Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Dengan Kapasitas 8.228 Ton/Tahun
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN GAS METANA DARI KOTORAN AYAM DENGAN KAPASITAS 8.228 TON/TAHUN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sidang Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH JOJOR ROHANA OPPUSUNGGU
120425017
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
IX-1
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN GAS METANA
DARI KOTORAN AYAM DENGAN KAPASITAS 8.228 TON/TAHUN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Oleh:
JOJOR ROHANA OPPUSUNGGU NIM : 120425017
Telah Diperiksa / Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP : 19680820 199501 1 001
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Dosen Penguji III
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP : 19680820 199501 1 001
Ir. Bambang Trisakti, MT Farida Hanum, ST, MT NIP : 19660925 199103 1 003 NIP : 19780610 200212 2 003
Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir
Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT NIP : 19700919 199903 1 001
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan karuniaNya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Dengan Kapasitas 8.228 Ton/Tahun.”
Pra rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, Penulis banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr.Eng Ir. Irvan, M.Si, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing Penulis dengan penuh kesabaran serta memberi masukan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
2. Bapak Mhd. Hendra S. Ginting, ST, MT, selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah banyak memberikan pengarahan dan masukan.
3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku dosen penguji yang banyak memberi arahan dan masukan.
4. Ibu Farida Hanum, ST, MT selaku dosen penguji yang telah banyak memberi arahan dan masukan.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan ilmu dan pengalaman yang sangat berharga kepada Penulis.
6. Ayahanda Bryan Oppusunggu dan Ibunda Tercinta Marince Sihombing yang telah banyak berkorban dan memberikan didikan serta doa.
7. Kakak/Adik Penulis Marianti Fransiska, Marsinta Andriani, Indah Juliana, Ester Limaria, Michael Hardin, Mia Octavia, dan Marcos Ivan yang memberikan dukungan dan semangat.
8. Rekan Tugas akhir sekaligus penelitian penulis Vinta Rutliana Siregar dan teman-teman ekstensi Teknik Kimia yang memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan.
Oleh karena itu, penulis sangat berharap saran dan kritik dari pembaca demi kesempurnaan penulis ini. Akhir kata, Semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Maret 2015
Penulis
INTISARI
Biogas merupakan sebuah gas yang dibuat melalui proses biologis dari material organik dengan bantuan suatu bakteri. Proses degradasi material organik ini dilakukan tanpa melibatkan oksigen atau yang disebut dengan anaerobic digestion dengan gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana (CH4) sedangkan sisanya berupa gas CO2, H2S dan beberapa trace element (Maynell, 1981)
Pra rancangan pabrik Pembuatan Gas Metana ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas 8.228 ton/tahun dengan masa kerja 330 hari dalam satu tahun.
Lokasi pabrik direncanakan di daerah Kecamatan Payakumbuh, Kabupaten Limapuluh Kota, Sumatera Barat dengan luas areal 11.720 m2.
Tenaga kerja yang dibutuhkan 135 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang Dewan Komisaris dengan struktur organisasi sistem garis.
Hasil analisa ekonomi pabrik pembuatan gas metana ini adalah sebagai berikut:
Total Modal Investasi : Rp 146.021.897.358,-
Biaya Produksi
: Rp 88.933.356.128,-
Hasil Penjualan
: Rp. 258.408.067.067,-
Laba Bersih
: Rp 118.039.136.169,-
Profit Margin
: 65,26 %
Break Even Point
: 27,77 %
Return on Investment : 40,09 %
Pay Out Time
: 2,01 tahun
Return on Network : 82,78 %
Internal Rate of Return : 42,77
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam ini layak untuk didirikan.
DAFTAR ISI Halaman
KATA PENGANTAR …………………………………………………………… i INTISARI ……………………………………………………………………....... ii DAFTAR ISI …………………………………………………………………….. iii DAFTAR TABEL ……………………………………………………………….. viii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………….. x DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………….. xi BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………… I-1
1.1 Latar Belakang ………………………………………………… I-1 1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………. I-2 1.3 Tujuan Perancangan ……………………………………………. I-3 1. 4 Manfaat Perancangan ........................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……………………………………………… II-1 2.1 Biogas ……………………………………………………………II-1 2.2 Reaktor Biogas …………………………………………………. II-2 2.3 Proses Produksi Biogas …………………………………………. II-4
2.3.1 Bahan Baku ……………………………………………... II-4 2.3.2 Proses Anaerob …………………………………………. II-5 2.4 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Proses Anaerobik ………… II-6 2.5 Deskripsi Proses ………………………………………………... II-10 2.5.1 Proses Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam …… II-10
2.5.2 Sifat-sifat Bahan.......................................................
II-11
2.5.2.1 NaHCO3 ……………………………………..…. II-11 2.5.2.1 Gas Metana ……………………………...…..…. II-11 2.5.2.1 CO2 …………………………………………..….II-12 2.5.2.1 H2O……………...……………………………….II-13
BAB III NERACA MASSA …………………………………………………….III-1 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01) ....................... III-2 3.2 Neraca Massa Pada Fermentor (R-01)....................................... III-2 3.3 Neraca Massa Pada Kolom Absorbsi CO2 (AB-01)... ………. III-2 3.4 Neraca Massa Pada Kolom Absorpsi H2O (AB-02).……….... III-3
BAB IV NERACA PANAS ………………………………………………… IV-1 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R-01) …….………... IV-1 4.2 Neraca Panas pada Kolom Absorbsi CO2 (AB-01)…………… IV-1
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ………………………………………. V-1 5.1 Gudang Penyimpanan Bahan Baku (G-01) …………………… V-1 5.2 Conveyor (C-01) ………………………………………………. V-1 5.3 Bulk Elevator (BE-01) …………………………………………. V-1 5.4 Tangki Penyimpan Bakteri (TK-01) ………………………….. V-2 5.5 Screw Conveyor I (SC-01) ……………………………………. V-2 5.6 Tangki Penyimpanan NaHCO3 (TK-02)………....……………. V-2
5.7 Screw Conveyor II (SC-02) …………………………………… V-3 5.8 Tangki Netralisasi (TK-03) …………………………………… V-3 5.9 Pompa Fermentor (P-01) ……………………………………… V-4 5.10 Fermentor (R-01) ……………………………………………… V-4 5.11 Blower I (B-01) ……………………………………………….. V-4 5.12 Kolom Absorbsi CO2 (AB-01)………………………………... V-5 5.13 Blower II (B-02) ……………………………………………… V-5 5.14 Kolom Absorbsi H2S (AB-02)………………………………... V-5 5.15 Bak Penampung Air Proses (BP-01).…………………………. V-5 5.16 Blower III (B-03) ……………………………………………… V-5 5.17 Tangki Gas Metana (TK-04)…….…………………….………. V-5 5.18 Bak Penampung Limbah Cair (BP-02)...………………………. V-6
BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ……………. VI-1 6.1 Instrumentasi …………………………………………………… VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ....................................................................... VI-4 6.3 Keselamatan Kerja Pada Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam …………………………………………… VI-4 6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan .......... VI-4 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ....................................... VI-5 6.3.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik ............................ VI-5 . 6.3.4 Pencegahan Terhadap Gangguan Kesehatan .................. VI-6
6.3.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis ......................... VI-6
BAB VII UTILITAS ........................................................................................... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam) ............................................................. VII-1 7.2 Kebutuhan Air ............................................................................ VII-2 7.2.1 Screening ........................................................................ VII-4 7.2.2 Sedimentasi .................................................................... VII-4 7.2.3 Klarifikasi ....................................................................... VII-5 7.2.4 Filtrasi ............................................................................. VII-5 7.2.5 Demineralisasi ................................................................. VII-7 7.2.5 Deaerator ........................................................................ VII-10 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia .............................................................. VII-10 7.4 Kebutuhan Listrik ........................................................................ VII-10 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar .............................................................. VII-12 7.6 Unit Pengolahan Limbah ............................................................. VII-13 7.6.1 Bak Penampungan ........................................................... VII-14 7.6.2 Bak Pengendap Awal ....................................................... VII-15 7.6.3 Bak Netralisasi ................................................................. VII-16 7.7 Spesifikasi Peralatan Pengolahan Air .......................................... VII-16 7.7.1 Screening (SC) ................................................................. VII-16 7.7.2 Pompa Screening (PU-01) .............................................. VII-17 7.7.3 Bak Sedimentasi (BS) ..................................................... VII-18
7.7.4 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) .................. VII-18 7.7.5 Clarifier (CL) .................................................................. VII-19 7.7.6 Sand Filter (SF) .............................................................. VII-19 7.7.7 Tangki Utilitas 1 (TU-01) ............................................... VII-20 7.7.8 Cation Exchanger (CE) .................................................. VII-20 7.7.9 Anion Exchanger (AE) .................................................. VII-21 7.7.10 Deaerator (DE) .............................................................. VII-21 7.7.11 Ketel Uap (KU) .............................................................. VII-22
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-4
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1 9.1 Bentuk Hukum Badan Usaha ...................................................... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan ............................................................... IX-1 9.3 Organisasi Perusahaan ................................................................. IX-2 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ......................... IX-3 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ......................... IX-3 9.4.2 Dewan Komisaris ............................................................. IX-3 9.4.3 General Managerr ............................................................ IX-4
9.4.4 Sekretaris .......................................................................... IX-4 9.4.5 Manajer Teknik dan Produksi .......................................... IX-4 9.4.6 Manajer Umum dan Keuangan ........................................ IX-4 9.4.7 Manajer Pembelian dan Pemasaran .................................. IX-4 9.5 Sistem Kerja ................................................................................. IX-6 9.5.1 Karyawan non-shift ........................................................... IX-6 9.5.2 Karyawan Shift ................................................................. IX-6 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan …………………….. IX-7 9.7 Sistem Pengajian ………………………………………………...IX-7 9.8 Fasilitas Tenaga Kerja ………………………………………….. IX-11
BAB X ANALISA EKONOMI …………………………………………….... X-1 10.1 Modal Investasi ………………………………………………… X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap/Fixed Capital Investment ……… X-1 10.1.2 Modal Kerja/Working Capital ……………………………. 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 Coat (VC) ………………….. X-4 10.3 Total Penjualan (Total Sales) ………………………………….. X-5 10.4 Bonus Perusahaan ……………………………………………… X-5 10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ……………………………………. X-5 10.6 Analisa Aspek Ekonomi ……………………………………….. X-5
10.6.1 Profit Margin (PM) …………………………………… X-5 10.6.2 Break Event Point ………………………………………… 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 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1.1 Jumlah Peternak Ayam di Kabupaten limapuluh ............................ I-2
Tabel 2.1 Kandungan Gas Metana .............................................................. II-1
Tabel 2.2 Komposisi Biogas.......................................................................
II-2
Tabel 2.3 Nilai Kandungan Kering Bahan Baku Biogas ................................ II-7
Tabel 2.4 Potensi Produksi Biogas .............................................................. II-8
Tabel 2.5 Kesetaraan Biogas ...................................................................... II-9
Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01) …….…………..... III-1 Tabel 3.2 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R-01) ............................ III-2
Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Kolom Absorbsi CO2 (AB-01) ….................. III-2
Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Kolom Absorpsi H2S (AB-02)…...………......... III-3 Tabel 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R –01) ………………….. IV-1
Tabel 4.2 Neraca Panas pada Kolom Absorbsi (AB – 01)………………………. IV-1
Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra – rancangan Pabrik
pembuatan gas metana dari kotoran ayam ………………………….. VI-4
Tabel 7.1 Kebutuhan Steam Pabrik Gas Metana ………………………………..VII-1
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Proses pada Alat ……………………………………..VII-2
Tabel 7.3 Pemakaian Air Unttuk Kebutuhan …………………………………... VII-2
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai …………………………………………………. VII-3
Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik untuk Utilitas …………………………. VII-10
Tabel 7.6 Perhitungan Pompa Utilitas……………………………………..…… VII-17
Tabel 7.7 Perhitungan Tangki Pelarutan ………………...…………................ VII-19
Tabel 7.8 Perhitungan tangki Utilitas ………………………………………….. VII-20
Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ……………………………………………….. VIII-4
Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift…………………………………………IX-6
Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ………………………………. IX-7
Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ……………………………………………. IX-8
Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Kotoran Ayam ………………….……….. L A - 1
Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen ............................. L A - 2
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Netralisasi (kg/jam) ………...………...……….. LA-4
Tabel LA.4 Neraca Massa pada Fermentor (kg/jam)………………………………L A - 5
Tabel LA.5 Neraca Massa pada Kolom Absorbsi CO2 (kg/jam) …………........ LA-9
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Kolom Absorpsi H2S (AB-02)..............…...…. LA-10 Tabel LB.1 Data Karakteristik Zat ……............................................................... LB-1
Tabel LB.2 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Fermentor dengan menggunakan
persamaan (1)…..........................................................
LB-3
Tabel LB.3 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Fermentor………….. LB-3
Tabel LB.4 Neraca Energi Fermentor.................................................................... LB-4
Tabel LB.5 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Absorbsi …………………...... LB-5
Tabel LB.6 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Absorbsi …………............... LB-5
Tabel LB.7 Neraca Energi Absorbsi …………………………...………………...... LB-6
Tabel LD.1 Spesifikasi Pompa Utilitas ........................................................... LD-5
Tabel LD.2 Perhitungan Pelarutan ....................................................................... LD-10
Tabel LD.3 Perhitungan Tangki Utilitas …………………………………………. L D - 1 6
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 dan Pengolahan Limbah ………… LE-6 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi …………………………………………... LE-10 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ……………………………………………… LE-13 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas selama 3 bulan …………………………………LE-16 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ………………………………………………. LE-17 Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi ……………………………………….. LE-18 Tabel LE.10 Data Perhitungan BEP ………………………………………………. LE-25 Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) ……………………. LE-26
DAFTAR GAMBAR Hal
Gambar 2.1 Fixed dome ...................................................................................... I-3 Gambar 2.2 Floating Drum ……………………………………………………………. I-4 Gambar 2.3 Instalasi sistem produksi dan pemanfaatan biogas ………………... I-5 Gambar 7.1 Peta Lokasi Pabrik …………………………………...……….…… VII-3 Gambar 8.1 Tata Letak Pabrik Selusa dari Kulit Buah Kakao …………………. VIII-5 Gambar 9.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Selulosa dari Kulit
Buah Kakao ………………………………………........................... IX-12 Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen ……………………………………………..LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki
Pelarutan …………………………………………………………... LE-5 Gambar LE.2 Grafik BEP......................................................................................... LE-25
DAFTAR LAMPIRAN Hal
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ………………………….. LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS…………………………… LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ……………… LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS …………... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI …………………………. LE-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kelangkaan bahan bakar minyak, yang disebabkan oleh kenaikan harga minyak dunia yang
signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi bersama-sama. Limbah ternak adalah sisa buangan dari suatu kegiatan usaha peternakan seperti usaha pemeliharaan ternak, rumah potong hewan, pengolahan produk ternak, dll. Limbah tersebut meliputi limbah padat dan limbah cair seperti feses, urine, sisa makanan, embrio, kulit telur, lemak, darah, bulu, kuku, tulang, dan sebagainya. Apabila usaha peternakan semakin berkembang maka limbah yang dihasilkan juga akan semakin banyak. Dalam pemeliharaan ayam petelur (unggas) akan menghasilkan limbah yang mempunyai nilai nutrisi yang cukup tinggi. Jumlah kotoran ayam /limbah yang dikeluarkan setiap harinya banyak, rata-rata per ekor ayam 0,063 kg/hari (American Society of Agricultural Engineers, since 1992). Dari penelitian Shanique Grant dkk (2008) meneliti tentang biogas dari kotoran ayam dimana yield biogas yang diperoleh relatif tinggi dengan persentase CH4 mencapai 69 %.
Kabupaten Limapuluh Kota terkenal dengan peternakan ayam, terutama ayam ras atau ayam petelur. Hampir diseluruh kecamatan yang ada dikabupaten Limapuluh Kota menjadi lokasi pengembangan peternakan ayam ras. Dari data dinas peternakan kabupaten Limapuluh Kota, untuk tahun 2014 terdapat sekitar 4,7 juta ayam ras yang dipelihara masyarakat tersebar di 13 kecamatan. “ Untuk tahun 2014 ini, masih melakukan pendataan terhadap jumlah ayam ras dari keseluruhan peternak yang ada di kabupaten Limapuluh Kota dan diperkirakan jumlahnya melebihi 4,7 juta ekor ayam ras. Untuk 4 tahun terakhir , tercatat jumlah peternakan ayam ras di Kabupaten Limapuluh Kota dapat di lihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 1.1 Jumlah Kotoran Ayam No Tahun Jumlah Ayam (ekor)
1. 2012
3.901.895
2. 2013
4.521.997
3. 2014
4.734.589
(Sumber: Kementerian Pertanian Provinsi Sumatera Barat, 2014) Kebutuhan bahan bakar bagi penduduk berpendapatan rendah maupun miskin, terutama di pedesaan, sebagian besar dipenuhi oleh minyak tanah yang memang dirasakan terjangkau karena
disubsidi oleh pemerintah. Namun karena digunakan untuk industri atau usaha lainnya, kadangkadang terjadi kelangkaan persediaan minyak tanah di pasar. Penghematan ini sebetulnya harus telah kita gerakkan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi adalah sumber energi fosil yang tidak dapat diperbarui (unrenewable), sedangkan permintaan naik terus, demikian pula harganya sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan permintaan dan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat bahan bakar minyak (BBM) adalah mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbarui (renewable).
Energi terbarukan lain yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai untuk daerah pedesaan adalah energi biogas dengan memproses limbah bio atau bio massa di dalam alat kedap udara yang disebut digester. Biomassa berupa limbah dapat berupa kotoran ayam bahkan tinja manusia, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daundaunan sortiran sayur dan sebagainya. Namun, sebagian besar terdiri atas kotoran ayam.
1.2 Perumusan Masalah Biogas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah
limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Gas metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena gas metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida, untuk itu pendirian pabrik gas metana ini ditujukan untuk kebutuhan ekspor, sehingga dapat meningkat devisa negara dan mengurangi pengangguran di Indonesia dan juga dapat memenuhi permintaan industri yang menggunakan bahan baku dari kotoran ayam.
1.3 Tujuan Perancangan Tujuan Pra Rancangan Pabrik ini adalah untuk mengaplikasikan ilmu teknologi kimia industri
yang meliputi neraca massa, neraca energi, operasi teknik kimia, utilitas dan bagian ilmu teknologi kimia industri lainnya yang penyajiannya disajikan pada Pra Rancangan Pabrik Proses Pembuatan gas metana dari kotoran ayam.
1.4 Manfaat Perancangan Pendirian pabrik proses pembuatan gas metana dari kotoran ayam ini adalah mengadakan
energi alternatif sebagai pengganti BBM dan mengurangi ketergantungan rakyat terhadap BBM, serta meningkatkan masyarakat miskin perkotaan melalui usaha industri daur ulang (biogas).
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biogas Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik apabila bahan organik
mengalami proses fermentasi dalam reaktor (fermentor) dalam kondisi anaerob (tanpa udara). Proses degradasi material organik ini dilakukan tanpa melibatkan oksigen atau yang disebut dengan anaerobic digestion dengan gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana (CH4) sedangkan sisanya berupa gas CO2, H2S dan beberapa trace element (Maynell, 1981). Kandungan methane berbeda untuk tiap kotoran hewan atau tumbuhan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Kandungan gas metana untuk beberapa jenis sumber biogas
Jenis Sumber Biogas
Cattle Manure Poultry manure
Pig manure Chicken manure Farmyard manure
Straw Grass (Maynell, 1981)
Kandungan Gas Methane (%) 65 60 67 85 55 59 70
Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil (Wahyuningsih, 2009). Tetapi secara umum rentang komposisi biogas adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2. Komposisi Biogas KOMPONEN
%
Metana (CH )
4
Karbon dioksida (CO )
2
Nitrogen (N )
2
Oksigen (O )
2
Hidrogen sulfida (H S) 2
55-75 25-45 0-0.3 0.1-0.5
0.3
Sumber : id.Wikipedia.org, 2014 Biogas dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar konvensional yang sudah umum digunakan seperti minyak tanah (kerosene) atau kayu bakar, serta penggunaan biogas juga meyelamatkan lingkungan dari pencemaran dan mengurangi kerusakan lingkungan hidup. Saat ini pemanfaatan biogas menjadi penting ditengah isu pemanasan global karena gas metan sebagai kandungan utama dalam biogas memberikan efek rumah kaca (green house gases) yang 21 kali lebih bersifat polutan daripada gas CO2 (Budiman, FT UI, 2010).
2.2. Proses Fermentasi Biogas Proses fermentasi atau proses pencernaan mengacu berbagai reaksi dan interaksi yang terjadi
diantara bakteri metanogen dan non-metanogen dan bahan organik yang diumpankan ke dalam pencerna sebagai input. Ini adalah phisio-kimia yang komplek dan proses biologis melibatkan berbagai faktor dan tahapan bentuk. Penghancuran input yang merupakan bahan organik dicapai dalam 3 (tiga) tahapan, yaitu: (a) tahap hidrolisis, (b) tahap pengasaman (acidification), dan (c) tahap pembentukan gas CH4 (methanization). Tahap pertama: tahap hidrolisis
Pada tahap ini, bahan-bahan organik yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan bahan ekstraktif seperti protein, karbohidrat dan lipida akan diurai menjadi senyawa dengan rantai yang lebih pendek. Sebagai contoh polisakarida terurai menjadi monosakarida, sedangkan protein terurai menjadi peptida dan asam amino. Pada tahap ini, mikroorganisme yang berperan adalah enzim ekstraselular seperti selulose, amilase, protease dan lipase. Tahap kedua: tahap pengasaman
Pada tahap ini, bakteri akan menghasilkan asam yang akan berfungsi untuk mengubah senyawa pendek hasil hidrolisis menjadi asam asetat (CH3COOH), H2 dan CO2. Bakteri ini merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh pada keadaan asam dengan pH 5,5-6,5. Bakteri ini bekerja secara
optimum pada temperatur sekitar 300C. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang
bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, CO2, H2S dan gas CH4.
Tahap ketiga: tahap pembentukan gas CH4 Pada tahap pembentukan gas CH4 ini, bakteri yang berperan adalah bakteri methanogenesis
(bakteri metana), yaitu dari jenis methanobacterium, methanobacillus, methanosacaria, dan
methanococcus. Bakteri ini membutuhkan kondisi digester yang benar-benar kedap udara dan gelap. Temperatur dimana bakteri ini bekerja secara optimum adalah pada 450C dengan kisaran pH adalah
6,5-7,5. Pada akhir metabolisme dihasilkan CH4 dan CO2 dari gas H2, CO2 dan asam asetat yang
dihasilkan pada tahap pengasaman. Reaksi dalam proses pembentukan gas CH4 dapat digambarkan sebagai berikut:
C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O6 + 2CO2 + 4H2
2C2H4O2
2CH4 + 2CO2
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
C6H12O6
3CH4 + 3CO2
+
2.3. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Proses Anaerobik
Aktivitas metabolisme mikroorganisme penghasil metana tergantung pada faktor:
a. Temperatur
Gas metana dapat diproduksi pada tiga range temperatur sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhrophilic 0 – 7 oC, bakteri mesophilic pada temperatur 13 – 40 oC sedangkan thermophilic pada temperatur 55 – 60 oC Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur 30 – 45 oC, kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk
pertumbuhan bakteri dan produksi methana di dalam digester dengan lama proses yang
pendek. Bakteri mesophilic adalah bakteri yang mudah dipertahankan pada kondisi buffer
yang mantap (well buffered) dan dapat tetap aktif pada perubahan temperatur yang kecil, khususnya bila perubahan berjalan perlahan. Apabila bakteri bekerja pada temperatur 40 oC
produksi gas akan berjalan dengan cepat hanya beberapa jam tetapi untuk sisa hari itu hanya
akan diproduksi gas yang sedikit. Perubahan temperatur tidak boleh melebihi batas
temperatur yang diijinkan. Untuk bakteri psychrophilic selang perubahan temperatur berkisar antara 2 oC / jam, bakteri mesophilic 1 oC /jam dan bakteri thermophilic 0.5 oC /jam (Fry,
1973).
b. Derajat Keasaman (pH)
Derajat keasaman memiliki efek terhadap aktivasi biologi dan mempertahankan pH agar stabil penting untuk semua kehidupan. Kebanyakan dari proses kehidupan memiliki kisaran pH antara 5 – 9. Nilai pH yang dibutuhkan untuk digester antara 7 – 8,5. Pertumbuhan bakteri penghasil gas metana akan baik bila pH bahannya pada keadaan alkali (basa). Bila proses fermentasi berlangsung dalam keadaan normal dan anaerobik, maka pH akan secara otomatis berkisar antara 7 – 8,5. Bila derajat keasaman lebih kecil atau lebih besar dari batas, maka bahan tersebut akan mempunyai sifat toksik terhadap bakteri metanogenik. Derajat keasaman dari bahan didalam digester merupakan salah satu indikator bagaimana kerja digester. Untuk bangunan digester yang kecil, pengukuran pH dapat diambil dari keluaran/effluent digester atau pengambilan sampel dapat diambil di permukaan digester apabila telah terpasang tempat khusus pengambilan sampel (Fry, 1974). c. Ketersediaan Unsur Hara Bakteri Anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi yang mengandung nitrogen, fosfor, magnesium, sodium, mangan, kalsium dan kobalt. Level nutrisi harus sekurangnya lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri metanogenik, karena apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan bahan yang sederhana seperti glukosa, buangan industri, dan sisa sisa tanaman terkadang diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester. Nutrisi yang penting bagi pertumbuhan bakteri, dapat bersifat toksik apabila konsentrasi di dalam bahan terlalu banyak. Pada kasus nitrogen berlebihan, sangat penting untuk mempertahankan pada level yang optimal untuk mencapai digester yang baik tanpa adanya efek toksik (Amaru, 2004) d. Faktor konsentrasi padatan Pengertian total solid content (TS) adalah jumlah materi padatan yang terdapat dalam limbah pada bahan organik selama proses digester terjadi dan ini mengindikasikan laju penghancuran/pembusukan material padatan limbah organik. TS juga mengindikasikan banyaknya padatan dalam bahan organik dan nilai TS sangat mempengaruhi lamanya proses pencernaan bahan organik. e. Volatile Solids (VS) Merupakan bagian padatan (total solid-TS) yang berubah menjadi fase gas pada tahapan asidifikasi dan metanogenesis sebagaimana dalam proses fermentasi limbah organik. Dalam pengujian skala laboratorium, berat saat bagian padatan bahan organik yang hilang terbakar
(menguap dan mengalami proses gasifikasi) dengan pembakaran pada suhu 538º C, disebut
sebagai volatile solid.
f. Zat Beracun
Zat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi dapat menjadi
penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika terdapat pada konsentrasi
yang tinggi. Untuk logam pads umumnya sifat racun akan semakin bertambah dengan
tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih sensitif terhadap racun
daripada bakteri penghasil asam. Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat (proses)
penguraian dalam suatu unit biogas saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas,
seperti antiobiotik, desinfektan dan logam berat (Setiawan, 2005).
Tabel 2.5 kesetaraan Biogas
Bahan Bakar Biogas
Jumlah
3
1m
Elpiji
0,46 kg
Minyak tanah
0,62 liter
Minyak solar
0,52 liter
Bensin Gas kota
0,80 liter
3
1,50 m
Kayu bakar
3,50 kg
sumber Kementerian Pertanian, 2014
g. Pengadukan Bahan Organik Pengadukan sangat bermanfaat bagi bahan yang berada di dalam digester anaerob karena memberikan peluang material tetap tercampur dengan bakteri dan temperatur terjaga merata diseluruh bagian. Dengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester semakin kecil, konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan seluruh material mengalami proses fermentasi anaerob secara merata.
h. Pengaturan Tekanan Semakin tinggi tekanan di dalam digester, semakin rendah produksi biogas di dalam digester terutama pada proses hidrolisis dan acydifikasi. Selalu pertahankan tekanan diantara 1,15-1,2 bar di dalam digester.
i. Penjernihan Biogas
Kandungan gas atau zat lain dalam biogas seperti air, karbon dioksida, asam sulfat H2S, merupakan polutan yang mengurangi kadar panas pembakaran biogas bahkan dapat menyebabkan karat yang merusakan mesin. Banyak cara pemurnian biogas diantaranya Physical Absorption (pemasangan water trap di pipa biogas), chemical absorption, pemisah membrane permiabel, hingga penyemprotan air atau oksigen untuk mengikat senyawa sulfur atau karbon diogsida. Bila biogas digunakan untuk bahan bakar kendaraan atau bahan bakar pembangkit listrik, gas H2S yang berpotensi menyebabkan karat pada komponen mesin harus dibuang melalui peralatan penyaring/ filter sulfur.
2.4. Deskripsi Proses Biogas merupakan proses produksi energi berupa gas yang berjalan melalui proses biologis. Hal
ini menyebabkan terdapatnya berbagai komponen penting yang berpengaruh dalam proses pembuatan biogas. Komponen biokimia (biochemist) dalam pembuatan biogas memerlukan perhatian penting. Berdasarkan kajian literatur yang telah dipaparkan pada sub – sub bab sebelumnya, berikut ini disajikan deskripsi proses dan sifat-sifat dari bahan baku dan produk.
2.5.1 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Kotoran ayam dikumpulkan di dalam Gudang (G-01) untuk persediaan selama 6 hari,
selanjutnya kotoran unggas dipompa menuju Tangki Netralisasi (TK-03) untuk dicampur dengan NaHCO3, dan Bakteri. Penambahan senyawa NaHCO3 dilakukan untuk menetralkan pH kotoran ayam karena fermentasi berlangsung dengan baik dalam pH 6-8, sedangkan penambahan senyawa Bakteri Thermophilic bertujuan sebagai nutrisi bagi inokulum.
Setelah itu, kotoran unggas dari TK-03 dialirkan ke Reaktor Fermentasi (R-01). Suhu di dalam fermentor dijaga 450C dengan memakai steam pada suhu 120,2 0C dimana bakteri yang digunakan adalah bakteri thermophilic. Proses pembentukan metana terjadi dengan hydraulic retention time 6 hari. Dari fermentor, limbah dialirkan ke Bak Penampung Akhir yaitu limbah cair. Biogas yang dihasilkan dari fermentor terdiri atas CH4, CO2, H2S dan H2O. Biogas yang dihasilkan dialirkan ke kolom absorbsi CO2 (AB-01) digunakan untuk menyerap CO2(g) yang terkandung di dalam biogas dengan menggunakan absorben air. CO2 yang terikat dengan air selanjutnya dialirkan ke bak penampungan air proses bekas. Gas H2S yang terdapat di dalam biogas diabsorpsi dengan menggunakan reagen Fe pada kolom absorpsi H2S (AB-02),
Kemudian gas metana yang dihasilkan dipompakan dengan blower ke tangki penyimpanan gas metana.
2.5.2 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk 2.5.2.1 Natrium karbonat (NaHCO3)
Fungsi : sebagai 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 (Wikipedia, 2014)
2.5.2.2 Metana (CH4) Fungsi : merupakan komponen unsur terbesar di dalam biogas 1. Berat Molekul : 16,043 g/mol 2. Temperatur kritis : -82,7oC 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
(Wikipedia, 2014)
2.5.2.3 Karbon Dioksida (CO2) Fungsi : merupakan salah satu komponen di dalam biogas. 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 Panas laten uap : 571,08 kJ/kg Tekanan uap : 58,5 bar 7. Fasa gas Densitas gas : 2,814 kg/m3 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 (Wikipedia, 2014)
2.5.2.4 Air (H2O) Sebagai pengikat gas karbondioksida (CO2) didalam menara absorbsi.
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)
BAB III NERACA MASSA
Kapasitas produksi gas metana : 8228 ton gas metana/tahun
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu operasi pabrik
: 330 hari/tahun
Kemurnian produk
: 97,88 %
Produksi gas metana = 8228 ton x 1 tahun x 1 hari x 1000 kg tahun 330 hari 24jam 1 ton
= 1038,889 kg/jam Unit peralatan yang menghasilkan adanya perubahan massa pada proses produksi gas metana dari kotoran ayam dengan kapasitas 1038,889 kg/hari, adalah sebagai berikut :
Tangki Netralisasi (TK-01)
Fermentor (R-01)
Kolom Absorpsi CO2 (AB-01) Kolom Absorpsi H2S (AB-02)
Hasil perhitungan neraca massa padaa setiap unit peralatan diperoleh dari lampiran A, sebagai
berikut,
Tabel 3.1 Komposisi kotoran ayam berdasarkan unsur
Unsur
Kandungan (%)
Berat (kg)
Karbon
47.200% 2596.000
Hidrogen
6.500% 357.500
Nitrogen
6.700% 368.500
Oksigen
20.250% 1113.750
Sulfur
0.003%
0.165
Air 5.247% 288.585
Abu 14.100% 775.500
Total
100.000% 5500.000
(Sumber: Shanique Grant, 2008)
3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (M-01)
Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01)
Komponen
Karbon Hidrogen Nitrogen Oksigen
Sulfur Air Abu
NaHCO3 Bakteri Sub total Total
Alur 1 2596,000 357,500 368,500 1113,750
0,165 288,585 775,500
5500,000
Masuk (kg/jam) Alur 2 Alur 3
13,750 55,000
13,750 55,000 16568,750
Alur 4
11000,000 11000,000
Keluar (kg/jam) Alur 6 2596,000
357,500 368,500 1113,750
0,165 11288,585
775,500 13,750 55,000 16568,750 16568,750
3.3 Neraca Massa Fermentor (R-101)
Tabel 3.3 Neraca Massa Fermentor (R-01)
Komponen
C6H12O6 N2 H2S Abu
NaHCO3 Bakteri
CH4 CO2 H2O Subtotal Total
Masuk (kg/jam)
Alur 5 4056,530 368,500
10,885 775,500 13,750 55,000
11288,585 16568,750 16568,750
Keluar (kg/jam)
Alur 6
Alur 10
202,826
11,055 357,445
10,885
775,500
13,750
55,000
1027,654
2826,049
11288,585
3875,644 12693,106
16568,750
3.4 Neraca Massa Kolom Absorpsi CO2 (AB-01) Tabel 3.4 Neraca Massa Kolom Absorpsi CO2 (AB-01)
Komponen CH4
Masuk (kg/jam)
Alur 6 1.027,654
Alur 7
Keluar (kg/jam)
Alur 8 1.027,654
Alur 9
CO2 N2 H2S H2O Subtotal
Total
2826,049 11,055 10,885
3875,644
8524,126 8524,1260
0,283 11,055 10,885
1049,876909
2825,767
8524,126 11349,893
12399,76952
12399,76952
3.4 Neraca Kolom Absorpsi H2S (AB-02) Tabel 3.5 Neraca Massa Kolom Absorpsi H2S (AB-02))
Komponen
CH4 CO2 N2 H2S Fe Subtotal Total
Masuk (kg/jam) Alur 8 Alur 10 1.027,654
0,283 11,055 10,885
209,975 1049,877 209,975
1259,852
Keluar (kg/jam)
Alur 11 Alur 12
1.027,654
0,283
11,055
1,089
9,797
209,975
1040,080 219,772
1259,852
BAB IV NERACA ENERGI
4.1 Fermentor (R-01)
Tabel 4.1 Neraca energi Fermentor (R-01)
Komponen Umpan
Masuk (kkal/jam)
4762,505
Keluar (kkal/jam)
Produk Steam Total
12636,509 17399,014
15042,425 2356,589 17399,014
4.2 Kolom Absorpsi CO2 (AB-01)
Tabel 4.2 Neraca energi Kolom Absorpsi CO2 (AB-01)
Komponen
Umpan Produk
Air Total
Masuk (kkal/jam) 5378,6933
4833,134 10211,8274
Keluar (kkal/jam)
10211,8274
10211,8274
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN
5.1 Gudang Kotoran Ayam (G-01)
Fungsi
: Tempat penyimpanan kotoran ayam
Bentuk
: Segi empat beraturan
Bahan konstruksi
: Beton
Kondisi penyimpanan : Temperatur : 300C
Tekanan : 1 atm
Kondisi Fisik
: Panjang : 10,7 m
Lebar
: 2,7 m
Tinggi
: 5,35 m
5.2 Conveyor (C-01)
Fungsi
: Mengangkut kotoran ayam dari gudang ke bulk Elevator yang
selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi
Jenis
: Flatt on continuous flow
Bahan kontruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Tekanan : 1 atm Temperatur : 300C
Laju alir
: 1,529 kg/s
Daya
: 1/4 hp
5.3 Bulk Elevator (BE-01)
Fungsi
: Untuk mengangkut kotoran ayam dari Conveyor ke
tangki netralisasi.
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi : Besi
Kecepatan bucket : 225 ft/mnt
Lebar head
: 7 in
Daya
: 1,5 hp
5.4 Tangki Penyimpanan Bakteri (TK-01)
Fungsi
: Untuk menyimpan bakteri fermentasi sebelum
ditransfer ke tangki netralisasi.
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304
Temperatur
: 30oC
Tekanan Kapasitas
: 1 atm : 18,80 m3
Diameter tangki : 1,60 m
Tinggi tangki
: 2,80 m
P desain
: 2,12 atm
Tebal
: 2 in
5.5 Screw Conveyor I (SC -01 )
Fungsi
: Mengangkut bakteri dari gudang selanjutnya masuk
kedalam tangki netralisasi.
Jenis
: Flat on continuous flow
Bahan kontruksi : Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan Temperatur
: 1 atm : 300C
Kecepatan conveyor : 225 ft/mnt
Lebar belt
: 18 cm
Daya
: 1/4 hp
5.6 Tangki Penyimpanan NaHCO3 (TK-02)
Fungsi
: Untuk menyimpan NaHCO3 fermentasi sebelum
ditransfer ke tangki netralisasi.
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304
Temperatur
: 30oC
Tekanan Kapasitas
: 1 atm : 5,40 m3
Diameter tangki : 1,66 m
Tinggi tangki
: 2,49 m
P desain
: 1,73 atm
Tebal
: 2 in
5.7 Screw Conveyor II (SC-02)
Fungsi
: Mengangkut NaHCO3 dari gudang selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi.
Jenis
: Flat on continuous flow
Bahan kontruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan Temperatur
: 1 atm : 300C
Kecepatan conveyor : 225 ft/mnt
Lebar belt
: 7 in
Daya
: 1/4 hp
5.8 Tangki Netralisasi (TK-03)
Fungsi Bentuk
: Tempat melarutkan bakteri dan NaHCO3 dalam kotoran ayam. : Silinder vertical dengan alas datar dan tutup ellipsoidal.
Bahan konstruksi : Commercial steel
Jenis Pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah Baffle
: 4 buah
Jumlah Kondisi Operasi
: 1 unit : Temperatur = 30oC
Kapasitas
Tekanan = 1 atm : 19,540 m3
Diameter tangki
: 2,47 m
Tinggi total tangki : 3,70 m
P desain
: 1,604 atm
Tebal dinding tangki : 1 ½ in
Daya pengaduk
: ¼ HP
5.9 Pompa Fermentor (P-01)
Fungsi
: Memompa bahan dari tangki netralisasi (TK-103) menuju fermentor
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan Konstruksi : commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Diameter pipa Kapasitas
: 3 in : 0,005 m3/s
Daya pompa
: 0,5 hp
5.10 Fermentor (R-01)
Fungsi
: Tempat terjadinya fermentasi kotoran ayam dengan bantuan bakteri
Bentuk
dan NaHCO3 sebagai penetral pH : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Waktu tinggal Kondisi pelarutan
: 6 hari : Temperatur : 400C
Tekanan : 1 atm
Total tinggi tangki : 10,70 m
Tebal dinding tangki : 1,5 in
Daya pengaduk Jaket pemanas
: 0,05 Hp : Temperatur steam : 120,20C
Tinggi jaket : 2 m
V : 32 m/jam A : 0,1 m2
Tj : 1,3 in
5.11 Blower I (B-01)
Fungsi
: Mengalirkan CH4 menuju kolom absorbs (AB-01)
Jenis
: Blower sentifugal
Daya motor
: 0,300 hp
5.12 Absorbsi (AB - 01)
Fungsi Bentuk
: Mengikat CO2 yang terdapat pada biogas : Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah
ellipsoidal
Bahan
: Plate steel SA-167,tipe 304
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
:
Temperatur : 30°C
Tekanan : 1 atm
Tebal dinding
: 1,5 in
5.13 Absorbsi (AB - 02)
Fungsi Bentuk
: Mengikat H2S yang terdapat pada biogas : Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah
ellipsoidal
Bahan
: Plate steel SA-167,tipe 304
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
:
Temperatur : 30°C
Tekanan : 1 atm
Tebal dinding
: 1,5 in
5.14 Bak Penampung Air Proses Bekas (BP-01)
Fungsi
: Menampung air proses bekas yang telah digunakan sebagai absorben
CO2.
Bentuk
: Persegi panjang
Bahan konstruksi : Beton kedap air
Jumlah
: 1 unit
Panjang bak
: 10 m
Tinggi bak
: 2,5 m
Lebar bak
:5m
Tinggi air dalam bak : 2 m
Pdesain
: 1,6 atm
5.15 Blower II (B-02) Fungsi
Jenis Bahan kontruksi
: Mengalirkan gas dari absorbsi ke tangki penyimpanan gas metana (TK-04)
: Blower sentifugal : Carbon Steel
Daya motor
: 0,25 hp
5.16 Tangki Gas Metana (TK-04)
Fungsi
: Tangki produk gas metana
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi Kondisi operasi
: Plate steel SA-167, tipe 304 : Temperatur : 30oC
Hs : 5,33 m
Ht : 6 m
Tebal dinding tangki : 1,5 in
5.17 Kompressor (K-01)
Fungsi
: Menaikkan tekanan CH4 sebelum memasuki
kolom absorbsi (AB-01).
Jenis
: Single stage centrifugal compressor
P : 3,5 Hp
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
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sidang Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH JOJOR ROHANA OPPUSUNGGU
120425017
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
IX-1
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN GAS METANA
DARI KOTORAN AYAM DENGAN KAPASITAS 8.228 TON/TAHUN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Oleh:
JOJOR ROHANA OPPUSUNGGU NIM : 120425017
Telah Diperiksa / Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP : 19680820 199501 1 001
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Dosen Penguji III
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP : 19680820 199501 1 001
Ir. Bambang Trisakti, MT Farida Hanum, ST, MT NIP : 19660925 199103 1 003 NIP : 19780610 200212 2 003
Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir
Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT NIP : 19700919 199903 1 001
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan karuniaNya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Dengan Kapasitas 8.228 Ton/Tahun.”
Pra rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, Penulis banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr.Eng Ir. Irvan, M.Si, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing Penulis dengan penuh kesabaran serta memberi masukan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
2. Bapak Mhd. Hendra S. Ginting, ST, MT, selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah banyak memberikan pengarahan dan masukan.
3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku dosen penguji yang banyak memberi arahan dan masukan.
4. Ibu Farida Hanum, ST, MT selaku dosen penguji yang telah banyak memberi arahan dan masukan.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan ilmu dan pengalaman yang sangat berharga kepada Penulis.
6. Ayahanda Bryan Oppusunggu dan Ibunda Tercinta Marince Sihombing yang telah banyak berkorban dan memberikan didikan serta doa.
7. Kakak/Adik Penulis Marianti Fransiska, Marsinta Andriani, Indah Juliana, Ester Limaria, Michael Hardin, Mia Octavia, dan Marcos Ivan yang memberikan dukungan dan semangat.
8. Rekan Tugas akhir sekaligus penelitian penulis Vinta Rutliana Siregar dan teman-teman ekstensi Teknik Kimia yang memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan.
Oleh karena itu, penulis sangat berharap saran dan kritik dari pembaca demi kesempurnaan penulis ini. Akhir kata, Semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Maret 2015
Penulis
INTISARI
Biogas merupakan sebuah gas yang dibuat melalui proses biologis dari material organik dengan bantuan suatu bakteri. Proses degradasi material organik ini dilakukan tanpa melibatkan oksigen atau yang disebut dengan anaerobic digestion dengan gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana (CH4) sedangkan sisanya berupa gas CO2, H2S dan beberapa trace element (Maynell, 1981)
Pra rancangan pabrik Pembuatan Gas Metana ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas 8.228 ton/tahun dengan masa kerja 330 hari dalam satu tahun.
Lokasi pabrik direncanakan di daerah Kecamatan Payakumbuh, Kabupaten Limapuluh Kota, Sumatera Barat dengan luas areal 11.720 m2.
Tenaga kerja yang dibutuhkan 135 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang Dewan Komisaris dengan struktur organisasi sistem garis.
Hasil analisa ekonomi pabrik pembuatan gas metana ini adalah sebagai berikut:
Total Modal Investasi : Rp 146.021.897.358,-
Biaya Produksi
: Rp 88.933.356.128,-
Hasil Penjualan
: Rp. 258.408.067.067,-
Laba Bersih
: Rp 118.039.136.169,-
Profit Margin
: 65,26 %
Break Even Point
: 27,77 %
Return on Investment : 40,09 %
Pay Out Time
: 2,01 tahun
Return on Network : 82,78 %
Internal Rate of Return : 42,77
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam ini layak untuk didirikan.
DAFTAR ISI Halaman
KATA PENGANTAR …………………………………………………………… i INTISARI ……………………………………………………………………....... ii DAFTAR ISI …………………………………………………………………….. iii DAFTAR TABEL ……………………………………………………………….. viii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………….. x DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………….. xi BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………… I-1
1.1 Latar Belakang ………………………………………………… I-1 1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………. I-2 1.3 Tujuan Perancangan ……………………………………………. I-3 1. 4 Manfaat Perancangan ........................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……………………………………………… II-1 2.1 Biogas ……………………………………………………………II-1 2.2 Reaktor Biogas …………………………………………………. II-2 2.3 Proses Produksi Biogas …………………………………………. II-4
2.3.1 Bahan Baku ……………………………………………... II-4 2.3.2 Proses Anaerob …………………………………………. II-5 2.4 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Proses Anaerobik ………… II-6 2.5 Deskripsi Proses ………………………………………………... II-10 2.5.1 Proses Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam …… II-10
2.5.2 Sifat-sifat Bahan.......................................................
II-11
2.5.2.1 NaHCO3 ……………………………………..…. II-11 2.5.2.1 Gas Metana ……………………………...…..…. II-11 2.5.2.1 CO2 …………………………………………..….II-12 2.5.2.1 H2O……………...……………………………….II-13
BAB III NERACA MASSA …………………………………………………….III-1 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01) ....................... III-2 3.2 Neraca Massa Pada Fermentor (R-01)....................................... III-2 3.3 Neraca Massa Pada Kolom Absorbsi CO2 (AB-01)... ………. III-2 3.4 Neraca Massa Pada Kolom Absorpsi H2O (AB-02).……….... III-3
BAB IV NERACA PANAS ………………………………………………… IV-1 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R-01) …….………... IV-1 4.2 Neraca Panas pada Kolom Absorbsi CO2 (AB-01)…………… IV-1
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ………………………………………. V-1 5.1 Gudang Penyimpanan Bahan Baku (G-01) …………………… V-1 5.2 Conveyor (C-01) ………………………………………………. V-1 5.3 Bulk Elevator (BE-01) …………………………………………. V-1 5.4 Tangki Penyimpan Bakteri (TK-01) ………………………….. V-2 5.5 Screw Conveyor I (SC-01) ……………………………………. V-2 5.6 Tangki Penyimpanan NaHCO3 (TK-02)………....……………. V-2
5.7 Screw Conveyor II (SC-02) …………………………………… V-3 5.8 Tangki Netralisasi (TK-03) …………………………………… V-3 5.9 Pompa Fermentor (P-01) ……………………………………… V-4 5.10 Fermentor (R-01) ……………………………………………… V-4 5.11 Blower I (B-01) ……………………………………………….. V-4 5.12 Kolom Absorbsi CO2 (AB-01)………………………………... V-5 5.13 Blower II (B-02) ……………………………………………… V-5 5.14 Kolom Absorbsi H2S (AB-02)………………………………... V-5 5.15 Bak Penampung Air Proses (BP-01).…………………………. V-5 5.16 Blower III (B-03) ……………………………………………… V-5 5.17 Tangki Gas Metana (TK-04)…….…………………….………. V-5 5.18 Bak Penampung Limbah Cair (BP-02)...………………………. V-6
BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ……………. VI-1 6.1 Instrumentasi …………………………………………………… VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ....................................................................... VI-4 6.3 Keselamatan Kerja Pada Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam …………………………………………… VI-4 6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan .......... VI-4 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ....................................... VI-5 6.3.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik ............................ VI-5 . 6.3.4 Pencegahan Terhadap Gangguan Kesehatan .................. VI-6
6.3.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis ......................... VI-6
BAB VII UTILITAS ........................................................................................... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam) ............................................................. VII-1 7.2 Kebutuhan Air ............................................................................ VII-2 7.2.1 Screening ........................................................................ VII-4 7.2.2 Sedimentasi .................................................................... VII-4 7.2.3 Klarifikasi ....................................................................... VII-5 7.2.4 Filtrasi ............................................................................. VII-5 7.2.5 Demineralisasi ................................................................. VII-7 7.2.5 Deaerator ........................................................................ VII-10 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia .............................................................. VII-10 7.4 Kebutuhan Listrik ........................................................................ VII-10 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar .............................................................. VII-12 7.6 Unit Pengolahan Limbah ............................................................. VII-13 7.6.1 Bak Penampungan ........................................................... VII-14 7.6.2 Bak Pengendap Awal ....................................................... VII-15 7.6.3 Bak Netralisasi ................................................................. VII-16 7.7 Spesifikasi Peralatan Pengolahan Air .......................................... VII-16 7.7.1 Screening (SC) ................................................................. VII-16 7.7.2 Pompa Screening (PU-01) .............................................. VII-17 7.7.3 Bak Sedimentasi (BS) ..................................................... VII-18
7.7.4 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) .................. VII-18 7.7.5 Clarifier (CL) .................................................................. VII-19 7.7.6 Sand Filter (SF) .............................................................. VII-19 7.7.7 Tangki Utilitas 1 (TU-01) ............................................... VII-20 7.7.8 Cation Exchanger (CE) .................................................. VII-20 7.7.9 Anion Exchanger (AE) .................................................. VII-21 7.7.10 Deaerator (DE) .............................................................. VII-21 7.7.11 Ketel Uap (KU) .............................................................. VII-22
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-4
BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN .................. IX-1 9.1 Bentuk Hukum Badan Usaha ...................................................... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan ............................................................... IX-1 9.3 Organisasi Perusahaan ................................................................. IX-2 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ......................... IX-3 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ......................... IX-3 9.4.2 Dewan Komisaris ............................................................. IX-3 9.4.3 General Managerr ............................................................ IX-4
9.4.4 Sekretaris .......................................................................... IX-4 9.4.5 Manajer Teknik dan Produksi .......................................... IX-4 9.4.6 Manajer Umum dan Keuangan ........................................ IX-4 9.4.7 Manajer Pembelian dan Pemasaran .................................. IX-4 9.5 Sistem Kerja ................................................................................. IX-6 9.5.1 Karyawan non-shift ........................................................... IX-6 9.5.2 Karyawan Shift ................................................................. IX-6 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan …………………….. IX-7 9.7 Sistem Pengajian ………………………………………………...IX-7 9.8 Fasilitas Tenaga Kerja ………………………………………….. IX-11
BAB X ANALISA EKONOMI …………………………………………….... X-1 10.1 Modal Investasi ………………………………………………… X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap/Fixed Capital Investment ……… X-1 10.1.2 Modal Kerja/Working Capital ……………………………. 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 Coat (VC) ………………….. X-4 10.3 Total Penjualan (Total Sales) ………………………………….. X-5 10.4 Bonus Perusahaan ……………………………………………… X-5 10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ……………………………………. X-5 10.6 Analisa Aspek Ekonomi ……………………………………….. X-5
10.6.1 Profit Margin (PM) …………………………………… X-5 10.6.2 Break Event Point ………………………………………… 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 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1.1 Jumlah Peternak Ayam di Kabupaten limapuluh ............................ I-2
Tabel 2.1 Kandungan Gas Metana .............................................................. II-1
Tabel 2.2 Komposisi Biogas.......................................................................
II-2
Tabel 2.3 Nilai Kandungan Kering Bahan Baku Biogas ................................ II-7
Tabel 2.4 Potensi Produksi Biogas .............................................................. II-8
Tabel 2.5 Kesetaraan Biogas ...................................................................... II-9
Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01) …….…………..... III-1 Tabel 3.2 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R-01) ............................ III-2
Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Kolom Absorbsi CO2 (AB-01) ….................. III-2
Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Kolom Absorpsi H2S (AB-02)…...………......... III-3 Tabel 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R –01) ………………….. IV-1
Tabel 4.2 Neraca Panas pada Kolom Absorbsi (AB – 01)………………………. IV-1
Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra – rancangan Pabrik
pembuatan gas metana dari kotoran ayam ………………………….. VI-4
Tabel 7.1 Kebutuhan Steam Pabrik Gas Metana ………………………………..VII-1
Tabel 7.2 Kebutuhan Air Proses pada Alat ……………………………………..VII-2
Tabel 7.3 Pemakaian Air Unttuk Kebutuhan …………………………………... VII-2
Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai …………………………………………………. VII-3
Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik untuk Utilitas …………………………. VII-10
Tabel 7.6 Perhitungan Pompa Utilitas……………………………………..…… VII-17
Tabel 7.7 Perhitungan Tangki Pelarutan ………………...…………................ VII-19
Tabel 7.8 Perhitungan tangki Utilitas ………………………………………….. VII-20
Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ……………………………………………….. VIII-4
Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift…………………………………………IX-6
Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ………………………………. IX-7
Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ……………………………………………. IX-8
Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Kotoran Ayam ………………….……….. L A - 1
Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen ............................. L A - 2
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Netralisasi (kg/jam) ………...………...……….. LA-4
Tabel LA.4 Neraca Massa pada Fermentor (kg/jam)………………………………L A - 5
Tabel LA.5 Neraca Massa pada Kolom Absorbsi CO2 (kg/jam) …………........ LA-9
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Kolom Absorpsi H2S (AB-02)..............…...…. LA-10 Tabel LB.1 Data Karakteristik Zat ……............................................................... LB-1
Tabel LB.2 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Fermentor dengan menggunakan
persamaan (1)…..........................................................
LB-3
Tabel LB.3 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Fermentor………….. LB-3
Tabel LB.4 Neraca Energi Fermentor.................................................................... LB-4
Tabel LB.5 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Absorbsi …………………...... LB-5
Tabel LB.6 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Absorbsi …………............... LB-5
Tabel LB.7 Neraca Energi Absorbsi …………………………...………………...... LB-6
Tabel LD.1 Spesifikasi Pompa Utilitas ........................................................... LD-5
Tabel LD.2 Perhitungan Pelarutan ....................................................................... LD-10
Tabel LD.3 Perhitungan Tangki Utilitas …………………………………………. L D - 1 6
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 dan Pengolahan Limbah ………… LE-6 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi …………………………………………... LE-10 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ……………………………………………… LE-13 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas selama 3 bulan …………………………………LE-16 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ………………………………………………. LE-17 Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi ……………………………………….. LE-18 Tabel LE.10 Data Perhitungan BEP ………………………………………………. LE-25 Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) ……………………. LE-26
DAFTAR GAMBAR Hal
Gambar 2.1 Fixed dome ...................................................................................... I-3 Gambar 2.2 Floating Drum ……………………………………………………………. I-4 Gambar 2.3 Instalasi sistem produksi dan pemanfaatan biogas ………………... I-5 Gambar 7.1 Peta Lokasi Pabrik …………………………………...……….…… VII-3 Gambar 8.1 Tata Letak Pabrik Selusa dari Kulit Buah Kakao …………………. VIII-5 Gambar 9.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Selulosa dari Kulit
Buah Kakao ………………………………………........................... IX-12 Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen ……………………………………………..LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki
Pelarutan …………………………………………………………... LE-5 Gambar LE.2 Grafik BEP......................................................................................... LE-25
DAFTAR LAMPIRAN Hal
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ………………………….. LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS…………………………… LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ……………… LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS …………... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI …………………………. LE-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kelangkaan bahan bakar minyak, yang disebabkan oleh kenaikan harga minyak dunia yang
signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi bersama-sama. Limbah ternak adalah sisa buangan dari suatu kegiatan usaha peternakan seperti usaha pemeliharaan ternak, rumah potong hewan, pengolahan produk ternak, dll. Limbah tersebut meliputi limbah padat dan limbah cair seperti feses, urine, sisa makanan, embrio, kulit telur, lemak, darah, bulu, kuku, tulang, dan sebagainya. Apabila usaha peternakan semakin berkembang maka limbah yang dihasilkan juga akan semakin banyak. Dalam pemeliharaan ayam petelur (unggas) akan menghasilkan limbah yang mempunyai nilai nutrisi yang cukup tinggi. Jumlah kotoran ayam /limbah yang dikeluarkan setiap harinya banyak, rata-rata per ekor ayam 0,063 kg/hari (American Society of Agricultural Engineers, since 1992). Dari penelitian Shanique Grant dkk (2008) meneliti tentang biogas dari kotoran ayam dimana yield biogas yang diperoleh relatif tinggi dengan persentase CH4 mencapai 69 %.
Kabupaten Limapuluh Kota terkenal dengan peternakan ayam, terutama ayam ras atau ayam petelur. Hampir diseluruh kecamatan yang ada dikabupaten Limapuluh Kota menjadi lokasi pengembangan peternakan ayam ras. Dari data dinas peternakan kabupaten Limapuluh Kota, untuk tahun 2014 terdapat sekitar 4,7 juta ayam ras yang dipelihara masyarakat tersebar di 13 kecamatan. “ Untuk tahun 2014 ini, masih melakukan pendataan terhadap jumlah ayam ras dari keseluruhan peternak yang ada di kabupaten Limapuluh Kota dan diperkirakan jumlahnya melebihi 4,7 juta ekor ayam ras. Untuk 4 tahun terakhir , tercatat jumlah peternakan ayam ras di Kabupaten Limapuluh Kota dapat di lihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 1.1 Jumlah Kotoran Ayam No Tahun Jumlah Ayam (ekor)
1. 2012
3.901.895
2. 2013
4.521.997
3. 2014
4.734.589
(Sumber: Kementerian Pertanian Provinsi Sumatera Barat, 2014) Kebutuhan bahan bakar bagi penduduk berpendapatan rendah maupun miskin, terutama di pedesaan, sebagian besar dipenuhi oleh minyak tanah yang memang dirasakan terjangkau karena
disubsidi oleh pemerintah. Namun karena digunakan untuk industri atau usaha lainnya, kadangkadang terjadi kelangkaan persediaan minyak tanah di pasar. Penghematan ini sebetulnya harus telah kita gerakkan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi adalah sumber energi fosil yang tidak dapat diperbarui (unrenewable), sedangkan permintaan naik terus, demikian pula harganya sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan permintaan dan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat bahan bakar minyak (BBM) adalah mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbarui (renewable).
Energi terbarukan lain yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai untuk daerah pedesaan adalah energi biogas dengan memproses limbah bio atau bio massa di dalam alat kedap udara yang disebut digester. Biomassa berupa limbah dapat berupa kotoran ayam bahkan tinja manusia, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daundaunan sortiran sayur dan sebagainya. Namun, sebagian besar terdiri atas kotoran ayam.
1.2 Perumusan Masalah Biogas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah
limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Gas metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena gas metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida, untuk itu pendirian pabrik gas metana ini ditujukan untuk kebutuhan ekspor, sehingga dapat meningkat devisa negara dan mengurangi pengangguran di Indonesia dan juga dapat memenuhi permintaan industri yang menggunakan bahan baku dari kotoran ayam.
1.3 Tujuan Perancangan Tujuan Pra Rancangan Pabrik ini adalah untuk mengaplikasikan ilmu teknologi kimia industri
yang meliputi neraca massa, neraca energi, operasi teknik kimia, utilitas dan bagian ilmu teknologi kimia industri lainnya yang penyajiannya disajikan pada Pra Rancangan Pabrik Proses Pembuatan gas metana dari kotoran ayam.
1.4 Manfaat Perancangan Pendirian pabrik proses pembuatan gas metana dari kotoran ayam ini adalah mengadakan
energi alternatif sebagai pengganti BBM dan mengurangi ketergantungan rakyat terhadap BBM, serta meningkatkan masyarakat miskin perkotaan melalui usaha industri daur ulang (biogas).
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biogas Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik apabila bahan organik
mengalami proses fermentasi dalam reaktor (fermentor) dalam kondisi anaerob (tanpa udara). Proses degradasi material organik ini dilakukan tanpa melibatkan oksigen atau yang disebut dengan anaerobic digestion dengan gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana (CH4) sedangkan sisanya berupa gas CO2, H2S dan beberapa trace element (Maynell, 1981). Kandungan methane berbeda untuk tiap kotoran hewan atau tumbuhan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Kandungan gas metana untuk beberapa jenis sumber biogas
Jenis Sumber Biogas
Cattle Manure Poultry manure
Pig manure Chicken manure Farmyard manure
Straw Grass (Maynell, 1981)
Kandungan Gas Methane (%) 65 60 67 85 55 59 70
Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil (Wahyuningsih, 2009). Tetapi secara umum rentang komposisi biogas adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2. Komposisi Biogas KOMPONEN
%
Metana (CH )
4
Karbon dioksida (CO )
2
Nitrogen (N )
2
Oksigen (O )
2
Hidrogen sulfida (H S) 2
55-75 25-45 0-0.3 0.1-0.5
0.3
Sumber : id.Wikipedia.org, 2014 Biogas dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar konvensional yang sudah umum digunakan seperti minyak tanah (kerosene) atau kayu bakar, serta penggunaan biogas juga meyelamatkan lingkungan dari pencemaran dan mengurangi kerusakan lingkungan hidup. Saat ini pemanfaatan biogas menjadi penting ditengah isu pemanasan global karena gas metan sebagai kandungan utama dalam biogas memberikan efek rumah kaca (green house gases) yang 21 kali lebih bersifat polutan daripada gas CO2 (Budiman, FT UI, 2010).
2.2. Proses Fermentasi Biogas Proses fermentasi atau proses pencernaan mengacu berbagai reaksi dan interaksi yang terjadi
diantara bakteri metanogen dan non-metanogen dan bahan organik yang diumpankan ke dalam pencerna sebagai input. Ini adalah phisio-kimia yang komplek dan proses biologis melibatkan berbagai faktor dan tahapan bentuk. Penghancuran input yang merupakan bahan organik dicapai dalam 3 (tiga) tahapan, yaitu: (a) tahap hidrolisis, (b) tahap pengasaman (acidification), dan (c) tahap pembentukan gas CH4 (methanization). Tahap pertama: tahap hidrolisis
Pada tahap ini, bahan-bahan organik yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan bahan ekstraktif seperti protein, karbohidrat dan lipida akan diurai menjadi senyawa dengan rantai yang lebih pendek. Sebagai contoh polisakarida terurai menjadi monosakarida, sedangkan protein terurai menjadi peptida dan asam amino. Pada tahap ini, mikroorganisme yang berperan adalah enzim ekstraselular seperti selulose, amilase, protease dan lipase. Tahap kedua: tahap pengasaman
Pada tahap ini, bakteri akan menghasilkan asam yang akan berfungsi untuk mengubah senyawa pendek hasil hidrolisis menjadi asam asetat (CH3COOH), H2 dan CO2. Bakteri ini merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh pada keadaan asam dengan pH 5,5-6,5. Bakteri ini bekerja secara
optimum pada temperatur sekitar 300C. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang
bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, CO2, H2S dan gas CH4.
Tahap ketiga: tahap pembentukan gas CH4 Pada tahap pembentukan gas CH4 ini, bakteri yang berperan adalah bakteri methanogenesis
(bakteri metana), yaitu dari jenis methanobacterium, methanobacillus, methanosacaria, dan
methanococcus. Bakteri ini membutuhkan kondisi digester yang benar-benar kedap udara dan gelap. Temperatur dimana bakteri ini bekerja secara optimum adalah pada 450C dengan kisaran pH adalah
6,5-7,5. Pada akhir metabolisme dihasilkan CH4 dan CO2 dari gas H2, CO2 dan asam asetat yang
dihasilkan pada tahap pengasaman. Reaksi dalam proses pembentukan gas CH4 dapat digambarkan sebagai berikut:
C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O6 + 2CO2 + 4H2
2C2H4O2
2CH4 + 2CO2
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
C6H12O6
3CH4 + 3CO2
+
2.3. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Proses Anaerobik
Aktivitas metabolisme mikroorganisme penghasil metana tergantung pada faktor:
a. Temperatur
Gas metana dapat diproduksi pada tiga range temperatur sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhrophilic 0 – 7 oC, bakteri mesophilic pada temperatur 13 – 40 oC sedangkan thermophilic pada temperatur 55 – 60 oC Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur 30 – 45 oC, kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk
pertumbuhan bakteri dan produksi methana di dalam digester dengan lama proses yang
pendek. Bakteri mesophilic adalah bakteri yang mudah dipertahankan pada kondisi buffer
yang mantap (well buffered) dan dapat tetap aktif pada perubahan temperatur yang kecil, khususnya bila perubahan berjalan perlahan. Apabila bakteri bekerja pada temperatur 40 oC
produksi gas akan berjalan dengan cepat hanya beberapa jam tetapi untuk sisa hari itu hanya
akan diproduksi gas yang sedikit. Perubahan temperatur tidak boleh melebihi batas
temperatur yang diijinkan. Untuk bakteri psychrophilic selang perubahan temperatur berkisar antara 2 oC / jam, bakteri mesophilic 1 oC /jam dan bakteri thermophilic 0.5 oC /jam (Fry,
1973).
b. Derajat Keasaman (pH)
Derajat keasaman memiliki efek terhadap aktivasi biologi dan mempertahankan pH agar stabil penting untuk semua kehidupan. Kebanyakan dari proses kehidupan memiliki kisaran pH antara 5 – 9. Nilai pH yang dibutuhkan untuk digester antara 7 – 8,5. Pertumbuhan bakteri penghasil gas metana akan baik bila pH bahannya pada keadaan alkali (basa). Bila proses fermentasi berlangsung dalam keadaan normal dan anaerobik, maka pH akan secara otomatis berkisar antara 7 – 8,5. Bila derajat keasaman lebih kecil atau lebih besar dari batas, maka bahan tersebut akan mempunyai sifat toksik terhadap bakteri metanogenik. Derajat keasaman dari bahan didalam digester merupakan salah satu indikator bagaimana kerja digester. Untuk bangunan digester yang kecil, pengukuran pH dapat diambil dari keluaran/effluent digester atau pengambilan sampel dapat diambil di permukaan digester apabila telah terpasang tempat khusus pengambilan sampel (Fry, 1974). c. Ketersediaan Unsur Hara Bakteri Anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi yang mengandung nitrogen, fosfor, magnesium, sodium, mangan, kalsium dan kobalt. Level nutrisi harus sekurangnya lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri metanogenik, karena apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan bahan yang sederhana seperti glukosa, buangan industri, dan sisa sisa tanaman terkadang diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester. Nutrisi yang penting bagi pertumbuhan bakteri, dapat bersifat toksik apabila konsentrasi di dalam bahan terlalu banyak. Pada kasus nitrogen berlebihan, sangat penting untuk mempertahankan pada level yang optimal untuk mencapai digester yang baik tanpa adanya efek toksik (Amaru, 2004) d. Faktor konsentrasi padatan Pengertian total solid content (TS) adalah jumlah materi padatan yang terdapat dalam limbah pada bahan organik selama proses digester terjadi dan ini mengindikasikan laju penghancuran/pembusukan material padatan limbah organik. TS juga mengindikasikan banyaknya padatan dalam bahan organik dan nilai TS sangat mempengaruhi lamanya proses pencernaan bahan organik. e. Volatile Solids (VS) Merupakan bagian padatan (total solid-TS) yang berubah menjadi fase gas pada tahapan asidifikasi dan metanogenesis sebagaimana dalam proses fermentasi limbah organik. Dalam pengujian skala laboratorium, berat saat bagian padatan bahan organik yang hilang terbakar
(menguap dan mengalami proses gasifikasi) dengan pembakaran pada suhu 538º C, disebut
sebagai volatile solid.
f. Zat Beracun
Zat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi dapat menjadi
penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika terdapat pada konsentrasi
yang tinggi. Untuk logam pads umumnya sifat racun akan semakin bertambah dengan
tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih sensitif terhadap racun
daripada bakteri penghasil asam. Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat (proses)
penguraian dalam suatu unit biogas saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas,
seperti antiobiotik, desinfektan dan logam berat (Setiawan, 2005).
Tabel 2.5 kesetaraan Biogas
Bahan Bakar Biogas
Jumlah
3
1m
Elpiji
0,46 kg
Minyak tanah
0,62 liter
Minyak solar
0,52 liter
Bensin Gas kota
0,80 liter
3
1,50 m
Kayu bakar
3,50 kg
sumber Kementerian Pertanian, 2014
g. Pengadukan Bahan Organik Pengadukan sangat bermanfaat bagi bahan yang berada di dalam digester anaerob karena memberikan peluang material tetap tercampur dengan bakteri dan temperatur terjaga merata diseluruh bagian. Dengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester semakin kecil, konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan seluruh material mengalami proses fermentasi anaerob secara merata.
h. Pengaturan Tekanan Semakin tinggi tekanan di dalam digester, semakin rendah produksi biogas di dalam digester terutama pada proses hidrolisis dan acydifikasi. Selalu pertahankan tekanan diantara 1,15-1,2 bar di dalam digester.
i. Penjernihan Biogas
Kandungan gas atau zat lain dalam biogas seperti air, karbon dioksida, asam sulfat H2S, merupakan polutan yang mengurangi kadar panas pembakaran biogas bahkan dapat menyebabkan karat yang merusakan mesin. Banyak cara pemurnian biogas diantaranya Physical Absorption (pemasangan water trap di pipa biogas), chemical absorption, pemisah membrane permiabel, hingga penyemprotan air atau oksigen untuk mengikat senyawa sulfur atau karbon diogsida. Bila biogas digunakan untuk bahan bakar kendaraan atau bahan bakar pembangkit listrik, gas H2S yang berpotensi menyebabkan karat pada komponen mesin harus dibuang melalui peralatan penyaring/ filter sulfur.
2.4. Deskripsi Proses Biogas merupakan proses produksi energi berupa gas yang berjalan melalui proses biologis. Hal
ini menyebabkan terdapatnya berbagai komponen penting yang berpengaruh dalam proses pembuatan biogas. Komponen biokimia (biochemist) dalam pembuatan biogas memerlukan perhatian penting. Berdasarkan kajian literatur yang telah dipaparkan pada sub – sub bab sebelumnya, berikut ini disajikan deskripsi proses dan sifat-sifat dari bahan baku dan produk.
2.5.1 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Kotoran ayam dikumpulkan di dalam Gudang (G-01) untuk persediaan selama 6 hari,
selanjutnya kotoran unggas dipompa menuju Tangki Netralisasi (TK-03) untuk dicampur dengan NaHCO3, dan Bakteri. Penambahan senyawa NaHCO3 dilakukan untuk menetralkan pH kotoran ayam karena fermentasi berlangsung dengan baik dalam pH 6-8, sedangkan penambahan senyawa Bakteri Thermophilic bertujuan sebagai nutrisi bagi inokulum.
Setelah itu, kotoran unggas dari TK-03 dialirkan ke Reaktor Fermentasi (R-01). Suhu di dalam fermentor dijaga 450C dengan memakai steam pada suhu 120,2 0C dimana bakteri yang digunakan adalah bakteri thermophilic. Proses pembentukan metana terjadi dengan hydraulic retention time 6 hari. Dari fermentor, limbah dialirkan ke Bak Penampung Akhir yaitu limbah cair. Biogas yang dihasilkan dari fermentor terdiri atas CH4, CO2, H2S dan H2O. Biogas yang dihasilkan dialirkan ke kolom absorbsi CO2 (AB-01) digunakan untuk menyerap CO2(g) yang terkandung di dalam biogas dengan menggunakan absorben air. CO2 yang terikat dengan air selanjutnya dialirkan ke bak penampungan air proses bekas. Gas H2S yang terdapat di dalam biogas diabsorpsi dengan menggunakan reagen Fe pada kolom absorpsi H2S (AB-02),
Kemudian gas metana yang dihasilkan dipompakan dengan blower ke tangki penyimpanan gas metana.
2.5.2 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk 2.5.2.1 Natrium karbonat (NaHCO3)
Fungsi : sebagai 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 (Wikipedia, 2014)
2.5.2.2 Metana (CH4) Fungsi : merupakan komponen unsur terbesar di dalam biogas 1. Berat Molekul : 16,043 g/mol 2. Temperatur kritis : -82,7oC 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
(Wikipedia, 2014)
2.5.2.3 Karbon Dioksida (CO2) Fungsi : merupakan salah satu komponen di dalam biogas. 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 Panas laten uap : 571,08 kJ/kg Tekanan uap : 58,5 bar 7. Fasa gas Densitas gas : 2,814 kg/m3 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 (Wikipedia, 2014)
2.5.2.4 Air (H2O) Sebagai pengikat gas karbondioksida (CO2) didalam menara absorbsi.
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)
BAB III NERACA MASSA
Kapasitas produksi gas metana : 8228 ton gas metana/tahun
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu operasi pabrik
: 330 hari/tahun
Kemurnian produk
: 97,88 %
Produksi gas metana = 8228 ton x 1 tahun x 1 hari x 1000 kg tahun 330 hari 24jam 1 ton
= 1038,889 kg/jam Unit peralatan yang menghasilkan adanya perubahan massa pada proses produksi gas metana dari kotoran ayam dengan kapasitas 1038,889 kg/hari, adalah sebagai berikut :
Tangki Netralisasi (TK-01)
Fermentor (R-01)
Kolom Absorpsi CO2 (AB-01) Kolom Absorpsi H2S (AB-02)
Hasil perhitungan neraca massa padaa setiap unit peralatan diperoleh dari lampiran A, sebagai
berikut,
Tabel 3.1 Komposisi kotoran ayam berdasarkan unsur
Unsur
Kandungan (%)
Berat (kg)
Karbon
47.200% 2596.000
Hidrogen
6.500% 357.500
Nitrogen
6.700% 368.500
Oksigen
20.250% 1113.750
Sulfur
0.003%
0.165
Air 5.247% 288.585
Abu 14.100% 775.500
Total
100.000% 5500.000
(Sumber: Shanique Grant, 2008)
3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (M-01)
Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01)
Komponen
Karbon Hidrogen Nitrogen Oksigen
Sulfur Air Abu
NaHCO3 Bakteri Sub total Total
Alur 1 2596,000 357,500 368,500 1113,750
0,165 288,585 775,500
5500,000
Masuk (kg/jam) Alur 2 Alur 3
13,750 55,000
13,750 55,000 16568,750
Alur 4
11000,000 11000,000
Keluar (kg/jam) Alur 6 2596,000
357,500 368,500 1113,750
0,165 11288,585
775,500 13,750 55,000 16568,750 16568,750
3.3 Neraca Massa Fermentor (R-101)
Tabel 3.3 Neraca Massa Fermentor (R-01)
Komponen
C6H12O6 N2 H2S Abu
NaHCO3 Bakteri
CH4 CO2 H2O Subtotal Total
Masuk (kg/jam)
Alur 5 4056,530 368,500
10,885 775,500 13,750 55,000
11288,585 16568,750 16568,750
Keluar (kg/jam)
Alur 6
Alur 10
202,826
11,055 357,445
10,885
775,500
13,750
55,000
1027,654
2826,049
11288,585
3875,644 12693,106
16568,750
3.4 Neraca Massa Kolom Absorpsi CO2 (AB-01) Tabel 3.4 Neraca Massa Kolom Absorpsi CO2 (AB-01)
Komponen CH4
Masuk (kg/jam)
Alur 6 1.027,654
Alur 7
Keluar (kg/jam)
Alur 8 1.027,654
Alur 9
CO2 N2 H2S H2O Subtotal
Total
2826,049 11,055 10,885
3875,644
8524,126 8524,1260
0,283 11,055 10,885
1049,876909
2825,767
8524,126 11349,893
12399,76952
12399,76952
3.4 Neraca Kolom Absorpsi H2S (AB-02) Tabel 3.5 Neraca Massa Kolom Absorpsi H2S (AB-02))
Komponen
CH4 CO2 N2 H2S Fe Subtotal Total
Masuk (kg/jam) Alur 8 Alur 10 1.027,654
0,283 11,055 10,885
209,975 1049,877 209,975
1259,852
Keluar (kg/jam)
Alur 11 Alur 12
1.027,654
0,283
11,055
1,089
9,797
209,975
1040,080 219,772
1259,852
BAB IV NERACA ENERGI
4.1 Fermentor (R-01)
Tabel 4.1 Neraca energi Fermentor (R-01)
Komponen Umpan
Masuk (kkal/jam)
4762,505
Keluar (kkal/jam)
Produk Steam Total
12636,509 17399,014
15042,425 2356,589 17399,014
4.2 Kolom Absorpsi CO2 (AB-01)
Tabel 4.2 Neraca energi Kolom Absorpsi CO2 (AB-01)
Komponen
Umpan Produk
Air Total
Masuk (kkal/jam) 5378,6933
4833,134 10211,8274
Keluar (kkal/jam)
10211,8274
10211,8274
BAB V SPESIFIKASI PERALATAN
5.1 Gudang Kotoran Ayam (G-01)
Fungsi
: Tempat penyimpanan kotoran ayam
Bentuk
: Segi empat beraturan
Bahan konstruksi
: Beton
Kondisi penyimpanan : Temperatur : 300C
Tekanan : 1 atm
Kondisi Fisik
: Panjang : 10,7 m
Lebar
: 2,7 m
Tinggi
: 5,35 m
5.2 Conveyor (C-01)
Fungsi
: Mengangkut kotoran ayam dari gudang ke bulk Elevator yang
selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi
Jenis
: Flatt on continuous flow
Bahan kontruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: Tekanan : 1 atm Temperatur : 300C
Laju alir
: 1,529 kg/s
Daya
: 1/4 hp
5.3 Bulk Elevator (BE-01)
Fungsi
: Untuk mengangkut kotoran ayam dari Conveyor ke
tangki netralisasi.
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi : Besi
Kecepatan bucket : 225 ft/mnt
Lebar head
: 7 in
Daya
: 1,5 hp
5.4 Tangki Penyimpanan Bakteri (TK-01)
Fungsi
: Untuk menyimpan bakteri fermentasi sebelum
ditransfer ke tangki netralisasi.
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304
Temperatur
: 30oC
Tekanan Kapasitas
: 1 atm : 18,80 m3
Diameter tangki : 1,60 m
Tinggi tangki
: 2,80 m
P desain
: 2,12 atm
Tebal
: 2 in
5.5 Screw Conveyor I (SC -01 )
Fungsi
: Mengangkut bakteri dari gudang selanjutnya masuk
kedalam tangki netralisasi.
Jenis
: Flat on continuous flow
Bahan kontruksi : Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan Temperatur
: 1 atm : 300C
Kecepatan conveyor : 225 ft/mnt
Lebar belt
: 18 cm
Daya
: 1/4 hp
5.6 Tangki Penyimpanan NaHCO3 (TK-02)
Fungsi
: Untuk menyimpan NaHCO3 fermentasi sebelum
ditransfer ke tangki netralisasi.
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304
Temperatur
: 30oC
Tekanan Kapasitas
: 1 atm : 5,40 m3
Diameter tangki : 1,66 m
Tinggi tangki
: 2,49 m
P desain
: 1,73 atm
Tebal
: 2 in
5.7 Screw Conveyor II (SC-02)
Fungsi
: Mengangkut NaHCO3 dari gudang selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi.
Jenis
: Flat on continuous flow
Bahan kontruksi
: Carbon Steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan Temperatur
: 1 atm : 300C
Kecepatan conveyor : 225 ft/mnt
Lebar belt
: 7 in
Daya
: 1/4 hp
5.8 Tangki Netralisasi (TK-03)
Fungsi Bentuk
: Tempat melarutkan bakteri dan NaHCO3 dalam kotoran ayam. : Silinder vertical dengan alas datar dan tutup ellipsoidal.
Bahan konstruksi : Commercial steel
Jenis Pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah Baffle
: 4 buah
Jumlah Kondisi Operasi
: 1 unit : Temperatur = 30oC
Kapasitas
Tekanan = 1 atm : 19,540 m3
Diameter tangki
: 2,47 m
Tinggi total tangki : 3,70 m
P desain
: 1,604 atm
Tebal dinding tangki : 1 ½ in
Daya pengaduk
: ¼ HP
5.9 Pompa Fermentor (P-01)
Fungsi
: Memompa bahan dari tangki netralisasi (TK-103) menuju fermentor
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan Konstruksi : commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Diameter pipa Kapasitas
: 3 in : 0,005 m3/s
Daya pompa
: 0,5 hp
5.10 Fermentor (R-01)
Fungsi
: Tempat terjadinya fermentasi kotoran ayam dengan bantuan bakteri
Bentuk
dan NaHCO3 sebagai penetral pH : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Waktu tinggal Kondisi pelarutan
: 6 hari : Temperatur : 400C
Tekanan : 1 atm
Total tinggi tangki : 10,70 m
Tebal dinding tangki : 1,5 in
Daya pengaduk Jaket pemanas
: 0,05 Hp : Temperatur steam : 120,20C
Tinggi jaket : 2 m
V : 32 m/jam A : 0,1 m2
Tj : 1,3 in
5.11 Blower I (B-01)
Fungsi
: Mengalirkan CH4 menuju kolom absorbs (AB-01)
Jenis
: Blower sentifugal
Daya motor
: 0,300 hp
5.12 Absorbsi (AB - 01)
Fungsi Bentuk
: Mengikat CO2 yang terdapat pada biogas : Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah
ellipsoidal
Bahan
: Plate steel SA-167,tipe 304
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
:
Temperatur : 30°C
Tekanan : 1 atm
Tebal dinding
: 1,5 in
5.13 Absorbsi (AB - 02)
Fungsi Bentuk
: Mengikat H2S yang terdapat pada biogas : Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah
ellipsoidal
Bahan
: Plate steel SA-167,tipe 304
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
:
Temperatur : 30°C
Tekanan : 1 atm
Tebal dinding
: 1,5 in
5.14 Bak Penampung Air Proses Bekas (BP-01)
Fungsi
: Menampung air proses bekas yang telah digunakan sebagai absorben
CO2.
Bentuk
: Persegi panjang
Bahan konstruksi : Beton kedap air
Jumlah
: 1 unit
Panjang bak
: 10 m
Tinggi bak
: 2,5 m
Lebar bak
:5m
Tinggi air dalam bak : 2 m
Pdesain
: 1,6 atm
5.15 Blower II (B-02) Fungsi
Jenis Bahan kontruksi
: Mengalirkan gas dari absorbsi ke tangki penyimpanan gas metana (TK-04)
: Blower sentifugal : Carbon Steel
Daya motor
: 0,25 hp
5.16 Tangki Gas Metana (TK-04)
Fungsi
: Tangki produk gas metana
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi Kondisi operasi
: Plate steel SA-167, tipe 304 : Temperatur : 30oC
Hs : 5,33 m
Ht : 6 m
Tebal dinding tangki : 1,5 in
5.17 Kompressor (K-01)
Fungsi
: Menaikkan tekanan CH4 sebelum memasuki
kolom absorbsi (AB-01).
Jenis
: Single stage centrifugal compressor
P : 3,5 Hp
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