Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair Dari Limbah Cair Kelapa Sawit Ini Direncanakan Akan Berproduksi 15.000 Kg/Hari
PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN METANA CAIR DARI LIMBAH
CAIR KELAPA SAWIT
DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 15.000 KG/HARI
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH :
NIM : 050405034
ALVIAH NADYA SARI SIMBOLON
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2009
(2)
(3)
(4)
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan
anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pra
rancangan Pabrik pembuatan metana cair dari limbah cair kelapa sawit ini
direncanakan akan berproduksi 15.000 kg/hari. Tugas Akhir ini dikerjakan
sebagai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana.
Selama mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini perkenankanlah
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT sebagai Dosen Pembimbing I yang telah
membimbing dan memberikan masukan selama menyelesaikan tugas akhir
ini.
2. Bapak Ir. Indra Surya, MSc sebagai Dosen Pembimbing II yang telah
membimbing dan memberikan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia FT
USU.
4. Bapak Dr. Eng Ir. Irvan, MSi sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen
Teknik Kimia FT USU.
5. Dan yang paling istimewa Orang tua penulis yaitu Ibunda Arfah Hasibuan,
dan Ayahanda Agus Salim Simbolon, yang selalu memberikan motivasi dan
semangat kepada penulis.
6. Kak Na dan Adik-adik tercinta yang selalu mendoakan dan memberikan
semangat.
7. Teman seperjuangan Apriana Rahmadani sebagai partner penulis dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Teman-teman stambuk ‘05 tanpa terkecuali. Terimakasih buat kebersamaan
dan semangatnya.
(5)
10.Sahabat-sahabat yuni, apria, apriana, fitri, sucy, riki, rudy, jimy, azlan,
makasih buat pengertiannya
11.Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum
namanya.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan
dan ketidaksempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan
kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan pada penulisan berikutnya.
Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Desember 2009
Penulis
Alviah Nadya Sari Simbolon
(6)
INTI SARI
Pembuatan dan pencairan biogas dari limbah cair kelapa sawit dengan produk
utama gas metana cair diperoleh melalui reaksi fermentasi dalam reaktor tangki
berpengaduk.
Pabrik pembuatan dan pencairan biogas dari limbah cair kelapa sawit ini
direncanakan akan berproduksi 15.000 kg/hari atau setara dengan 4.950 ton/tahun
dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Lokasi pabrik yang direncanakan
adalah di desa siabu, kecamatan Bangkinang Barat, kabupaten Kampar, Riau dengan
luas tanah yang dibutuhkan 3.295 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk
mengoperasikan pabrik adalah sebanyak 88 orang. Bentuk badan usaha yang
direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh general manajer
dan bentuk organisasinya adalah sistem garis.
Hasil analisa terhadap aspek ekonomi pabrik pembuatan dan pencairan biogas
dari limbah cair kelapa sawit (POME), adalah :
- Modal investasi : Rp. 70.641.278.217,-
- Biaya Produksi : Rp. 45.817.734.884,-
- Hasil Penjualan : Rp. 68.140.044.926,-
- Laba Bersih : Rp. 15.564.988.945,-
- Profit Margin : 32,6 %
- Break Even Point : 60,16 %
- Return on Investment : 22,03 %
- Pay Out Time : 4,54 tahun
- Return on Network : 36,72 %
- Internal Rate of Return : 35,3 %
Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan dan
(7)
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...i
INTISARI ...iii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR GAMBAR ...ix
DAFTAR TABEL ...x
BAB I PENDAHULUAN ...I-1
1.1 Latar Belakang ...I-1
1.2 Perumusan Masalah...I-1
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ...I-2
1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik ...I-2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...II-1
2.1 Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit ...II-1
2.2 Pengertian Biogas ...II-4
2.3 Sejarah Biogas ...II-5
2.4 Langkah-langkah Pembentukan Biogas ...II-6
2.5 Parameter Fermentasi ...II-7
2.5.1 Alkalinitas ...II-7
2.5.2 pH ...II-8
2.5.3 Nutrisi ...II-8
2.5.4 Logam Berat Terlarut ...II-8
2.6 Fermentasi Anaerobik ...II-8
2.7 Nilai Potensial Biogas ...II-9
2.8 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas
dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...II-10
2.9 Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk ...II-11
2.9.1 Metana (CH4) ...II-11
2.9.2 Karbon Dioksida (CO2) ...II-12
2.9.3 Ferro Klorida (FeCl2) ...II-13
2.9.4 Seng Klorida (ZnCl2) ...II-13
(8)
2.9.6 Urea (CO(NH)2) ...II-14
2.9.7 Air (H2O) ...II-14
2.9.8 Propana (C3H8)...II-15
BAB III NERACA MASSA ...III-1
3.1 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-110) ...III-1
3.2 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202) ...III-1
3.3 Bak Netralisasi (F-107) ...III-1
3.4 Reaktor Fermentasi (R-207) ...III-2
3.5 Membran Kontaktor (D-310) ...III-2
3.6 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...III-2
3.7 Flash Drum (F-406) ...III-2
BAB IV NERACA ENERGI ...IV-1
4.1 Reaktor Fermentasi (R-210) ...IV-1
4.2 Cooler I (E-301) ...IV-1
4.3 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...IV-1
4.4 Cooler II (E-402) ...IV-2
4.5 Heat Exchanger I (E-403)...IV-2
4.6 Heat Exchanger II (E-404) ...IV-2
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...V-1
5.1 Bak Penampung ...V-1
5.2 Screening ...V-1
5.3 Tangki Penampung ...V-2
5.4 Pompa Tangki Penampung ...V-2
5.5 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-110) ...V-3
5.6 Bak Netralisasi (F-107) ...V-3
5.7 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202) ...V-3
5.8 Pompa Netralisasi...V-4
5.9 Pompa NaHCO3 ... V-4
5.10 Pompa Nutrisi...V-5
5.11 Reaktor Fermentasi (R-210) ...V-5
5.12 Cooler I (E-301) ...V-6
(9)
5.14 Membran Kontaktor (D-310) ...V-7
5.15 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...V-7
5.16 Kompresor (G-401) ...V-7
5.17 Cooler II (E-402) ...V-7
5.18 Heat Exchanger I (E-403) ...V-8
5.19 Heat Exchanger II (E-404) ...V-8
5.20 Filter Press ...V-8
5.21 Ekspander (G-410) ...V-8
5.22 Flash Drum (F-406)...V-9
5.23 Tangki Penyimpanan Metana Cair ...V-9
5.24 Tangki Penyimpanan Metana Gas ...V-9
BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ...VI-1
6.1 Instrumentasi ...VI-1
6.2 Keselamatan Kerja ...VI-5
6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan dan Pencairan
Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ... VI-7
6.3.1 Pencegahan terhadap Kebakaran dan Peledakan ...VI-7
6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ...VI-8
6.3.3 Keselamatan Kerja terhadap Listrik ...VI-9
6.3.4 Pencegahan terhadap Gangguan Kesehatan ...VI-9
6.3.5 Pencegahan terhadap Bahaya Mekanis ... VI-10
BAB VII UTILITAS ...VII-1
7.1 Kebutuhan Air ...VII.1
7.2 Kebutuhan Listrik ...VII-3
7.3 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-4
BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1
8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-1
8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-3
8.3 Perincian Luas Tanah ... VIII-5
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ...IX-1
9.1 Organisasi Perusahaan ...IX-1
(10)
9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil ...IX-2
9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ...IX-3
9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf ...IX-3
9.2 Manajemen Perusahaan ...IX-3
9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ...IX-5
9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung jawab ...IX-6
9.5 Struktur Tenaga Kerja ...IX-8
9.5.1 Pembagian struktur tenaga kerja ...IX-8
9.5.2 Jumlah Karyawan ... IX-10
9.5.3 Hak dan kewajiban karyawan ... IX-11
9.6 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja... IX-14
9.7 Keselamatan kerja ... IX-15
BAB X ANALISA EKONOMI ...X-1
10.1 Modal Investasi ...X-1
10.1.1 Modal Investasi Tetap / Fixed Capital
Investment (FCI) ...X-1
10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ...X-3
10.2 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ...X-4
10.2.1 Biaya Tetap / Fixed Cost (FC)...X-4
10.2.2 Biaya Variabel / Variable Cost (VC) ...X-4
10.3 Total Penjualan / Total Sales ...X-5
10.4 Bonus Perusahaan ...X-5
10.5 Perkiraan Laba / Rugi Perusahaan ...X-5
10.6 Analisa Aspek Ekonomi ...X-5
10.6.1 Profit Margin (PM) ...X-5
10.6.2 Break Even Point (BEP)...X-6
10.6.3 Return on Investment (ROI) ...X-6
10.6.4 Pay Out Time (POT) ...X-7
10.6.5 Return on Network (RON) ...X-7
10.6.6 Internal Rate of Return (IRR)...X-7
BAB XI KESIMPULAN ...XI-1
(11)
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ... LA-1
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI ... LB-1
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ... LC-1
(12)
DAFTAR GAMBAR
Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan
Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ... VIII-4
Gambar 6.1 Penggunaan instrumentasi berbagai alat pada Pra Rancangan Pabrik
Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair
Kelapa Sawit ...VI-5
Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas
dari Limbah Cair Kelapa Sawit ... IX-16
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage)
(13)
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS... ..II-1
Tabel 2.2 Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS...II-1
Tabel 2.3 Karakteristik Limbah PMKS dan Baku Mutu Limbah ...II-3
Tabel 2.4 Komposisi Biogas ...II-4
Tabel 2.5 Kondisi Optimum Produksi Biogas ...II-7
Tabel 2.6 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik ...II-9
Tabel 2.7 Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain ...II-9
Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pencampur NaHCO3 ... III-1
Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Nutrisi ...III-1
Tabel 3.3 Neraca Massa pada Bak Netralisasi ...III-1
Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Fermentasi ...III-2
Tabel 3.5 Neraca Massa pada Membran Kontaktor ...III-2
Tabel 3.6 Neraca Massa pada Tangki Penampung Gas Metana ...III-2
Tabel 3.7 Neraca Massa pada Flash Drum ...III-2
Tabel 4.1 Neraca Energi pada Reaktor Fermentasi ...IV-1
Tabel 4.2 Neraca Energi pada Cooler I ...IV-1
Tabel 4.3 Neraca Energi pada Tangki Akumulasi Gas Metana ...IV-1
Tabel 4.4 Neraca Energi pada Cooler II ...IV-2
Tabel 4.5 Neraca Energi pada Cooler II ...IV-2
Tabel 4.6 Neraca Energi pada Heat Exchanger –I...IV-2
Tabel 4.7 Neraca Energi pada Heat Exchanger –II ...IV-2
Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik
Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VI-1
Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ...VII-1
Tabel 7.2 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ...VII-2
Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah...
VIII-3
Tabel 9.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan ... IX-9
Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ... IX-10
(14)
Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom LB-1
Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K) ...LB-2
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 Data Air Pendingin yang Digunakan ...LB-3
Tabel LB.7 Energi yang masuk ke dalam Fermentor ...LB-4
Tabel LB.8 Energi yang keluar dari Fermentor ...LB-5
Tabel LB.9 Energi yang keluar dari alat pendingin I ...LB-6
Tabel LB.10 Energi yang masuk dari tangki akumulasi ...LB-7
Tabel LB.11 Energi yang keluar dari tangki akumulasi ...LB-7
Tabel LB.13 Energi yang masuk dari Alat Pendingin II...LB-7
Tabel LB.14 Energi yang keluar dari Alat Pendingin II ...LB-8
Tabel LB.15 Energi yang keluar dari HE-ILB-9
Tabel LB.16 Energi yang keluar dari Alat Pendingin II ... LB-10
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.5 Biaya Sarana Transportasi LE-7
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-10
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas LE-11
Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-13
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17
Tahun 2000 ... LE-14
(15)
INTI SARI
Pembuatan dan pencairan biogas dari limbah cair kelapa sawit dengan produk
utama gas metana cair diperoleh melalui reaksi fermentasi dalam reaktor tangki
berpengaduk.
Pabrik pembuatan dan pencairan biogas dari limbah cair kelapa sawit ini
direncanakan akan berproduksi 15.000 kg/hari atau setara dengan 4.950 ton/tahun
dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Lokasi pabrik yang direncanakan
adalah di desa siabu, kecamatan Bangkinang Barat, kabupaten Kampar, Riau dengan
luas tanah yang dibutuhkan 3.295 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk
mengoperasikan pabrik adalah sebanyak 88 orang. Bentuk badan usaha yang
direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh general manajer
dan bentuk organisasinya adalah sistem garis.
Hasil analisa terhadap aspek ekonomi pabrik pembuatan dan pencairan biogas
dari limbah cair kelapa sawit (POME), adalah :
- Modal investasi : Rp. 70.641.278.217,-
- Biaya Produksi : Rp. 45.817.734.884,-
- Hasil Penjualan : Rp. 68.140.044.926,-
- Laba Bersih : Rp. 15.564.988.945,-
- Profit Margin : 32,6 %
- Break Even Point : 60,16 %
- Return on Investment : 22,03 %
- Pay Out Time : 4,54 tahun
- Return on Network : 36,72 %
- Internal Rate of Return : 35,3 %
Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan dan
(16)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kenaikan harga minyak mentah dan harga BBM serta pembengkakan subsidi
merupakan pemberitaan yang hangat dibahas di media massa kita akhir-akhir ini.
Pembahasan ini menunjukkan bahwa minyak bumi memang masih menjadi ‘idola’
sebagai sumber penyedia energi terbesar di negeri ini. Tingginya konsumsi
masyarakat akan BBM, tidak mampu diimbangi oleh produksi dan ketersediaan
cadangan minyak bumi yang ada di perut bumi negara kita.
Sebagai dampak dari konsumsi BBM tersebut adalah tingginya tingkat
pencemaran lingkungan melalui emisi yang dihasilkan, seperti CO2, NOx, SOx, dll.
Hal ini terkait langsung dengan isu dunia mengenai pemanasan global sebagai akibat
dari efek rumah kaca. Sebagai bangsa yang dianugerahi beragam SDA, sudah
saatnya untuk mulai ‘melirik’ SDA lain untuk diolah sehingga dapat mengurangi
‘porsi’ minyak bumi, baik sebagai sumber energi maupun bahan baku industri
lainnya. Untuk itu, diversifikasi dan penguasaan teknologi merupakan yang faktor
penting disamping kesadaran akan kelestarian lingkungan (Witono, 2009).
Pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) merupakan industri yang sarat dengan
residu pengolahan berupa limbah, yaitu sebanyak 70-75 %. Jumlah limbah cair yang
dihasilkan oleh PMKS berkisar antara 600-700 liter/ton tandan buah segar (TBS)
(Naibaho, 1999). Untuk pabrik sumber bahan baku yaitu PT.Ciliandra perkasa sekitar
600 ton/hari. Saat ini diperkirakan jumlah limbah cair yang dihasilkan oleh PMKS di
Indonesia mencapai 28,7 juta ton (Isroi, 2008). Limbah ini merupakan sumber
pencemaran yang potensial bagi manusia dan lingkungan, sehingga pabrik dituntut
untuk mengolah limbah melalui pendekatan teknologi pengolahan limbah
(
end of the pipe).
Bahkan sekarang telah digulirkan paradigma pencegahan pencemaran(
up of the pipe)
(Wardhanu, 2009).Berbagai upaya dilaksanakan selain bertujuan untuk menekan dampak negatif
(17)
dimanfaatkan secara maksimal dan tidak menimbulkan sampah
(
the zero waste concept)
sehingga memberikan nilai tambah. Diantara upaya tersebut adalah pemanfaatan limbah cair PMKS untuk memproduksi biogas (Siregar, 2009). Selainpermasalahan limbah teratasi, biogas juga membantu mengurangi ‘porsi’ penggunaan
minyak bumi. Dari hasil penelitian, potensi biogas yang dihasilkan dari 600-700 kg
limbah cair PMKS sekitar 20 m3 biogas (Goenadi, 2006) dan setiap m3 gas metan
dapat diubah menjadi energi sebesar 4.700 – 6.000 kkal atau 20-24 MJ (Isroi, 2008).
1.2 Perumusan Masalah
Emisi rumah kaca dan pemanasan globalyang sedang terjadi saat ini dan juga
adanya program pemerintah mengkonversi minyak tanah ke gas akan meningkatkan
penggunaan LNG (Liqudified Natural Gas) oleh masyarakat yang mengakibatkan
sumber daya LNG semakin berkurang. Untuk itu, perlu dicari sumber daya yang
dapat diperbaharui unutuk menanggulangi kebutuhan energi dan mengurangi efek
pemanasan global tersebut. Limbah cair kelapa sawit dapat dimanfaatkan untuk
menghasilkan gas metana. Untuk itu perlu dibuat suatu pra rancangan pabrik untuk
mengolah limbah cair sawit menjadi gas metana yang dicairkan sebagai pengganti
LNG dan mengurangi efek pemanasan global yang dihasilkan dari gas. Produk utama
dari proses ini adalah metana cair dan produk samping berupa pupuk.
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik
Tujuan pembuatan pra rancangan pabrik pembuatan metana cair dari limbah
cair sawit, yaitu :
1. Untuk memberikan informasi awal tentang kelayakan pendirian pabrik
pembuatan biogas dari limbah cair kelapa sawit.
2. Untuk memberikan informasi tentang perkiraan tata rancangan pabrik
pembuatan biogas.
3. Untuk memperkirakan total biaya yang diperlukan serta tata letak pabrik yang
(18)
1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik
Manfaat dari pra rancangan pabrik pembuatan biogas dari limbah cair kelapa
sawit adalah agar dapat menerapkan ilmu teknik kimia yang telah didapatkan selama
kuliah seperti neraca massa, neraca energi, utilitas, proses perancangan dan
perencanaan pabrik kimia. Dengan dibuatnya pra rancangan pabrik pembuatan
biogas ini, maka mahasiswa dapat memahami kegunaan dari ilmu yang selama ini
(19)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Karateristik Limbah Cair Kelapa Sawit
Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik minyak kelapa sawit (PMKS)
berasal dari air kondensat pada proses sterilisasi, air dari proses klarifikasi, air
hydrocyclone
(
claybath),
dan air pencucian pabrik. Jumlah air buangan tergantung pada sistem pengolahan, kapasitas olah pabrik, dan keadaan peralatan klarifikasi.Limbah cair PMKS mengandung bahan organik yang relatif tinggi dan tidak bersifat
toksik karena tidak menggunakan bahan kimia dalam proses ekstraksi minyak.
Komposisi kimia limbah cair PMKS dan komposisi asam amino limbah cair segar
disajikan pada tabel 2.1 dan 2.2 berikut.
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS
Komponen % Berat Kering
Ekstrak dengan ether 31.60
Protein (N x 6,25) 8.20
Serat 11.90
Ekstrak tanpa N 34.20
Abu 14.10
P 0.24
K 0.99
Ca 0.97
Mg 0.30
Na 0.08
Energi (kkal / 100 gr) 454.00
(
Naibaho, 1996)
Tabel 2.2a Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS
Asam Amino %
Lisine 0.98
Histidine 2.02
Arginine 0.74
Aspartot asam 8.37
Threoine 3.37
Serine 8.19
Glutamit asam 13.19
Piroline 3.80
Glycine 1.96
(20)
Tabel 2.2b Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS (Lanjutan)
Valine 4.05
Methionine 0.14
Isoleusine 3.10
Leusine 8.79
Tyrosine 2.06
Phanylalarine 3.48
(
Naibaho, 1996)
Limbah cair PMKS umumnya bersuhu tinggi, berwarna kecoklatan,
mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid dan residu minyak
dengan kandungan biological oxygen demand (BOD) yang tinggi. Bila larutan
tersebut langsung dibuang ke perairan sangat berpotensi mencemari lingkungan,
sehingga harus dioleh terlebih dahulu sebelum dibuang.
Parameter yang menggambarkan karakteristik limbah terdiri dari sifat fisik,
kimia, dan biologi. Karakteristik limbah berdasarkan sifat fisik meliputi suhu,
kekeruhan, bau, dan rasa, berdasarkan sifak kimia meliputi kandungan bahan
organik, protein, BOD, chemical oxygen demand (COD), sedangkan berdasakan
sifat biologi meliputi kandungan bakteri patogen dalam air limbah (Wibisono,
1995). Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup ada 6 (enam)
parameter utama yang dijadikan acuan baku mutu limbah meliputi :
a. Tingkat keasaman (pH), ditetapkannya parameter pH bertujuan agar
mikroorganisme dan biota yang terdapat pada penerima tidak terganggu,
bahkan diharapkan dengan pH yang alkalis dapat menaikkan pH badan
penerima.
b. BOD, kebutuhan oksigen hayati yang diperlukan untuk merombak bahan
organik secara biologi. Semakin tinggi nilai BOD air limbah, maka daya
saingnya dengan mikroorganisme atau biota yang terdapat pada badan penerima
akan semakin tinggi.
c. COD, kelarutan oksigen kimiawi adalah oksigen yang diperlukan untuk
merombak bahan organik dan anorganik secara kimia, oleh sebab itu nilai COD
lebih besar dari BOD.
d. Total suspended solid (TSS), menggambarkan total padatan melayang-layang
(21)
dibandingkan dengan total solid
.
Semakin tinggi TSS, maka bahan organik membutuhkan oksigen untuk perombakan yang lebih tinggi.e. Kandungan total nitrogen, semakin tinggi kandungan total nitrogen dalam cairan
limbah, maka akan menyebabkan keracunan pada biota.
f. Kandungan oil and grease, dapat mempengaruhi aktifitas mikroba dan
merupakan pelapis permukaan cairan limbah sehingga menghambat proses
oksidasi pada saat kondisi aerobik.
Kementerian Negara Lingkungan Hidup secara khusus telah menerbitkan 2
(dua) Keputusan Menteri yang menyangkut pemanfaatan air limbah PMKS yaitu
Kepmen LH Nomor 28 Tahun 2003 tentang Pedoman Teknis Pengkajian dan
Pemanfaatan Air Limbah Industri Minyak Kelapa Sawit pada Tanah di Perkebunan
Kelapa Sawit dan Kepmen LH Nomor 29 Tahun 2003 tentang Tata Cara Perizinan
Pemanfaatan Air Limbah Industri Minyak Kelapa Sawit pada Tanah di Perkebunan
Kelapa Sawit (Soerjani, 2007). Karakteristik limbah yang dihasilkan PMKS dan
baku mutu limbah disajikan pada tabel 2.3 di bawah ini.
Tabel 2.3 Karaktersitik Limbah PMKS dan Baku Mutu Limbah
Parameter Limbah PMKS
*)
Baku Mutu Limbah **)
pH 4,10 6 – 9
BOD (g/L) 212,80 110
COD (g/L) 347,20 250
TSS (g/L) 211,70 100
Kandungan Nitrogen Total (g/L) 41 20
Oil and grease (g/L) 31 30
*) Amaru (2008)
**) Kepmen LH Nomor 51/MEN LH/10/1995
Berdasarkan data di atas, ternyata semua parameter limbah cair PMKS
berada diatas ambang batas baku mutu limbah. Jika tida dilakukan pencegahan dan
pengolahan limbah, maka akan berdampak negatif terhadap lingkungan seperti
pencemaran air yang mengganggu bahkan meracuni bota perairan, menimbulkan
bau, dan menghasilkan gas metan dan CO2 yang merupakan emisi gas penyebab
(22)
2.2 Pengertian Biogas
Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi
dari bahan-bahan organik termasuk di antaranya: kotoran manusia dan hewan,
limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik
yang biodegrable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah
metana dan karbon dioksida (Anonim2, 2007 ).
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 karbon dioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang
dimanfaatkan sebagai bahan bakar.
Umumnya kandungan CH4 dalam reaktor sampah organik berbeda-beda.
Zhang et al.(1997) dalam penelitiannya, menghasilkan CH4 sebesar 50-80% dan CO2 20-50%. Sedangkan Hansen (2001), dalam reaktor biogasnya mengandung sekitar
60-70% CH4, 30-40% CO2, dan gas-gas lain, meliputi amonia (NH3), hidrogen
sulfida (H2S), merkaptan (tio alkohol) dan gas lainnya. Tetapi secara umum rentang
komposisi biogas dapat dilihat pada tabel 2.4 sebagai berikut:
Tabel 2.4 Komposisi Biogas
Komponen %
Metana (CH4) 55-75
Karbon dioksida (CO2) 25-45
Nitrogen (N2) 0-0,3
Hidrogen (H2) 1-5
Hidrogen sulfida (H2S) 0-3
Oksigen (O2) 0,1-0,5
(Hermawan, dkk, 2007)
CH4 dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara,
dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi CO2 yang lebih sedikit.
Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena
CH4 merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila
dibandingkan dengan CO2. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil
dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer
(23)
Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar CH4 minimal 57% yang
menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996), biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan CH4 telah mencapai minimal 60%.
Pembakaran gas CH4 ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan
asap (Hermawan dkk, 2007).
2.3 Sejarah Biogas
Gas CH4 terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik oleh bakteri
metana atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi
sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik sehingga terbentuk gas
metana (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya di
tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa
ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan
Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Gas metana
sama dengan gas LPG (Liquidified Petroleum Gas), perbedaannya adalah gas metana
mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak. (Anonim1, 2005).
Kebudayaan Mesir, China, dan Roma kuno diketahui telah memanfaatkan gas
alam ini yang dibakar untuk menghasilkan panas. Namun, orang pertama yang
mengaitkan gas bakar ini dengan proses pembusukan bahan sayuran adalah
Alessandro Volta (1776), sedangkan Willam Henry pada tahun 1806
mengidentifikasikan gas yang dapat terbakar tersebut sebagai CH4. Becham (1868),
murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari
pembentukan CH4.
Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman
dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa unit
pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang Dunia II
banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk
menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga
BBM (Bahan Bakar Minyak) semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun
1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara
(24)
ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat
pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900.
Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan
Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit
biogas dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan
bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku
dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran gas bio
yang terbentuk.
Dengan teknologi tertentu, gas metana dapat dipergunakan untuk
menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik, menjalankan kulkas, mesin
tetas, traktor, dan mobil. Secara sederhana, gas metana dapat digunakan untuk
keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas sebagaimana halnya
LPG. (FAO, 1981).
2.4 Langkah-Langkah Pembentukan Biogas
Secara umum, langkah-langkah pembentukan biogas ada 3 yaitu :
1. Hidrolisis
Pada langkah pertama, bahan organik secara enzimatis diuraikan oleh enzim
ekstraselular (selulosa, amilase, proteinase, dan lipase) mikroorganisme. Bakteri
mendekomposisi rantai panjang karbohidrat, protein dan lemak menjadi bagian
yang lebih pendek. Sebagai contoh, polisakarida diubah menjadi monosakarida.
Protein dibagi menjadi peptida dan asam amino.
2. Asidifikasi
Bakteri penghasil asam, terlibat dalam langkah kedua, menkonversi hasil
fermentasi menjadi asam asetat (CH3COOH), hidrogen (H2) dan karbon dioksida
(CO2). Bakteri ini bersifat anaerobik dan dapat tumbuh di bawah kondisi asam.
Untuk menghasilkan asam asetat, mereka membutuhkan oksigen dan karbon.
Untuk ini, mereka menggunakan oksigen larut dalam larutan atau oksigen terikat.
Selain itu, bakteri penghasil asam menciptakan suatu kondisi anaerobik yang
penting bagi mikroorganisme penghasil metana. Setelah itu, terjadi penguraian
senyawa dengan berat molekul yang rendah menjadi alkohol, asam organik, asam
(25)
3. Pembentukan Metana
Bakteri penghasil metana, terlibat dalam langkah ketiga, mendekomposisi
senyawa dengan berat molekul rendah. Sebagai contoh, digunakan hidrogen,
karbon dioksida, dan asam asetat untuk membentuk CH4 dan CO2. Di bawah
kondisi alami, mikroorganisme penghasil metana bersifat anaerobik dan sangat
sensitif terhadap perubahan lingkungan.
2.5 Parameter Fermentasi
Pada dasarnya efisiensi produksi biogas sangat dipengaruhi oleh berbagai
faktor meliputi : suhu, derajat keasaman (pH), konsentrasi asam-asam lemak volatil,
nutrisi (terutama nisbah karbon dan nitrogen), zat racun, waktu retensi hidrolik,
kecepatan bahan organik, dan konsentrasi amonia. Dari berbagai penelitian yang
penulis peroleh, dapat dirangkum beberapa kondisi optimum proses produksi biogas
pada tabel 2.5 dibawah ini:
Tabel 2.5 Kondisi Optimum Produksi Biogas
Parameter Kondisi Optimum
Suhu 550C
Deajat Keasaman 6,8-7,8
Nutrien Utama Karbon dan Nitrogen
Sulfida <200 mg/L
Logam-logam berat terlarut < 1 mg/L
Sodium <5000 mg/L
Kalsium < 2000 mg/L
Magnesium < 1200 mg/L
Amonia < 1700 mg/L
(Hermawan, dkk, 2007)
Parameter-parameter di atas harus diperhatikan dan dijaga karena jika kondisi
tidak terpenuhi maka produk utama yang dihasilkan bukan CH4, melainkan CO2.
2.5.1 Alkalinitas
Alkalinitas limbah cair dapat dihasilkan dari hidrokarbon, karbonat(CO32-) dan
bikarbonat (HCO3-) yang berikatan dengan kalsium, magnesium, kalium dan amonia.
Alkalinitas limbah cair membantu mempertahankan pH agar tidak mudah berubah
yang disebabkan oleh penambahan asam. Selain itu, alkalinitas juga mempengaruhi
(26)
Kadar alkalinitas diperoleh dengan menitrasi sampel dengan larutan standar
asam dan diperoleh hasil dalam satuan mg/L CaCO3.
2.5.2 pH
Konsentrasi ion-hidrogen merupakan kualitas parameter yang penting di dalam
limbah cair. pH dapat diartikan sebagai eksistensi dari kehidupan mikroba di dalam
limbah cair (biasanya bernilai 6 - 9). Limbah cair memiliki pH yang sulit diatur
karena adanya proses pengasaman pada limbah cair.
2.5.3 Nutrisi
Nutrisi bagi pertumbuhan mikroba dalam limbah cair umumnya adalah
nitrogen dan fosfor (NP). Untuk mendapatkan sludge yang kecil pada proses anaerobik, maka diperlukan kadar NP yang cukup. Oleh karena itu, penambahan N
dan/atau P yang dibutuhkan tergantung dari substrat dan nilai dari SRT (Solid Retention Time). Biasanya jumlah nutrisi yang dibutuhkan seperti NP dan sulfur (S) pada rentang 10-13, 2-2,6 dan 1-2 mg/100 mg limbah. Namun, agar metanogenesis
yang terjadi maksimum, konsentrasi NPK biasanya 50, 10, dan 5 mg/L. Kandungan
N dapat diperoleh dari berbagai macam senyawa, salah satunya NH4HCO3 (amonium
hidrogen karbonat).
2.5.4 Logam Terlarut
Logam terlarut sangat penting di dalam proses fermentasi limbah cair, terutama
pada proses metanogenesis, karena berfungsi sebagai nutrisi penting bagi
pertumbuhan mikroba. Kandungan logam 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 terlarut yang
direkomendasikan per liter reaktor adalah 1 mg FeCl2; 0,1 mg CaCl2; 0,1 mg NiCl2;
dan 0,1 mg ZnCl2. Penambahan logam-logam ini meningkatkan aktifitas mikroba
dan sangat menguntungkan pada proses anaerobik untuk limbah cair.
2.6 Fermentasi Anaerobik
Fermentasi anaerob berarti selama proses fermentasi tidak ada udara yang
masuk di dalam reaktor. Fermentasi anaerob memiliki bebearapa keuntungan dan
(27)
Tabel 2.6 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik
No. Keuntungan Kerugian
1. Energi yang dibutuhkan sedikit Membutuhkan waktu pembiakan
yang lama 2. Produk samping yang dihasilkan
sedikit
Membutuhkan penambahan senyawa alkalinity
3. Nutrisi yang dibutuhkan sedikit Tidak mendegradasi senyawa
nitrogen dan fosfor 4. Dapat menghasilkan senyawa methana
yang merupakan sumber energi yang potensial
Sangat sensitif terhadap efek dari perubahan temperatur
5. Hanya membutuhkan rekator dengan
volume yang kecil
Menghasilkan senyawa yang beracun seperti H2S.
(Metcalf & Eddy, 2003)
2.7 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 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 ditunjukkan pada tabel
2.7 berikut:
Tabel 2.7 Kesetaraan Biogas dengan sumber lain
Bahan Bakar Jumlah
Biogas 1 m3
Elpiji 0,46 kg
Minyak tanah 0,62 liter
Minyak solar 0,52 liter
Bensin 0,8 liter
Gas kota 1,5 m3
Kayu bakar 3,5 kg
(28)
2.8 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit(LCKS)
2.8.1 Pretreatment Limbah Cair Kelapa Sawit
LCKS dikumpulkan di dalam bak penampungan (F-101), dimana pada bagian
atasnya terdapat screening filter (H-102 A/B) yang bertujuan untuk menyaring
partikel-partikel seperti cangkang sawit atau serat-serat lain yang dapat menggangu
proses fermentasi. Selain itu, pasir yang terkandung di dalam LCKS juga diendapkan
agar tidak mengganggu proses fermentasi dan alat yang digunakan tidak cepat rusak.
Lumpur yang mengendap dipisahkan dari LCKS dan menuju penyaringan filter press
untuk dimanfaatkan sebagai pupuk.
2.8.2 Fermentasi Limbah Cair Kelapa Sawit menjadi Biogas
Limbah cair kelapa sawit (LCKS) yang telah terpisah dengan ampas ditampung
dalam bak penampung (F-103). Sebagian LCKS dialirkan ke tangki pencampuran
NaHCO3 (M-110) untuk melarutkan padatan NaHCO3. Penambahan senyawa
NaHCO3 dilakukan untuk menetralkan pH di dalam reaktor, karena proses fermentasi
berlangsung dengan baik dalam pH 6-8. Kemudian campuran NaHCO3 dialirkan ke
dalam bak netralisasi (F-106) bersama dengan LCKS yang dialirkan dari bak
penampung (F-103). Kemudian inokulum dan sebagian LCKS di alirkan ke dalam
tangki pencampuran nutrisi (M-102) untuk memudahkan proses penambahan nutrisi
ke dalam reaktor karena nutrisi berupa padatan. Jika nutrisi di tambahkan langsung
ke dalam reaktor, maka kondisi reaktor akan sulit dijaga agar tetap di dalam kondisi
anaerobik.
Setelah itu, LCKS yang telah netral pH-nya, larutan nutrisi beserta inokulum
dialirkan ke fermentor. Fermentor yang digunakan adalah jenis tangki berpengaduk
(Continious Stirred Tank Reactor). suhu di dalam fermentor dijaga 35-390C, dimana
bakteri yang digunakan adalah bakteri mesofillik. Proses yang terjadi meliputi proses
hidrolisis, asidifikasi, dan proses pembentukan metana dengan hydraulic retention
time 7 hari. Dari fermentor, sisa ampas dialirkan ke filter press untuk kemudian
(29)
2.8.3 Pemurnian Biogas
Komponen biogas terbesar yang dihasilkan yaitu metana (CH4) dan karbon
dioksida (CO2). Campuran gas ini diturunkan suhunya hingga 30oC pada cooler I
(E-301) agar proses absorpsi berlangsung lebih efektif. Lalu campuran gas dialirkan ke
dalam suatu kolom membran kontaktor untuk memisahkan CO2 dimana air sebagai
absorber. Jenis membran yang digunakan adalah serat berongga (hollow fibre).
Selektivitas air tehadap CO2 dan solubilitas CO2 dalam air menyebabkan CO2 dapat
melewati membran dalm melarut dalam air. Campuran Air-CO2 masuk ke dalam bak
(F-303) dan CH4 ditampung dalam tangki (F-304) .
2.8.4 Pencairan Biogas
Gas metan yang telah dimurnikan ditampung dalam tangki akumulasi (F-304)
Tekanan gas metana dinaikkan dari 1 atm menjadi 3 atm menggunakan kompresor
sentrifugal (G-401), akibatnya temperatur gas meeningkat menjadi 112oC.
Temperatur gas diturunkan hingga 30oC dengan mengalirkan ke cooler II (E-402).
Selanjutnya temperatur gas diturunkan hingga -48oC melalui heat exchanger I
(E-403) dengan propana sebagai refrigeran. Lalu pendinginan tahap berikutnya
dilakukan hingga suhu -115,5oC dengan metana pada alur recycle sebagai refrigeran.
Gas bersuhu rendah dan bertekanan tinggi ini dilewatkan pada ekspander (G-410)
untuk menurunkan tekanan gas metan menjadi 1,2 atm sekaligus menurunkan
suhunya menjadi -166,22oC. Kemudian, uap metana basah ini dialirkan menuju flash
drum untuk memisahkan metana cair dengan metana gas yang tidak berhasil
dicairkan. Metana yang masih berupa gas ini masih cukup dingin, sehingga ia
dilewatkan kembali ke heat exchanger (E-404) sebagai pendingin lalu masuk
kembali ke tangki akumulasi CH4 304). Metana cair ditampung dalam tangki
(F-406). Sedangkan off gas ditampung dalam tangki (F-407) dan dapat pula dijual.
2.9 Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk
2.9.1 Metana (CH4)
Fungsi : merupakan komponen unsur terbesar (70%) di dalam biogas.
1. Berat Molekul : 16,043 g/mol
(30)
3. Tekanan kritis : 45,96 bar
4. Fasa padat
• Titik cair : -182,5oC
• Panas laten : 58,68 kJ/kg 5. Fasa cair
• Densitas cair : 500 kg/m3 • Titik didih : -161,6oC • Panas laten uap : 510 kJ/kg 6. Fasa gas
• Densitas gas : 0,717 kg/m3
• Faktor kompresi : 0,998
• Spesifik graviti : 0,55
• Spesifik volume : 1,48 m3/kg
• CP : 0,035 kJ/mol.K • CV : 0,027 kJ/mol.K • Viskositas : 0,0001027 poise
• Kelarutan : 0,054 vol/vol (Anonim, 2007)
2.9.2 Karbon Dioksida (CO2)
Fungsi : 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/m3
5. Fasa padat
• Densitas padat : 1562 kg/m3
• Panas laten : 196,104 kJ/kg 6. Fasa cair
• Densitas cair : 1032 kg/m3 • Titik didih : -78,5oC
(31)
• Tekanan uap : 58,5 bar
7. Fasa gas
• Densitas gas : 2,814 kg/m3 • Faktor kompresi : 0,9942
• Spesifik graviti : 1,521
• Spesifik volume : 0,547 m3/kg • CP : 0,037 kJ/mol.K
• CV : 0,028 kJ/mol.K
• Viskositas : 0,0001372 poise
• Kelarutan : 1,7163 vol/vol (Anonim, 2007)
2.9.3 Ferro Klorida (FeCl2)
Fungsi: sebagai 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, 2009)
2.9.4 Seng Klorida (ZnCl2)
Fungsi: sebagai sumber nutrisi bagi mikroba
1. Berat Molekul : 136,3 gr/mol
2. Titik didih : 732oC
3. Titik Lebur : 290oC
4. Tekanan Uap pada 428oC : 1 mmHg
(32)
6. Kelarutan pada 25oC : 423 gr/100 gr Air
7. pH : 4
8. berupa kristal putih dan tidak berbau
2.9.5 Natrium Bikarbonat (NaHCO3)
Fungsi : sebagai agen penetral pH.
1. Berat molekul : 84,0079 gr/mol
2. Titik lebur : 500 C (323 K)
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, 2009)
2.9.6 Urea (H2NCONH2)
Fungsi: sebagai 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
8. Kristal berbentuk prismatik
(Wikipedia,2009)
2.9.7 Air (H2O)
Fungsi: sebagai absorben gas karbondioksida (CO2) di dalam membran
(33)
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, 1997)
2.9.8 Propana (C3H8)
Fungsi: 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/
4. Titik cair : -187,6oC
5. Titik didih : -42,09oC
6. Kelarutan dalam air : 0,1 g/cm3
(34)
No Kode Nama Alat
1 F-101 Bak Penampung
2 H-102 Screening
3 F-103 Tangki Penampung 4 L-104 Pompa ke Tangki Penampung
5 L-105
Pompa ke Tangki Pencampur NaHCO3dan netralisasi 6 F-106 Tangki Netralisasi
7 F-201
Tangki penampung sebelum reaktor
8 L-201
Pompa ke Tangki Nutrisi dan reaktor
9 M-202 Tangki Pencampur Nutrisi 10 L-203 Pompa dari tangki air 11 M-110 Tangki Pencampur NaHCO3 12 R-210 Reaktor Fermentasi 13 H-204 Filter Press
14 F-205 Tangki Biogas 15 L-301 Pompa air pendingin 16 L-302 Pompa propana 17 E-301 Cooler I
18 F-302 Tangki Air 19 F-303 Tangki Air+CO2 20 D-310 Membran kontaktor 21 F-304 Tangki Gas Metana
22 G-401 Kompresor
23 E-402 Cooler II 24 E-403 Heat Exchanger I 25 E-404 Heat Exchanger II
26 F-405 Flash Drum
27 F-406 Tangki Metana Cair
28 G-410 Ekspander
29 F-407 Tangki Metana Gas LC
NaHCO3
FeCl2
CO(NH3)2
POME 1 LC LC FC FC ZnCl2 FC 3 2 13 11 4 FC FC 15 L-201 F-106 5 7 14 H-102 A/B 17 9 FC PR LC FC pHC PUPUK PADAT PC PC LI 30 20 29 12 6 8 27 Propana 18 19 21 35 TR
Air pendingin masuk
Air pendingin keluar
FC 24 23 22 34 LI LI L-104 F-101 10 R-210 M-110 M-202 H-204 D-310 E-301 F-205 F-302 F-303 G-401 E-403 F-405
PC F-304 25
PC TC E-404 26 Propana bekas G-410 28 31 32 33 PC LI LC F-103 L-105 LC FC L-305 F-106 FC PC G-305 E-402 FC TC FC TC FC F-230 LC PC F-201 LC FC L-202 16 36 40 41 39 37 38 F-406 F-407 pHC L-301 L-302
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN METANA CAIR DARI -LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 15.000 KG/HARI
.
Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan Digambar Nama : Alviah Nadya Sari S.
NIM : 0 50405010
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN FLOWSHEET PABRIK PEMBUATAN METANA CAIR
(35)
Komponen Alur 1 Alur 3 Alur 4 Alur
5 Alur 6 Alur 7 Alur 8 Alur 9 Alur 10
Alur 11 Alur 12 Alur 13 Alur 14 Alur
15 Alur 16 Alur 17 Alur 18 Alur 19
Alur
20 Alur 21
T (0C) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 39 39 30 30 39.21
P (atm) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
POME 484632 484632 464232 22400 - 22400 22400 484632 484568 64 - - - 64 485843.58 - 461443.59 - - -
CH4 - - - 16000 - - - 16000
CO2 - - - 7188.41 - - - 7188.41
NaHCO3 - - - - 1211.58 1211.58 1211.58 121158 1211.58 - - - 1211.58 - - -
UREA - - - - -- - - 24.23 - - 24.23 - - 24.23 - - -
FeCl2 - - - 0.5 0.5 - - 0.5 - - -
Ampas
padat - - - 27760 -
Ampas cair - - - 434919.11 - -
ZnCl2 - - - 0.05 - 0.05 - - 0.05 - - -
Air - - - -
propana - - - -
Total 484632 484632 464232 22400 1211.58 23611.58 23611.58 605790 485779.58 64 24.23 0.050 0.5 88.78 485843.58 23188.41 462679.9 434919.11 27760 23188.41
Alur 22 Alur 23 Alur 24 Alur 25 Alur 26 Alur 27 Alur 28 Alur 29 Alur 30
Alur 31
Alur 32
Alur
33 Alur 34 Alur 35 Alur 36 Alur 37 Alur 38 Alur 39 Alur 40 Alur 41
30 30 30 112 30 -60 -125 -166 -166 -166 -166 -166 28 30 28 -103 -53 28 35 60
1 1 1 1 3 3 3 1 1.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
- - - -
16000 16000 20000 20000 20000 20000 20000 16000 16000 1000 4000 4000 - - - -
7188.41 71.587 71.587 71.587 71.587 71.587 71.587 71.587 71.587 - - - - 7116.76 - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - 11192.37 11192.37 13341.03 - - 29042.03 13341.03 29042.03
- - - 7155.16 7155.16 - - -
(36)
BAB III
NERACA MASSA
3.1 Tangki Pencampur NaHCO3(M-110)
Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pencampur NaHCO3
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
8 9 10
POME 22.400 - 22.400
NaHCO3 - 1.211,58 1.211,58
Total 23.611,58 23.611,58
3.2 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202)
Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Nutrisi
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
14 15 16 17 18
POME 64 - - - 64
CO(NH2)2 - 24,23 - - 24,23
ZnCl2 - - 0,05 - 0,05
FeCl2 - - - 0,5 0,5
Total 88,78 88,78
3.3 Bak Netralisasi (F-107)
Tabel 3.3 Neraca Massa pada Bak Netralisasi
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
7 11 12
POME 462.232 22.400 484.632
NaHCO3 - 1.211,58 1.211,58
462.232 23.611,58 485.632,58
Total 485.632,58 485.632,58
3.4 Reaktor Fermentasi (R-210)
Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Fermentasi
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
13 19 20 21
POME 484.592 64 - 461.443,59
(37)
CH4 - - 16.000 -
CO2 - - 7.188,41 -
485.789,58 64 23.188,41 462.655,17
Total 485.843,58
3.5 Membran Kontaktor (D-310)
Tabel 3.5 Neraca Massa pada Membran Kontaktor
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
25 37 26 38
CH4 16.000 - 16.000 -
CO2 7.188,41 - 71,857 7.116,53
H2O - 11.192,37 - 11.192,37
Total 23.188,41 11.192,37 23.188,41 18.309,129
3.6 Tangki Penampung Gas Metana (F-304)
Tabel 3.6 Neraca Massa pada Tangki Penampung Gas Metana
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
26 36 27
CH4 16.000 4.000 24.000
Total 24.000 24.000
3.7 Flash Drum (F-406)
Tabel 3.7 Neraca Massa pada Flash Drum
Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)
32 33 34 35
CH4 24.000 15.000 1.000 4.000
(38)
BAB IV
NERACA ENERGI
Basis perhitungan : 1 hari
Satuan operasi : kJ/hari
Temperatur basis : 25oC (298,15 K)
4.1 Reaktor Fermentasi (R-210)
Tabel 4.1 Neraca Energi pada Reaktor Fermentasi
Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)
Umpan 9.681.321,325 -
Produk - 26.823.518
∆Hr - -17.144.866
Total 9.681.321,325 9.681.321,325
4.2 Cooler I (E-301)
Tabel 4.2 Neraca Energi pada Cooler I
Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)
Umpan 601.453,459 -
Produk - 210.561,3174
dQ/dT -390.892,1415 -
Total 210.561,3174 210.561,3174
4.3 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304)
Tabel 4.3 Neraca Energi pada Tangki Akumulasi Gas Metana
Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)
Umpan -738.361,58 -
Produk - -738.361,58
dQ/dT - -
Total -738.361,58 -738.361,58
4.4 Cooler II (E-402)
Tabel 4.5 Neraca Energi pada Cooler II
Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)
Umpan 4.110.989,113 -
Produk - 225.164,5154
dQ/dT -3.885.824,598 -
(39)
4.5 Heat Exchanger –I (E-403)
Tabel 4.6 Neraca Energi pada Heat Exchanger –I
Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)
Umpan 225.164,5154 -
Produk - -3.169.552,709
dQ/dT -3.889.137,305 -
Total -3.673.972,789 -3.169.552,709
4.6 Heat Exchanger –II (E-404)
Tabel 4.7 Neraca Energi pada Heat Exchanger -II
Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)
Umpan -3.169.552,709 -
Produk - -5.852.438,3
dQ/dT -2.705.244 -
(40)
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 atm (101,325 kPa) Kapasitas : 484,632 m3
Panjang : 8,35 m
Tinggi : 16,7 m
Lebar : 8,35 m
5.2 Pompa Screening (L-121)
Fungsi : Memompa POME dari bak penampung ke tangki penampung
Bentuk : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
• Tekanan (P) : 1 atm
• Temperatur (T) : 300 C
Daya motor : 0,5 hp
5.3 Screening Unit (H-122)
Fungsi : menyaring partikel-partikel kasar yang terdapat dalam limbah cair
Jenis : bar screen
Jumlah : 1 unit
(41)
• 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
Jumlah bar :50 buah
5.4 Tangki Penampung
Fungsi : Menampung POME keluaran dari filter press
Bentuk : silinder vertikal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Beton kedap air
Kondisi Penyimpanan:
• Temperatur, T = 300 C
• Tekanan operasi, P = 1 atm (101,325 kPa)
Kapasitas : 484,632 m3
Diameter tangki = 7,9 m
Tinggi silinder = 11,8568 m
5.5 Pompa tangki penampung
Fungsi : Memompa POME dari tangki penampung ke tangki
pencampur NaHCO3 dan ke bak netralisasi
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 0C
(42)
5.6 Tangki pencampur NaHCO3
Fungsi : Mencampur POME dan NaHCO3
Jenis : Tangki berpengaduk
Jumlah : 1 unit
Waktu tinggal ( τ ) : 1 hari
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 0C
Bahan konstruksi : silinder vertikal
Volume tangki = 26,755 m3
Diameter tangki = 2,83 m
Tinggi silinder = 4,25 m
Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Daya pengaduk = 1,0 hp
5.7 Bak Netralisasi
Fungsi : Menetralkan pH POME
Bentuk : persegi panjang
Bahan : Beton kedap air
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 0C
Kapasitas = 536,87 m3/hari
Lebar bak = 7,1 m
Panjang bak = 10,65 m
Tinggi bak = 7,1 m
5. 8 Tangki pencampur Nutrisi
Fungsi : Mencampur POME dengan FeCl2, ZnCl2, dan CO(NH2)2
Jenis : Tangki berpengaduk
(43)
Waktu tinggal ( τ ) : 1 hari
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 0C
Bahan konstruksi : silinder vertikal
Volume tangki = 0,09828 m3
Diameter tangki = 0,437 m
Tinggi silinder = 0,656 m
Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Daya motor = 0,05 hp
5.9 Pompa Netralisasi
Fungsi : Memompa POME dari bak netralisasi ke tangki pencampur
nutrisi dan ke reaktor
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 0C
Daya motor : 0,5 hp
5.10 Pompa NaHCO3
Fungsi : Memompa POME dari tangki pencampur NaHCO3 ke bak
netralisasi
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
P = 1 atm
(44)
Daya motor : 1/12 hp
5.11 Pompa Nutrisi
Fungsi : Memompa POME dari tangki pencampur nutrisi ke reaktor
fermentasi
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 0C
Daya motor : 0,05 hp
5.12 Reaktor Fermentasi
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi
Jenis : Tangki berpengaduk dengan flat 6 blade turbin impeller
Bentuk : Silinder tegak vertikal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Beton kedap air
Jumlah : 3 unit
Waktu tinggal ( τ ) : 7 hari
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 39 0C
Bahan konstruksi : silinder vertikal
Volume tangki = 3874,8869 m3
Tinggi tangki = 16,6 m
Diameter tangki = 9,96 m
Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
(45)
5.13 Precooler – 1 (E-301)
Fungsi : Menurunkan temperatur produk CH4 dan CO2 sebelum
dimasukkan ke membran
Jenis : 3-6 shell and tube exchanger
Dipakai : 1 1/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 15 ft, 6 pass
Jumlah : 1 unit
Baffle space (B) = 5 in
5.14 Tangki Penampung gas metana dan CO2 (F-304)
Fungsi : Tempat menampung gas hasil fermentasi
Bentuk : Silinder tegak vertikal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Low alloy steels, SA-353
Jumlah : 1 unit
Waktu tinggal ( τ ) : 1 jam Kondisi operasi :
P = 1 atm, T = 39 0C
Bahan konstruksi : silinder vertikal
Volume tangki = 994,404 m3
Diameter tangki = 9,13 m
Tinggi silinder = 13,67 m
Tinggi tutup ellipsoidal = 1,52 m
Tinggi tangki = 15,2 m
Tebal silinder standar = 1 in
Tebal head standar = 1 in
5.15 Blower (G-311)
Fungsi: Mengalirkan biogas dari fermentor (R-210) menuju absorber(D-310)
Jenis : Blower sentifugal
Bahan konstruksi : Carbon steel
Kondisi operasi :
• Temperatur (T) = 30 0 C
(46)
Daya blower : 2,5 hp
5.16 Membran Kontaktor (R-210)
Fungsi : Memisahkan produk hasil fermentasi berupa CO2 dari produk utama
CH4
Bentuk : hollow fiber (shell and tube membran)
Jumlah : 1 unit
Jumlah tube = 8.576,78 buah
Diameter shell = 2,48 m
5.17 Filter Press ( H-201)
Fungsi : Memisahkan air dengan ampas untuk digunakan sebagai
pupuk
Jenis : Plate and frame filter press
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan : 1 atm = 101,325 kPa
Temperatur : 39 ºC
Jumlah plate : 8 buah
5.18 Tangki Penampung Air dan CO2
Fungsi : Tempat menampung air dan CO2 keluaran dari
membran kontaktor
Bentuk : Silinder tegak vertikal
Bahan konstruksi : Beton kedap air
Jumlah : 1 unit
Waktu tinggal ( τ ) : 1 hari Kondisi operasi :
P = 1 atm ; T = 30 0
Volume tangki = 26,056 m3
Diameter tangki = 2,81 m
(47)
5.19 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
Kondisi operasi:
Tekanan : 1,2 atm = 121,59 kPa
Temperatur : 15,40 C
Volume tangki : 11,52 m3
Diameter : 2,18 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
5.20 Kompressor (G-401)
Fungsi : menaikkan tekanan metana sebelum masuk ke pendingin ke-dua
Jenis : single stage compressor
Jumlah : 1 unit dengan 1 stages
Kondisi operasi:
• P1 = 1 atm
• P2 = 3 1tm
• T1 = 30 0C
• T2 = 112 0C
Daya : 0,5 hp
5.21 Pre Cooler II(E-422)
Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 sebelum diumpankan ke
dalam cooler (E-423) sampai 30 0 C.
Tipe : Shell and tube heat exchanger
(48)
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
5.22 HE-I (E-423)
Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 sebelum diumpankan ke
dalam cooler (E-423) sampai -48 0 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
5.23 Cooler (E-424)
Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 sebelum diumpankan ke
dalam expander (G-424) sampai -115,5 0C.
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
(49)
Pass shell = 2
5.24 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 = 1,2 atm
• P1 = 2 1tm
• T2 = -1600 C
• T1 = -115,5 0 C
Daya : -0,00979 hp
5.25 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
Kondisi operasi:
Tekanan : 1,2 atm = 121,59 kPa
Temperatur : -1600 C
Volume tangki : 11,52 m3
Diameter : 2,18 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
5.26 Tangki Metana Cair (F-430)
(50)
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Tekanan : 1,2 atm = 121,59 kPa
Temperatur : -1650 C
Volume tangki : 259,2 m3
Diameter : 6,155 m
Tinggi shell : 7,693 m
Tinggi tutup : 3,08 m
Tinggi tangki : 13,86 m
Tebal shell : 2 in
Tebal tutup : 2 in
5.27 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
Kondisi operasi:
Tekanan : 1,2 atm = 121,59 kPa
Temperatur : -1600 C
Volume tangki : 28,8 m3
Diameter : 2,96 m
Tinggi shell : 3,70 m
Tinggi tutup : 1,48 m
Tinggi tangki : 6,66 m
Tebal shell : 2 in
(51)
BAB VI
INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
6.1 Instrumentasi
Instrumentasi adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses kontrol
untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang
diharapkan. Alat-alat pengendali tersebut dipasang pada setiap peralatan penting agar
dengan mudah dapat diketahui kejanggalan-kejanggalan yang terjadi pada setiap
bagian. Pada dasarnya tujuan pengendalian adalah untuk mencapai harga error yang
paling minimum (Considine, 1985).
Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol ( controler ), penunjuk (
indicator ), 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 :
1. Elemen Perasa / sensing (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
(52)
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
(recorder).
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 :
(53)
- Temperature Controller (TC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk
mengamati temperatur suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat melakukan
pengendalian.
- 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 dan bila terjadi perubahan
dapat dilakukan pengendalian
• 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 Kelapa Sawit (POME)
No Nama alat Jenis instrumen Kegunaan
1 Tangki penampungan gas
Pressure Controller
(54)
Flow Controller
(FC) Mengontrol laju alir gas dalam pipa
Level Controller
(LC) Mengontrol ketinggian gas dalam tangki
2 Blower
Flow controller
(FC) Mengontrol laju alir gas dalam pipa
Pressure controller
(PC) Mengontrol tekanan dalam blower
3 Kompresor
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
(PC) Mengontrol laju alir dalam pipa
5 Ekspander
Pressure controller
(PC) Mengontrol tekanan gas dalam ekspander
Flow Controller
(FC) Mengontrol laju alir gas dalam pipa
6 Fermentor
Level Controller
(LC) Mengontrol tinggi cairan dalam fermentor
Flow controller
(FC) Mengontrol laju alir dalam reaktor
7 Tangki Cairan
Flow Controller
(FC) Mengontrol laju alir cairan dalam pipa
Level Controller
(LC) Mengontrol tinngi cairan dalam tangki
(55)
Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra – Rancangan Pabrik
Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Kelapa Sawit (POME)
(lanjutan)
No Nama alat Jenis instrumen Kegunaan
8 Mixer Flow Control (FC) Mengontrol laju aliran dalam tangki Level Control (LC) Mengontrol ketinggian bahan dalam tangki
9 Membran Kontaktor
Flow Controller
(FC) Mengontrol laju alir zat dalam pipa
Temperature
Indicator (TI) Menunjukkan suhu dalam alat
10 Flash Drum Temperature
Indicator (TI) Menunjukkan suhu dalam alat
11 Pompa Flow Control (FC) Mengontrol laju alir cairan dalam pipa
LC PC
FC FC
PC
FC
PC
TC FC
FC
PC
Tangki Penampungan Gas Blower
Compressor Heat Excanger
Expander
FC
LC
Fermentor
FC
LC
Tangki Cairan
FC
LC
Mixer
FC PC TI
FC
TI PC
FC
Flash Drum
FC
Pompa
Gambar 6.1 Penggunaan Instrumentasi Berbagai Alat pada Pra-Rancangan Pabrik
(56)
6.2 Keselamatan Kerja
Keselamatan kerja merupakan bagian dari kelangsungan produksi pabrik,
oleh karena itu aspek ini harus diperhatikan secara serius dan terpadu. Untuk maksud
tersebut perlu diperhatikan cara pengendalian keselamatan kerja dan keamanan
pabrik pada saat perancangan dan saat pabrik beroperasi.
Salah satu faktor yang penting sebagai usaha menjamin keselamatan kerja
adalah dengan menumbuhkan dan meningkatkan kesadaran karyawan akan
pentingnya usaha untuk menjamin keselamatan kerja. Usaha-usaha yang dapat
dilakukan antara lain :
1. Meningkatkan spesialisasi ketrampilan karyawan dalam menggunakan peralatan
secara benar sesuai tugas dan wewenangnya serta mengetahui cara-cara
mengatasi kecelakaan kerja.
2. Melakukan pelatihan secara berkala bagi karyawan. Pelatihan yang dimaksud
dapat meliputi :
Pelatihan untuk menciptakan kualitas Sumber Daya Manusia (SDM) yang
tinggi dan bertanggung-jawab, misalnya melalui pelatihan kepemimpinan dan
pelatihan pembinaan kepribadian.
Studi banding (workshop) antar bidang kerja, sehingga karyawan diharapkan
memiliki rasa kepedulian terhadap sesama karyawan.
3. Membuat peraturan tata cara dengan pengawasan yang baik dan memberi sanksi
bagi karyawan yang tidak disiplin (Timmerhaus, 2004).
Sebagai pedoman pokok dalam usaha penanggulangan masalah kerja,
Pemerintah Republik Indonesia telah mengeluarkan Undang-Undang Keselamatan
Kerja pada tanggal No 1 tanggal 12 Januari 1970. Semakin tinggi tingkat
keselamatan kerja dari suatu pabrik maka makin meningkat pula aktivitas kerja para
karyawan. Hal ini disebabkan oleh keselamatan kerja yang sudah terjamin dan
suasana kerja yang menyenangkan.
Hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam perancangan pabrik untuk
menjamin adanya keselamatan kerja adalah sebagai berikut (Timmerhaus, 2004):
(57)
mungkin.
2. Adanya penerangan yang cukup dan sistem pertukaran udara yang baik.
3. Jarak antar mesin-mesin dan peralatan lain cukup luas.
4. Setiap ruang gerak harus aman, bersih dan tidak licin .
5. Setiap mesin dan peralatan lainnya harus dilengkapi alat pencegah kebakaran.
6. Tanda-tanda pengaman harus dipasang pada setiap tempat yang berbahaya.
7. Penyediaan fasilitas pengungsian bila terjadi kebakaran.
6.3 Keselamatan Kerja Pada Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit (POME)
Dalam rancangan pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair
Kelapa Sawit (POME), usaha-usaha pencegahan terhadap bahaya-bahaya yang
mungkin terjadi dilakukan sebagai berikut :
6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan
Proses produksi Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa
Sawit (POME) menggunakan tangki dengan tekanan tinggi sehingga bahaya yang
kemungkinan timbul peledakan yang berasal dari tangki. Dari uraian di atas maka
perlu dilakukan upaya pencegahan dan penanganan terhadap kebakaran dan ledakan
sebagai berikut :
1. Untuk mengetahui adanya bahaya kebakaran maka sistem alarm dipasang pada
tempat yang strategis dan penting seperti laboratorium dan ruang proses.
2. Pada peralatan pabrik yang berupa tangki dibuat main hole dan hand hole yang
cukup untuk pemeriksaan.
3. Sistem perlengkapan energi seperti pipa bahan bakar, saluran udara, dan air
dibedakan warnanya dan letaknya tidak menggangu gerakan karyawan.
4. Mobil pemadam kebakaran yang ditempatkan di fire station setiap saat dalam
keadaan siaga.
5. Penyediaan racun api yang selalu siap dengan pompa hydran untuk jarak
(58)
Sesuai dengan peraturan yang tertulis dalam Peraturan Tenaga Kerja
No. Per/02/Men/1983 tentang instalasi alarm kebakaran otomatis, yaitu :
1. Detektor Kebakaran, merupakan alat yang berfungsi untuk mendeteksi secara
dini adanya suatu kebakaran awal. Alat ini terbagi atas:
a. Smoke detector adalah detector yang bekerja berdasarkan terjadinya
akumulasi asap dalam jumlah tertentu.
b. Gas detector adalah detector yang bekerja berdasarkan kenaikan
konsentrasi gas yang timbul akibat kebakaran ataupun gas-gas lain yang
mudah terbakar.
c. Alarm kebakaran, merupakan komponen dari sistem deteksi dan alarm
kebakaran yang memberikan isyarat adanya suatu kebakaran. Alarm ini
berupa:
Alarm kebakaran yang memberi tanda atau isyarat berupa bunyi khusus
(audible alarm).
Alarm kebakaran yang memberi tanda atau isyarat yang tertangkap oleh
pandangan mata secara jelas (visible alarm).
2. Panel Indikator Kebakaran
Panel indikator kebakaran adalah suatu komponen dari sistem deteksi dan alarm
kebakaran yang berfungsi mengendalikan kerja sistem dan terletak di ruang
operator.
6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri
Upaya peningkatan keselamatan kerja bagi karyawan pada pabrik ini adalah
dengan menyediakan fasilitas sesuai bidang kerjanya. Fasilitas yang diberikan adalah
melengkapi karyawan dengan peralatan perlindungan diri sebagai berikut :
1. Helm
2. Pakaian dan perlengkapan pelindung.
3. Sepatu pengaman.
4. Pelindung mata.
5. Masker udara.
(1)
• Bangunan Rp 2.638.750.000,-
Total NJOP Rp 3.408.100.000,-
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak (Rp. 30.000.000,- ) Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak Rp 3.438.100.000,- Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) Rp 171.915.000,-
Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp 193.212.500,-
Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z
= Rp 33.713.021.283,-
3.2 Biaya Variabel
3.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun
Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 30 hari adalah Rp 986.489.027 ,-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun
= Rp 986.489.027,- x 30 330
= Rp 10.851.379.292,-
Biaya Variabel Tambahan
1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan
Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku
Biaya variabel pemasaran = 0,01 × Rp 10.851.379.292,- = Rp 108.513.793,-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi
Diperkirakan 10 % dari biaya variabel bahan baku
Biaya perawatan lingkungan = 0,1 × Rp 10.851.379.292,- = Rp 1.085.137.929.- Total biaya variabel tambahan = Rp 1.193.651.722,-
3.2.2 Biaya Variabel Lainnya
Diperkirakan 5 % dari biaya variabel tambahan = 0,05 × Rp 1.193.651.722,-
(2)
= Rp 59.682.586,-
Total biaya variabel = Rp 12.104.713.600,-
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel
= Rp 33.713.021.283,- + Rp 12.104.713.600,- = Rp 45.817.734.884,-
4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto)
Laba atas penjualan = total penjualan – total biaya produksi = Rp 68.140.044.926,- Rp 45.817.734.884,-
= Rp 22.322.310.043,-
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan = 0,005 x Rp 22.322.310.043,-
= Rp 111.611.550,-
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga :
Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 22.322.310.043,- − Rp 111.611.550,- = Rp 22.210.698.492,-
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:
(3)
- 15 % × (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000) = Rp 7.500.000,- - 30% ×( Rp 22.210.698.492,- – Rp 100.000.000) = Rp 6.633.209.548,-
Total PPh = Rp 6.645.709.548,-
Laba setelah pajak
Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh
= Rp 22.210.698.492,- – Rp 6.645.709.548,- = Rp 15.564.988.945,-
5 Analisa Aspek Ekonomi
5.1 Profit Margin (PM)
PM =
penjualan total
pajak sebelum Laba
× 100 %
PM = x 100 %
PM = 32,60 %
5.2 Break Even Point (BEP)
BEP =
Variabel Biaya
Penjualan Total
Tetap Biaya
− × 100 %
BEP =
600 . 713 . 104 . 12 926 . 044 . 140 . 68
.283 33.713.021
− BEP = 60,16 %
Kapasitas produksi pada titik BEP = 60,16 % × 4.950 ton/tahun = 2.978,1113 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP = 60,16 % x Rp 68.140.044.926,- = Rp 40.995.684.874,-
5.3 Return on Investment (ROI)
ROI =
investasi modal
Total
pajak setelah Laba
× 100 %
ROI =
.217 70.641.278
.945 15.564.988
x 100 %
ROI = 22,03 % 926 . 044 . 140 . 68
.492 22.210.698
(4)
5.4 Pay Out Time (POT)
POT = x 1 tahun 0,2203
1
POT = 4,54 tahun
5.5 Return on Network (RON)
RON =
sendiri Modal
pajak setelah
Laba × 100 %
RON =
930 . 766 . 384 . 42
.945 15.567.988
x 100 %
RON = 36,72 %
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.
(5)
-10.000.000.000 20.000.000.000 30.000.000.000 40.000.000.000 50.000.000.000 60.000.000.000 70.000.000.000 80.000.000.000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Kapasitas Produksi (%)
Ha
rg
a
(
Rp
)
biaya tetap biaya variabel
biaya produksi
Total penjualan
(6)
Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)
0,35 0,36
Th n
Laba sebelum
pajak Pajak
Laba Sesudah
pajak Depresiasi Net Cash Flow
P/F pada i = 35%
PV pada i = 35%
P/F pada i = 36%
PV pada i =36%
0 - - - - -70.641.278.217 1 -70.641.278.217 1 -70.641.278.217
1 22.210.698.492 6.645.709.548
15.564.988.945 6.266.174.109
21.831.163.054 0,7407 16.171.231.892 0,7380 16.111.559.449
2 24.431.768.342 7.312.030.503
17.119.737.839 6.266.174.109
23.385.911.949 0,5487 12.831.776.103 0,5447 12.737.251.371
3 26.874.945.176 8.044.983.553
18.829.961.623 6.266.174.109
25.096.135.732 0,4064 10.200.126.295 0,4020 10.087.625.921
4 29.562.439.693 8.851.231.908
20.711.207.785 6.266.174.109
26.977.381.895 0,3011 8.122.032.555 0,2966 8.002.812.081
5 32.518.683.663 9.738.105.099
22.780.578.564 6.266.174.109
29.046.752.673 0,2230 6.477.818.036 0,2189 6.359.179.893
6 35.770.552.029 10.713.665.609
25.056.886.420 6.266.174.109
31.323.060.530 0,1652 5.174.418.831 0,1616 5.060.907.720
7 39.347.607.232 11.786.782.170
27.560.825.062 6.266.174.109
33.826.999.172 0,1224 4.139.301.809 0,1192 4.033.558.930
8 43.282.367.955 12.967.210.387
30.315.157.569 6.266.174.109
36.581.331.678 0,0906 3.315.807.910 0,0880 3.219.179.174
9 47.610.604.751 14.265.681.425
33.344.923.325 6.266.174.109
39.611.097.435 0,0671 2.659.579.387 0,0649 2.572.546.407
10 52.371.665.226 15.693.999.568
36.677.665.658 6.266.174.109
42.943.839.767 0,0497 2.135.812.819 0,0479 2.058.296.434 586.627.420 -398.360.837
IRR =
(
)
(
398.360.837)
(
0,36 100) (
0,35 100)
420 . 627 . 586 450 . 627 . 586 100 35 ,0 × × − ×
− − +