemen pengukur (measuring element)

Elemen pengukur adalah suatu elemen yang sensitif terhadap adanya perubahan temperatur, tekanan, laju aliran, maupun tinggi fluida. Perubahan ini merupakan sinyal dari proses dan disampaikan oleh elemen pengukur ke elemen pengontrol. 3. Elemen pengontrol (controlling element)

Elemen pengontrol yang menerima sinyal kemudian akan segera mengatur perubahan-perubahan proses tersebut sama dengan nilai set point (nilai yang diinginkan). Dengan demikian elemen ini dapat segera memperkecil ataupun meniadakan penyimpangan yang terjadi.

4. Elemen pengontrol akhir (final control element)

Elemen ini merupakan elemen yang akan mengubah masukan yang keluar dari elemen pengontrol ke dalam proses sehingga variabel yang diukur tetap berada dalam batas yang diinginkan dan merupakan hasil yang dikehendaki.

(Considine,1985)

Pengendalian peralatan instrumentasi dapat dilakukan secara otomatis dan semi otomatis. Pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan dengan mengatur instrumen pada kondisi tertentu, bila terjadi penyimpangan variabel yang dikontrol maka instrumen akan bekerja sendiri untuk mengembalikan variabel pada kondisi semula, instrumen ini bekerja sebagai controller. Pengendalian secara semi otomatis adalah pengendalian yang mencatat perubahan-perubahan yang terjadi pada variabel yang dikontrol. Untuk mengubah variabel-variabel ke nilai yang diinginkan dilakukan usaha secara manual, instrumen ini bekerja sebagai pencatat (indicatorer).

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen-instrumen adalah:

1. Range yang diperlukan untuk pengukuran

2. Level instrumentasi

3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya

5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses (Timmerhaus,2004)

Instrumentasi yang umum digunakan dalam pabrik adalah : 1. Untuk variabel temperatur:

• Temperature Controller (TC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati temperatur suatu alat. Dengan menggunakan Temperature

Controller, para engineer juga dapat melakukan pengendalian terhadap

peralatan sehingga temperatur peralatan tetap berada dalam range yang diinginkan. Temperature Controller kadang-kadang juga dapat mencatat temperatur dari suatu peralatan secara berkala (Temperature Recorder).

• Temperature Indicator (TI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati temperatur dari suatu alat 2. Untuk variabel tinggi permukaan cairan

• Level Controller (LC) adalah instumentasi yang digunakan untuk mengamati

ketinggian cairan dalam suatu alat Dengan menggunakan Level Controller, para

engineer juga dapat melakukan pengendalian ketinggian cairan dalam peralatan

tersebut.

• Level Indicator (LI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati

ketinggian cairan dalam suatu alat. 3. Untuk variabel tekanan

• Pressure Controller (PC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati tekanan operasi suatu alat. Para engineer juga dapat melakukan perubahan tekanan dari peralatan operasi. Pressure Controller dapat juga dilengkapi pencatat tekanan dari suatu peralatan secara berkala (Pressure

Recorder).

• Pressure Indicator (PI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati

tekanan operasi suatu alat. 4. Untuk variabel aliran cairan

• Flow Controller (FC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati

laju alir larutan atau cairan yang melalui suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat melakukan pengendalian.

• Flow Indicator (FI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati laju

aliran atau cairan suatu alat. (Considine,1985)

Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra – Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka

No Nama alat Jenis instrumen Kegunaan

1 Tangki penampungan gas

Pressure Controller

(PC)

Mengontrol tekanan dalam tangki

Flow Controller

(FC)

Mengontrol laju alir gas dalam pipa

2 _Blower

Flow Ccontroller

(FC)

Mengontrol laju alir gas dalam pipa

Pressure Controller

(PC)

Mengontrol tekanan dalam blower

3 Compressor

Pressure Controller (PC)

Mengontrol tekanan gas dalam kompresor

Flow Controller (FC) Mengontrol laju alir gas dalam pipa

4 Heat Exchanger

Temperature Controller (TC)

Mengontrol suhu pada alat

Flow Controller

(FC)

Mengontrol laju alir dalam pipa

5 Expander

Pressure Controller

(PC)

Mengontrol tekanan gas dalam ekspander

Flow Controller

(FC)

Mengontrol laju alir gas dalam pipa

6 Fermentor

FC dan LC Mengontrol laju alir cairan dalam

pipa dan tinggi cairan dalam

fermentor Temperature

Controller (FC)

pH Controller

Mengontrol suhu dalam fermentor Mengontrol pH cairan fermentasi pada alat

Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra – Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka (lanjutan)

7 Tangki Cairan

Level Controller

(LC) Mengontrol laju alir cairan dalam pipa

Flow Controller

(FC) Mengontrol lajua lair cairan dalam pipa

8 Tangki Pelarutan

Flow Controller

(FC) Mengontrol laju aliran dalam pipa

Level Controller

(LC)

Mengontrol ketinggian bahan dalam tangki

9 Kolom Absorpsi

Flow Controller

(FC) Mengontrol laju alir zat dalam pipa

Pressure

Controller (PC) Mengontrol tekanan dalam alat

Temperature

Indicator (TI) Menunjukkan suhu dalam alat

10 Flash Drum

Temperature Indicator (TI)

Pressure

Controller (PC)

Menunjukkan suhu dalam alat

Megontrol tekanan dalam alat

11

12

Netralizer

Netralizer

Flow Controller

(FC)

Level Controller

(LC)

pH Controller

Flow Controller

(FC)

Mengontrol laju alir cairan dalam pipa

Mengontrol level cairan dalam tangki

Mengontrol pH dalam tangki

Mengontrol laju alir cairan dalam pipa Pompa

Gambar 6.1 Penggunaan Instrumentasi Berbagai Alat pada Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka

51

PC FC

FC

PC

FC

PC

TC FC

FC

PC

Tangki Penampungan Gas

Blower

Compressor Heat Exchanger

Expander

FC

LC

Fermentor

FC

LC

Tangki Cairan

FC

LC

Tangki Pelarutan

FC TI

FC

FC

Kolom Absorpsi

TI FC

Flash Drum

FC

Pompa pH C

FC

LC

Netralizer pH C TC

PC PC

= Rp 8.741.473.705,- 3.1.6 Biaya Administrasi Umum

Biaya administrasi umum selama 3 bulan adalah Rp 224.580.000,- Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = 4 × Rp 224.580.000,-

= Rp 898.320.000,-

3.1.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi

Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp 224.580.000,- Biaya pemasaran selama 1 tahun = 4 × Rp 224.580.000,-

= Rp 898.320.000,-

Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi = 0,5 x Rp 898.320.000,- = Rp 449.160.000,- Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 1.347.480.000 ,-

3.1.8 Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan

Diperkirakan 5 % dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al, 2004). Biaya laboratorium (W) = 0,05 x Rp 8.741.473.705,-

= Rp 437.073.685

3.1.9 Hak Paten dan Royalti

Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 43.707.368.526

= Rp 437.073.685,-

3.1.10 Biaya Asuransi

1. Biaya asuransi pabrik. adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2009).

= 0,0031 × Rp 43.707.368.526

= Rp 1.354.928.424,-

2. Biaya asuransi karyawan.

Premi asuransi = 1% dari gaji karyawan (PT. JAMSOSTEK, 2009) Maka biaya asuransi karyawan = 0,01 x Rp 4.541.701,-

= Rp 45.417.017,-

Total biaya asuransi (Y) = Rp 235.473.398,-

3.1.11 Pajak Bumi dan Bangunan

Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang-Undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut:

 Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).

 Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00).

 Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21/97).

 Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).

 Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).

Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut :

Nilai Perolehan Objek Pajak

Wajib Pajak Pabrik Pembuatan dan pencairan Biogas • Tanah Rp 3.045.000.000 ,-

• Bangunan Rp 11.487.500.000,-

Total NJOP Rp 14.178.135.917,-

Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak (

Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak Rp 14.178.135.917,- Rp. 30.000.000,- )

Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) Rp 655.660.757,- Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp Rp 655.660.757,-

Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z

= Rp 30.564.530.843,-

3.2 Biaya Variabel

3.2.6 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun

Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah Rp 1.397.786.729,-

Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun = Rp 1.397.786.729,-x

90 330 = Rp 5.125.218.006,-

Biaya Variabel Tambahan

1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku

Biaya variabel pemasaran = 0,01 × Rp 5.125.218.006,- = Rp 51.252.180,-

2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi

Diperkirakan 10 % dari biaya variabel bahan baku

Biaya perawatan lingkungan = 0,1 × Rp 5.125.218.006,- = Rp 512.521.800,-

Total biaya variabel tambahan = Rp 563.773.980,- 3.2.7 Biaya Variabel Lainnya

Diperkirakan 5 % dari biaya variabel tambahan = 0,05 × Rp 563.773.980,-

= Rp 28.188.699,-

Total biaya variabel = Rp 591.962.679,-

Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel

= Rp 30.564.530.843,- + Rp 591.962.679,-

= Rp 31.156.493.523,-

4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan 4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto)

Laba atas penjualan = total penjualan – total biaya produksi = Rp 53.313.290.000,- – 39.056.792.380,-

= Rp 14.256.497.620,-

Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 14.256.497.620,-

= Rp 71.282.488,-

Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga :

Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 14.256.497.620,- − Rp 71.282.488,- = Rp 14.185.215.132.-

4.2 Pajak Penghasilan

Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (Rusjdi, 2004):

 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 di atas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 %.

Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah:

- 10 %× Rp 50.000.000 = Rp 5.000.000,- - 15 %× (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000) = Rp 7.500.000,- - 30%×(Rp 14.185.215.132 – Rp 100.000.000) = Rp 4.225.564.540,-

Total PPh = Rp 4.238.064.540,-

Laba setelah pajak

Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh

= Rp 14.185.215.132.- – Rp 4.238.064.540,- = Rp 9.947.150.592,-

5 Analisa Aspek Ekonomi

5.1 Profit Margin (PM)

PM =

penjualan total

pajak sebelum Laba

× 100 %

PM = x 100%

.000,-53.313.290 Rp .132,-14.185.215 Rp

= 26,42 %

5.2 Break Even Point (BEP)

BEP = Variabel Biaya Penjualan Total Tetap Biaya

− × 100 %

BEP = x 100%

9,-591.962.67 Rp .000,-53.313.290 Rp .843,-30.564.530 Rp

= 57,97 %

Kapasitas produksi pada titik BEP = 57,97 % × 1.108 ton/tahun = 642,31 ton/tahun

Nilai penjualan pada titik BEP = 57,97 % x Rp 53.313.290.000 = Rp 30.907.713.811,-

5.3 Return on Investment (ROI)

ROI =

investasi modal Total pajak setelah Laba

× 100 %

ROI = x 100%

.526 43.707.368 Rp 592,-9.947.150. Rp

= 22,76 %

5.4 Pay Out Time (POT)

POT = x 1 tahun 0,2276

1

POT = 4,39 tahun35.465.946.132,-

5.5 Return on Network (RON)

RON =

sendiri Modal

pajak setelah Laba

× 100 %

RON = x 100%

.132,-35.465.946 Rp

592,-9.997.150. Rp

RON = 28,05 %

5.6 Internal Rate of Return (IRR)

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

- Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol

- Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun

- Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan.

Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 28,96 %