PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN METANA CAIR DARI SAMPAH ORGANIK DENGAN KAPASITAS SAMPAH ORGANIK 480.000 KGHARI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

  

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN METANA CAIR DARI SAMPAH

ORGANIK DENGAN KAPASITAS SAMPAH ORGANIK

480.000 KG/HARI

  

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Ujian Sarjana Teknik Kimia

DISUSUN OLEH:

TEDDY JULIUS 070405039

  

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2012

LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN METANA CAIR DARI SAMPAH ORGANIK DENGAN KAPASITAS SAMPAH ORGANIK 480.000 KG/HARI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Oleh : TEDDY JULIUS NIM : 070405039 Telah Diperiksa / Disetujui, Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia Dr. Maulida, S.T., M.Sc

  

NIP. 19530921 198103 2 003 NIP. 19700611 1997022 001

Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

  Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik dengan

Kapasitas Sampah Organik 480.000 kg/hari ”

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

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

  1. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia sebagai Dosen Pembimbing I yang telah Ibu membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Dr. Maulida, S.T., M.Sc. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah Ibu membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.

  3. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  4. Bapak Dr. Ir. Irvan, M.Si., Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, M.T., Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  6. Ibu Dr. Halimatuddahliana, S.T., M.Sc., selaku dosen penguji II yang telah memberikan masukan dan saran pada tugas akhir ini.

  7. Ibu Farida Hanum, S.T., M.T., selaku dosen penguji III yang telah memberikan masukan dan saran pada tugas akhir ini.

  8. Seluruh staf pengajar dan pengurus administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  9. Orangtua penulis yang telah banyak memberikan dukungan moral dan material kepada penulis.

  10. Vincent atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.

  11. Teman-teman seangkatan penulis serta senior yang telah banyak memberikan masukan, dukungan, dan semangat.

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

  Medan, April 2012 Penulis

  Teddy Julius

INTISARI

  Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas sampah organik 480.000 kg/hari dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini diharapkan dapat menghasilkan metana cair yang mampu memenuhi kebutuhan pasar dalam maupun luar negeri. Metana cair adalah bahan bakar ramah lingkungan yang banyak digunakan industri dan sebagai bahan bakar alternatif pada sektor transportasi untuk mengurangi penggunaan bahan bakar minyak yang jumlahnya semakin menipis. Metana cair yang dihasilkan dari fermentasi dan pencairan Sampah Organik dapat menggantikan metana cair dari gas alam (LNG) yang tidak dapat diperbaharui. Lokasi pabrik direncanakan adalah di

  2 daerah Namo Rambe, Medan, Sumatera Utara dengan luas areal sebesar 15.440 m .

  Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik adalah sebanyak 150 orang. Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis dan staff. Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik ini sebagai berikut:

  : Rp 313.801.887.556,-  Modal Investasi Total : Rp 181.305.342.613,-  Biaya Produksi : Rp 258.664.784.400,-  Hasil Penjualan : Rp 53.898.351.205,-  Laba Bersih : 29,76 %  Profit Margin : 63,59 %  Break Even Point : 14,71 %  Return on Investment : 6,79 tahun  Pay Out Time : 24,52 %  Return on Network : 30,49   Internal Rate of Return Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik layak untuk didirikan.

DAFTAR ISI

  KATA PENGANTAR .................................................................................................. i

  INTISARI .................................................................................................................... iii DAFTAR ISI ............................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ viii DAFTAR TABEL ....................................................................................................... ix

  BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... I-1

  1.1 Latar Belakang ............................................................................... I-1

  1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... I-2

  1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik........................................................ I-2

  1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik ..................................................... I-3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ II-1

  2.1 Sampah ....................................................................................... II-1

  2.2 Gas Bio ........................................................................................ II-2

  2.3 Mekanisme Penghasil Gas Bio .................................................... II-3

  2.4 Faktor yang Mempengaruhi Penghasilan Gas Bio ...................... II-5

  2.5 Metana Cair ................................................................................. II-6

  2.6 Deskripsi Proses ........................................................................... II-8

  2.7 Blok Diagram Alir Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik ................................................................. II-10

  2.8 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk ........................................... II-12

  2.8.1 Metana (CH

  4 ) ................................................................. II-12

  2.8.2 Karbon Dioksida (CO ) .................................................. II-12

  2

  2.8.3 Air (H

  2 O) ....................................................................... II-13

  BAB III NERACA MASSA ............................................................................... III-1

  3.1 Thresser (C-110) ......................................................................... III-1

  3.2 Tangki Penampung (F-120) ........................................................ III-1

  3.3 Fermentor (R-210) ...................................................................... III-1

  3.4 Filter Press (H-220) .................................................................... III-2

  3.5 Adsorber I (D-310) ..................................................................... III-2

  3.6 Adsorber II (D-320) .................................................................... III-2

  3.7 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330) ............................... III-3

  3.8 Tangki Akumulasi (F-410) ......................................................... III-3

  3.9 Kompressor (G-421) ................................................................... III-3

  3.10 Cooler (E-420) ............................................................................ III-3

  3.11 Heat Exchanger I (E-430) .......................................................... III-4

  3.12 Splitter (K-441) ........................................................................... III-4

  3.13 Heat Echanger II (E-440) ........................................................... III-4

  3.14 Throttle (K-451) .......................................................................... III-4

  3.15 Flash Drum (F-450) .................................................................... III-5

  3.16 Ekspander (G-442) ...................................................................... III-5

  BAB IV NERACA ENERGI .............................................................................. IV-1

  4.1 Fermentor (R-210) ...................................................................... IV-1

  4.2 Adsorber I (D-310) ..................................................................... IV-1

  4.3 Membran Kontaktor Hollow Fiber(D-330) ................................ IV-1

  4.4 Tangki Akumulasi (F-410) ......................................................... IV-2

  4.5 Cooler (E-420) ............................................................................ IV-2

  4.6 Heat Exchanger I (E-430) .......................................................... IV-2

  4.7 Heat Exchanger II (E-440) ......................................................... IV-2

  BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ............................................................... V-1 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ....................... VI-1

  6.1 Instrumentasi ............................................................................... VI-1

  6.2 Keselamatan dan Kesehatan Kerja ............................................. VI-5

  6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik .................................................................. VI-6 BAB VII UTILITAS .......................................................................................... VII-1

  7.1 Kebutuhan Air .......................................................................... VII-1

  7.2 Pengolahan Air ......................................................................... VII-4

  7.2.1 Screening ....................................................................... VII-4

  7.2.2 Sedimentasi ................................................................... VII-4

  7.2.3 Klarifikasi ..................................................................... VII-4

  7.2.4 Filtrasi ........................................................................... VII-5

  7.3 Kebutuhan Bahan Kimia ........................................................... VII-6

  7.4 Kebutuhan Listrik ..................................................................... VII-6

  7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ........................................................... VII-8

  9.4 Uraian Tugas, Wewenang, dan Tanggung Jawab ....................... IX-6

  9.8 Fasilitas Tenaga Kerja .............................................................. IX-12

  9.7 Sistem Penggajian ..................................................................... IX-11

  9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .............................. IX-10

  9.5 Sistem Kerja ................................................................................ IX-8

  9.4.9 Manajer Pembelian dan Pemasaran ................................ IX-8

  9.4.8 Manajer Umum dan Keuangan ....................................... IX-8

  9.4.7 Manajer Teknik ............................................................... IX-8

  9.4.6 Manajer Produksi ............................................................ IX-7

  9.4.5 Sekretaris ......................................................................... IX-7

  9.4.4 Staf Ahli .......................................................................... IX-7

  9.4.3 Direktur ........................................................................... IX-7

  9.4.2 Dewan Komisaris ............................................................ IX-6

  9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ........................ IX-6

  9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ...................................................... IX-5

  7.6 Unit Pengolahan Limbah .......................................................... VII-8

  9.2 Manajemen Perusahaan .............................................................. IX-4

  9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsional dan Staf .......................... IX-3

  9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ................................... IX-3

  9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsional ........................................ IX-2

  9.1.1 Bentuk Organisasi Garis ................................................. IX-2

  9.1 Organisasi Perusahaan ................................................................ IX-1

  BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ...................... IX-1

  8.3 Perincian Luas Tanah .............................................................. VIII-8

  8.2 Tata Letak Pabrik ..................................................................... VIII-7

  8.1.2 Faktor-Faktor Sekunder ............................................... VIII-3

  8.1.1 Faktor-Faktor Utama/Primer ........................................ VIII-2

  8.1 Lokasi Pabrik ........................................................................... VIII-1

  BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ......................................... VIII-1

  7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas .................................................. VII-23

  BAB X ANALISA EKONOMI ......................................................................... X-1

  10.1 Modal Investasi ............................................................................ X-1

  10.1.1 Modal Investasi Tetap / Fixed Capital Investment (FCI) ................................................................................. X-1

  10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ............................. X-3

  10.2 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ............................ X-4

  10.2.1 Biaya Tetap (BT) / Fixed Cost (FC) ................................ X-4

  10.2.2 Biaya Variabel (BV) / Variable Cost (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 Even Point (BEP) .................................................. X-6

  10.6.3 Return On Investment (ROI) ............................................ X-6

  10.6.4 Pay Out Time (POT) ........................................................ X-7

  10.6.5 Return On Network (RON) .............................................. X-7

  10.6.6 Internal Rate of Return (IRR) .......................................... X-7

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

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok diagram Alir Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari

  Sampah Organik ............................................................................. II-10

Gambar 6.1 Instrumentasi pada Alat ................................................................... VI-5Gambar 7.1 Ilustrasi Proses Kerja Aerator ...................................................... VII-20Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik .................................................................... VIII-9Gambar 9.1 Badan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Pembuatan

  Metana Cair dari Sampah Organik ................................................ IX-13 Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen, Satuan mm (Tampak Atas) .............. LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan

  Tangki Pelarutan ............................................................................. LE-5 Gambar LE.2 Grafik Break Even Point (BEP) Pabrik Pembuatan Metana

  Cair dari Sampah Organik ............................................................ LE-28

DAFTAR TABEL

Tabel 3.14 Neraca Massa Throttle ..................................................................... III-4Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin .............................................................. VII-1Tabel 7.1 Kebutuhan Air Proses .................................................................... VII-1

  Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik ............................... VI-3

Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan PabrikTabel 4.7 Neraca Energi Heat Exchanger II ................................................... IV-2Tabel 4.6 Neraca Energi Heat Exchanger I ..................................................... IV-2Tabel 4.5 Neraca Energi Cooler ...................................................................... IV-2Tabel 4.4 Neraca Energi Tangki Akumulasi ................................................... IV-2Tabel 4.3 Neraca Energi Membran Kontaktor Hollow Fiber .......................... IV-1Tabel 4.2 Neraca Energi Adsorber I ................................................................ IV-1Tabel 4.1 Neraca Energi Fermentor ................................................................ IV-1Tabel 3.16 Neraca Massa Ekspander ................................................................ III-5Tabel 3.15 Neraca Massa Flash Drum .............................................................. III-5Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik ............................................................. II-2Tabel 2.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ........................................... II-2Tabel 3.12 Neraca Massa Splitter ...................................................................... III-4Tabel 3.11 Neraca Massa Heat Exchanger I ..................................................... III-4Tabel 3.10 Neraca Massa Cooler ...................................................................... III-3Tabel 3.9 Neraca Massa Kompressor .............................................................. III-3Tabel 3.8 Neraca Massa Tangki Akumulasi .................................................... III-3Tabel 3.7 Neraca Massa Membran Kontaktor Hollow Fiber .......................... III-3Tabel 3.6 Neraca Massa Adsorber II ............................................................... III-2Tabel 3.5 Neraca Massa Adsorber I ................................................................ III-2Tabel 3.4 Neraca Massa Filter Press............................................................... III-2Tabel 3.3 Neraca Massa Fermentor ................................................................. III-1Tabel 3.2 Neraca Massa Tangki Penampung .................................................. III-1Tabel 3.1 Neraca Massa Thresser.................................................................... III-1Tabel 2.3 Komposisi Gas Bio ........................................................................... II-3Tabel 3.13 Neraca Massa Heat Exchanger II .................................................... III-4Tabel 7.3 Pemakaian Air untuk Kebutuhan Domestik .................................. VII-3Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Deli ............................................................... VII-3Tabel 7.5 Kebutuhan Daya pada Unit Proses ................................................ VII-7Tabel 7.6 Kebutuhan Daya pada Unit Utilitas ............................................... VII-7Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ................................................................... VIII-8Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift .......................................................... IX-9Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ........................................... IX-10Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ............................................................... IX-11

  Tabel LA.1 Tabel Komposisi Sampah Organik ................................................. LA-2 Tabel LA.2 Neraca Massa Fermentor ................................................................ LA-3 Tabel LA.3 Neraca Massa Filter Press.............................................................. LA-4 Tabel LA.4 Neraca Massa Adsorber I ............................................................... LA-5 Tabel LA.5 Neraca Massa Adsorber II .............................................................. LA-6 Tabel LA.6 Neraca Massa Membran Kontaktor Hollow Fiber ......................... LA-9 Tabel LA.7 Neraca Massa Tangki Akumulasi ................................................. LA-10 Tabel LA.8 Neraca Massa Cooler ................................................................... LA-11 Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger I .................................................. LA-11 Tabel LA.10 Neraca Massa Splitter ................................................................... LA-12 Tabel LA.11 Neraca Massa Heat Exchanger II ................................................. LA-13 Tabel LA.12 Neraca Massa Flash Drum ........................................................... LA-14 Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Unsur Atom ......................................................... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas Panas Beberapa Senyawa Padatan pada 298,15 K ......... LB-2 Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Gas (J/mol.K) ...................... LB-2 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Cair (J/mol.K)...................... LB-2 Tabel LB.5 Energi Keluar pada tangki Fermentor ............................................ LB-4 Tabel LB.6 Neraca Energi Fermentor ............................................................... LB-4 Tabel LB.7 Energi Masuk pada Adsorber I ....................................................... LB-5 Tabel LB.8 Energi Keluar pada Tangki Adsorber I .......................................... LB-6 Tabel LB.9 Neraca Energi Adsorber I ............................................................... LB-6 Tabel LB.10 Energi Masuk pada Membran Kontaktor Hollow Fiber................. LB-7 Tabel LB.11 Energi Keluar pada Membran Kontaktor Hollow Fiber................. LB-8 Tabel LB.12 Neraca Energi Membran Kontaktor Hollow Fiber ......................... LB-8

  Tabel LB.13 Neraca Energi Tangki Akumulasi .................................................. LB-9 Tabel LB.14 Neraca Energi Cooler ................................................................... LB-10 Tabel LB.15 Neraca Energi Heat Exchanger I .................................................. LB-11 Tabel LB.16 Neraca Energi Heat Exchanger II ................................................ LB-12 Tabel LC.1 Komposisi Umpan Masuk Blower I ............................................. LC-15 Tabel LC.2 Komposisi Umpan Masuk Adsorber I .......................................... LC-16 Tabel LC.3 Komposisi Umpan Masuk Blower II ............................................ LC-19 Tabel LC.4 Komposisi Umpan Masuk Adsorber II......................................... LC-20 Tabel LC.5 Komposisi Umpan Masuk Blower III........................................... LC-23 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-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi ............................................................ LE-10 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai................................................................. LE-13 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ..................................................................... LE-15 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja .................................................................. LE-17 Tabel LE.9 Aturan Depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17

  Tahun 2000 ................................................................................... LE-18 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No. 17 Tahun 2000 .............................................................................................. LE-19 Tabel LE.11 Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) .................................. LE-27