PRARANCANGAN PABRIK BIOMETANA DARI PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) KAPASITAS 3.530.000 Nm3/TAHUN.

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK BIOMETANA
DARI PALM OIL MILL EFFLUENT (POME)
KAPASITAS 3.530.000 Nm3/TAHUN

Oleh :
1. Kakung Sudarmantyo

( I 0509024 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2013
commit to user

l.-

:t

r

LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKEIR

PM

PABRIK BIOMETANA ITARI

PAr*r orl MrLL EFFLWNT (POnrE)
DENGAN KAPASITAS 3.#X1.000 Nm3/TAHIJN

Oleh:

I&kng Sdarmmtyo

r 0509024

I

?
h. Parvaoto.Itil.S.
NIP 19580425 198601

l00r

.i

DrJng. Agts hrwauto. S.T.. M.T.
NrP ryl50411 199903 t 00l

fipertaha*m di e4qn tin pengrlii :

I, Ir. Endah Remo D., M.T.

zU1

NIP 195907t920AW? 2 001

un

2. Bregas S.T. S€,mbodq S.T., M.T.
NIP 1911206199903 l m2
Teknik Kimia

commit to user

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, segala puji hanya bagi Tuhan Yang Maha Esa,
karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan
penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul“Prarancangan Pabrik Biometana
dari Palm Oil Mill Effluent (POME) kapasitas 3.530.000 Nm3/Tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Ibunda dan kakakku yang tercinta atas dukungan materi dan semangat yang
senantiasa diberikan.
2. Dr.Eng. Agus Purwanto, S.T.,M.T. dan Ir. Paryanto, M.S. selaku dosen
pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.
3. Ir. Endah Retno D., M.T. dan Bregas S.T. Sembodo, S.T., M.T. selaku dosen
penguji tugas akhir ini.
4. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.
5. Seluruh dosen, laboran, dan administrasi Jurusan Teknik Kimia atas ilmu,
arahan, dan bantuannya selama ini.
6. Teman – teman Tekkim 2009 UNS untuk semangatnya, we are the best!!
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca
sekalian.
Surakarta, Juli 2013
commit to user

iii

Penulis

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

INTISARI

Kakung Sudarmantyo, 2013, Prarancangan Pabrik Biometana dari Palm Oil
Mill Effluent (POME) dengan kapasitas 3.530.000 Nm3/Tahun, Jurusan
Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Biometana merupakan bahan bakar alternatif yang berpotensi tinggi untuk
dikembangkan. Bahan baku pembuatan biometana pada Prarancangan pabrik ini
adalah POME (Palm Oil Mill Effluent) yang merupakan limbah cair dari
pengolahan CPO (Crude Palm Oil) milik PTPN VIII Pabrik Kelapa Sawit (PKS)
Kertajaya di daerah Lebak, Banten. Prarancangan Pabrik Biometana ini akan
didirikan di daerah Lebak, Banten dengan kapasitas 3.530.000 Nm3/tahun.
Proses pembuatan biometana terdiri dari 3 unit yaitu unit persiapan bahan
baku, unit proses dan unit pemurnian produk. Persiapan bahan baku, POME yang

berasal dari PTPN VIII PKS Kertajaya dinetralkan pH nya dengan menambahkan
NaOH. POME yang sudah netral pH nya dilakukan penambahan nutrisi berupa
FeCl2, NiCl2, CoCl2, dan Urea. Tahap proses, POME mengalami proses
fermentasi di dalam Reaktor Tangki Bersirkulasi dengan bantuan bakteri jenis
Methanobacterium menggunakan proses batch pada kondisi tekanan 1 atm dan
suhu 55oC. Gas yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian masuk ke unit
pemurnian produk. Pada unit pemurnian produk, pengotor berupa CO2 diserap
menggunakan air di dalam absorber. Limbah cair keluaran reaktor dapat
digunakan sebagai pupuk cair organik.
Unit pendukung proses meliputi unit pengadaan air (proses, pendingin,
konsumsi umum & sanitasi) yang bersumber dari sungai Ciujung dengan
kebutuhan sebesar 12.899 kg/jam, unit pengadaan listrik sebesar 437,70 kW dari
generator, unit pengadaan bahan bakar biometana sebesar 62 m3/jam, unit
pengadaan udara tekan sebesar 106 m3/jam, dan unit pengolahan limbah. Pabrik
Biometana memiliki laboratorium yang bertugas untuk menunjang kelancaran
proses produksi, menjaga mutu produk dan pengendalian pencemaran lingkungan.
Untuk menghindari terjadinya pencemaran lingkungan, pabrik memiliki sistem
pengolahan untuk berbagai jenis limbah, baik yang berupa limbah cair, gas,
maupun padat.
Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas) dengan struktur

organisasi line and staff dengan jumlah karyawan sebanyak 168 orang. Sistem
kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift
dan non shift. Sistem keselamatan dan kesehatan kerja terdiri dari APD (Alat
Pelindung Diri), alat satuan pemadam kebakaran.
Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik biogas diperoleh
bahwa total investasi (TCI) sebesar US$ 7.849.889 dan total biaya produksi
sebesar US$ 2.901.596. Dari analisa kelayakan diperoleh hasil ROI sebelum pajak
21,09 % dan setelah pajak 15,82 %. POT sebelum pajak 3,44 tahun dan setelah
pajak 4,20 tahun, BEP 51,48 %, SDP 28,47 %, dan DCF sebesar 19,97 %. Dari
hasil analisa di atas, maka dapat disimpulkan bahwa Prarancangan Pabrik
commit to user
Biometana dari Palm Oil Mill Effluent (POME) layak untuk didirikan.

xi

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

ABSTRACT

Kakung Sudarmantyo, 2013, Preliminary Design of Biomethane Plant from
Palm Oil Mill Effluent (POME) Capacity 3,530,000 Nm3/Year, Chemical
Engineering Department, Sebelas Maret University, Surakarta.
Biomethane is a highly potential alternative energy source to be explored
and developed. The raw material used in the preliminary design of biomethane
plant is Palm Oil Mill Effluent (POME) which is a liquid waste of Crude Palm Oil
processing from PTPN VIII Palm Oil Plant Kertajaya in Lebak, Banten. The
preliminary design of biomethane plant is to be built in Lebak, Banten with the
capacity 3,530,000 Nm3/year.
The process of biomethane synthesis consists of 3 steps which are raw
material preparation, synthesis process and purification process. In the raw
material preparation step, the pH of POME from PTPN VIII PKS Kertajaya is
neutralized by adding NaOH. After the neutralization, several nutrients are added
which are FeCl2, NiCl2, CoCl2, and Urea then begin the synthesis step. POME is
fermented in a Circulated Tank Reactor assisted by bacteria from
Methanobacterium species using batch process in atmospheric pressure and 55 oC.
The gas produced from the fermentation process is fed to the purification unit
where CO2 as impurity is absorbed using water in an absorber. The liquid effluent
of this process can be used as liquid fertilizer.

Utility units consist of water supply unit (process water, cooling water,
consumption and sanitation) which is taken from Ciujung river for 12,899 kg/hour,
electricity supply unit for 437.70 kW from generator, biomethane fuel supply unit
for 62 m3/hour, compressed air supply unit for 106 m3/hour and waste treatment
unit. The biomethane plant is equipped with a laboratory to ensure the product
quality and environment control. To prevent environment damage, the waste
coming out of the plant is treated through waste treatment unit taking care of
liquid, solid and gaseous waste.
The form of industry is company limited (co. ltd) with line and staff
organizational structure with 168 people working as employee. The working time
is divided as shift and non shift workers. Occupational Health and Safety
regulation consists of Self Protection Device and fireman unit.
The economic analysis of the plant shows the total investment needed is
US$ 7.849.889 and total production cost is US$ 2.901.596. The economic
feasibility analysis shows the return of investment (ROI) before tax is 21.09% and
after tak is 15.82%. Pay Out Time (POT) before tax is 3.44 years and after tax is
4.20 years, Break Even Point (BEP) 51.48%, Shut Down Point (SDP) 28.47% and
DCF 19.97%. From the analysis it shows that the Biomethane Plant from Palm
Oil Mill Effluent (POME) is feasible to be built.

commit to user

xi

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

Halaman Judul..................................................................................................... i
Lembar Pengesahan ............................................................................................ ii
Kata Pengantar .................................................................................................... iii
Daftar Isi.............................................................................................................. iv
Daftar Tabel ........................................................................................................ viii
Daftar Gambar..................................................................................................... x
Intisari ................................................................................................................. xi
BAB I

PENDAHULUAN ............................................................................1

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................. 1
1.2. Kapasitas Pabrik....................................................................... 3
1.3. Penentuan Lokasi Pabrik.......................................................... 3
1.4. Tinjauan Pustaka ...................................................................... 7
1.4.1

Limbah Cair ................................................................. 7

1.4.2

Biomethana .................................................................. 8

1.4.3

Langkah Pembentukan Biogas..................................... 9

1.4.4

Parameter Fermentasi................................................... 11

1.4.5

Pengolahan Limbah Cair Kelapa Sawit ....................... 12

1.4.6

Nilai Potensial Biogas .................................................. 13

1.4.7

Macam-macam Proses Pembuatan Biogas .................. 15

1.4.8

Pemilihan Proses .......................................................... 15

1.5. Kegunaan Produk ..................................................................... 16
commit to user

iv

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

1.6. Sifat – sifat Fisis dan Kimia..................................................... 16

BAB II

1.6.1

Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ....................... 16

1.6.2

Sifat-sifat Fisis dan Kimia Produk ............................... 17

1.6.3

Sifat-sifat Fisis dan Kimia Bahan Pembantu ............... 18

DESKRIPSI PROSES ......................................................................22
2.1. Spesifikasi Bahan baku dan Produk......................................... 22
2.1.1

Spesifikasi Bahan Baku................................................ 22

2.1.2

Spesifikasi Produk........................................................ 22

2.2. Spesifikasi Bahan Pembantu.................................................... 23
2.3. Konsep Proses .......................................................................... 24
2.3.1

Tinjauan Termodinamika ............................................. 25

2.3.2

Tinjauan Kinetika......................................................... 27

2.4. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses................................ 29
2.4.1

Diagram Alir Proses..................................................... 29

2.4.2

Tahapan Proses............................................................. 32
2.4.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku .................... 32
2.4.2.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku ......................... 32
2.4.2.3 Tahap Proses Reaksi ........................................ 33
2.4.2.4 Tahap Pemurnian Produk................................. 34

2.5. Neraca Massa dan Neraca Panas.............................................. 36
2.5.1

Neraca Massa ............................................................... 36

2.5.2

Neraca Panas ................................................................ 42

2.6. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ....................................... 48
2.6.1

commit to user
Lay Out Pabrik ............................................................. 48
v

perpustakaan.uns.ac.id

2.6.2

digilib.uns.ac.id

Lay Out Peralatan......................................................... 51

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES .........................................54

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM...........67
4.1. Unit Pendukung Proses ............................................................ 67
4.1.1

Unit Pengadaan Air ...................................................... 68

4.1.2

Unit Pengadaan Udara Tekan....................................... 75

4.1.3

Unit Pengadaan Listrik................................................. 77

4.1.4

Unit Pengadaan Bahan Bakar....................................... 82

4.2. Laboratorium............................................................................ 83
4.2.1

Prosedur Analisa Bahan Baku dan Produk .................. 84

4.3. Unit Pengolahan Limbah.......................................................... 86
BAB V

MANAJEMEN PERUSAHAAN......................................................89
5.1. Bentuk Perusahaan ................................................................... 89
5.2. Struktur Organisasi .................................................................. 90
5.3. Tugas dan Wewenang .............................................................. 93
5.3.1

Pemegang Saham ......................................................... 93

5.3.2

Dewan Komisaris ......................................................... 94

5.3.3

Dewan Direksi.............................................................. 94

5.3.4

Kepala Bagian .............................................................. 95

5.3.5

Kepala Seksi................................................................. 97

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................. 98
5.4.1

Karyawan non shift ..................................................... 98

5.4.2

Karyawan Shift ............................................................ 99

commit to user
5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 100
vi

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji ............... 101
5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan............................................... 104
5.8. Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3) .................................. 105
BAB VI

ANALISA EKONOMI.....................................................................112
6.1. Penaksiran Harga Peralatan...................................................... 116
6.2. Penentuan (Total Capital Investment)...................................... 118
6.3. Penentuan (Total Production Cost).......................................... 122
6.4

Keuntungan Produksi ............................................................... 124

6.5

Analisa Kelayakan ................................................................... 126

Daftar Pustaka ..................................................................................................... xii
Lampiran

commit to user

vii

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1.

Proyeksi Kebutuhan Listrik di Pulai Jawa dan Sumatera ........... 6

Tabel 1.2.

Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit......................... 7

Tabel 1.3.

Komposisi Fatty Acid Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit .......... 8

Tabel 1.4.

Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik...................... 13

Tabel 1.5.

Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain .................................... 14

Tabel 1.6.

Konversi Energi Listrik Biomethana dengan Sumber Lain ........ 14

Tabel 2.1.

Harga ΔHfo dan ΔGfo ................................................................... 25

Tabel 2.2.

Neraca Massa Mixer-01 .............................................................. 36

Tabel 2.3.

Neraca Massa Mixer-02 .............................................................. 37

Tabel 2.4.

Neraca Massa Reaktor Fermentasi.............................................. 38

Tabel 2.5.

Neraca Massa Absorber .............................................................. 39

Tabel 2.6.

Neraca Massa Regenerator.......................................................... 40

Tabel 2.7.

Neraca Massa Total..................................................................... 41

Tabel 2.8.

Neraca Panas Mixer-01............................................................... 42

Tabel 2.9.

Neraca Panas Mixer-02............................................................... 43

Tabel 2.10. Neraca Panas Reaktor Fermentasi............................................... 44
Tabel 2.11. Neraca Panas Absorber ............................................................... 45
Tabel 2.12. Neraca Panas Regenerator .......................................................... 46
Tabel 2.13. Neraca Panas Total...................................................................... 47
Tabel 3.1.

Spesifikasi Mixer......................................................................... 54

Tabel 3.2.

Spesifikasi Tangki ....................................................................... 58

Tabel 3.3.

commit to user
Spesifikasi Hopper ...................................................................... 59

viii

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

Tabel 3.4.

Spesifikasi Screw Conveyor ........................................................ 61

Tabel 3.5.

Spesifikasi Heat Exchanger ........................................................ 62

Tabel 3.6.

Spesifikasi Pompa ....................................................................... 64

Tabel 3.7.

Spesifikasi Compressor............................................................... 66

Tabel 4.1.

Kebutuhan Air Pendingin............................................................ 69

Tabel 4.2.

Kebutuhan Air Proses.................................................................. 73

Tabel 4.3.

Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ........................... 74

Tabel 4.4.

Kebutuhan Air Sungai................................................................. 75

Tabel 4.5.

Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ............ 78

Tabel 4.6.

Jumlah Lumen ............................................................................. 80

Tabel 4.7.

Total Kebutuhan Listrik Pabrik .................................................. 82

Tabel 5.1.

Jadwal Pembagian Kelompok Shift............................................. 100

Tabel 5.2.

Jumlah Karyawan menurut Jabatannya....................................... 102

Tabel 5.3.

Perincian Golongan dan Gaji Karyawan..................................... 103

Tabel 6.1.

Indeks Harga Alat........................................................................ 117

Tabel 6.2.

Fixed Capital Investment ............................................................ 120

Tabel 6.3.

Working Capital Investment........................................................ 121

Tabel 6.4.

Direct Manufacturing Cost ......................................................... 122

Tabel 6.5.

Indirect Manufacturing Cost....................................................... 123

Tabel 6.6.

Fixed Manufacturing Cost ......................................................... 123

Tabel 6.7.

General Expense ......................................................................... 124

Tabel 6.8.

Analisa Kelayakan....................................................................... 128

commit to user

ix

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Lokasi Pabrik Biometana ............................................................ 6
Gambar 2.1. Mekanisme Reaksi Pembentukan Biogas ................................... 28
Gambar 2.2. Diagram Alir Kualitatif ............................................................... 30
Gambar 2.3. Diagram Alir Kuantitatif ............................................................. 31
Gambar 2.4. Lay Out Pabrik Biometana .......................................................... 50
Gambar 2.5. Lay Out Peralatan Proses............................................................. 53
Gambar 4.1. Skema Pengolahan Air Sungai.................................................. 75
Gambar 5.1. Struktur Organisasi Pabrik Biometana........................................ 93
Gambar 6.1. Grafik Linierisasi Indeks Harga .................................................. 117
Gambar 6.2. Grafik Analisa Kelayakan ........................................................... 129

commit to user

x