LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Minyak Nyamplung dan Methanol Kapasitas 20.000 Ton/Tahun.

LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK
PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL
DARI MINYAK NYAMPLUNG DAN METANOL
Kapasitas 20.000 ton/tahun

Disusun oleh
Oryza Mistyanti
D 500 100 029

Pembimbing
Kusmiyati, S.T, M.T, Ph.D
Dr. Ir. Ahmad M. Fuadi, M.T

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADYAH SURAKARTA
2015

INTISARI
Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat dari tahun ke tahun.
Keadaan ini semakin diperparah dengan banyaknya pembelian kendaraan pribadi
sementara sumber daya minyak bumi dari tahun ke tahun semakin berkurang. Jika

keadaan ini terus berlanjut dapat dipastikan bahwa beberapa tahun mendatang
akan terjadi kelangkaan BBM di Indonesia maupun di dunia. Salah satu solusi
untuk menanggulangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil maka didirikan
pabrik biodiesel dari minyak biji nyamplung dan metanol dengan kapasitas
20.000 ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun.
Menggunakan proses esterifikasi-transesterifikasi dalam reaktor alir tangki
berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase cair-cair, reversible,
eksotermis, non adiabatic, isotermal pada suhu umpan 60oC dan tekanan 1 atm.
Pabrik ini digolongkan pabrik beresiko rendah karena kondisi operasi pada
tekanan atmosferis
Kebutuhan

minyak

nyamplung

2378,8847

kg/jam


dan

metanol

536,020 kg/jam. Produk berupa biodiesel 2197,3140 kg/jam. Utilitas pendukung
proses meliputi penyediaan air diperoleh dari sungai, penyediaan saturated steam
sebesar 246,524 kg/jam, kebutuhan air pendingin sebesar 129.364,63 kg/jam,
kebutuhan udara tekan sebesar 77,2684 m3/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari
PLN dan 1 buah generator set sebesar 600 kW sebagai cadangan. Pabrik ini
didirikan dikawasan Kutai Kalimantan timur dengan jumlah karyawan 180 orang.
Pabrik

biodiesel

ini

menggunakan

modal


tetap

sebesar

Rp.213.888.039.113,56 dan modal kerja sebesar Rp.78.840.223.277,98. Dari
analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak
Rp.61.225.770.671,37 dan keuntungan setelah dipotong pajak 30% sebesar
Rp.18.376.731.201,41. Percent Return On Investment (RIO) sebelum pajak 26,40%
dan setelah pajak 18,48%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,75 tahun dan
sesudah pajak 3,51 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 53,79% dan Shut Down
Point (SDP) sebesar 27,83%. Discounted Cast Flow (DCF) terhitung sebesar 35%.
Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini menguntungkan
dan layak untuk didirikan.

Salah satu energi alternatif

5

2009


1,25

harus

oleh

6

2010

1,44

Indonesia untuk mengatasi masalah

7

2011

1,63


kelangkaan sumber daya mineral

8

2012

1,82

adalah

biodiesel.

9

2013

2,01

Karena Indonesia mempunyai bahan


10

2014

2,20

yang

dikembangkan

pengembangan

baku yang melimpah.

Berdasarkan

data

kebutuhan


Biodiesel merupakan bahan

Biodiesel maka didirikanlah pabrik

bakar alternatif dari bahan mentah

biodiesel berkapasitas 20.000 ton per

terbaharukan

tahun untuk memenuhi kebutuhan

(renewable),

yaitu

minyak tumbuhan atau lemak hewan

energi di Indonesia.


yang

TINJAUAN PUSTAKA

diproses

dengan

cara

transesterifikasi, esterifikasi maupun
proses

2.1. Macam-Macam Proses

esterifikasi-transesterifikasi.

Biodiesel

dihasilkan


dari

reaksi

Dalam
pembuatan

proses

biodiesel

dari

minyak atau lemak dengan metanol

minyak biji nyamplung telah

atau etanol menghasilkan metil ester


diketahui bahwa kandungan

dan gliserin. Kegunaan biodiesel

asam lemak bebas pada bahan

sebagai bahan bakar alternatif pada

baku > 2% sehingga akan

dasarnya mampu menggantikan solar

terbentuk

100% tanpa harus memodifikasi

menyebabkan

mesin diesel.


proses

Tabel 1. Kebutuhan Biodiesel

No Tahun

sabun

yang

terhambatnya
transesterifikasi

sehingga

memperkecil

Kebutuhan

produksi biodiesel, bahkan

Biodiesel

kandungan asam lemak yang

(Juta Kiloliter)

tinggi menyebabkan proses

1

2005

0

2

2006

0,22

kegagalan

3

2007

0,88

Untuk

4

2008

1,06

kegagalan

transesterifikasi

mengalami

(suess,

1999).

menghindari
dalam

transesterifikasi

proses

pembuatan

biodiesel dilakukan melalui

ditentukan

dua tahap. Tahap pertama

persamaan :

yaitu

ΔHofreaksi = ΣΔHofproduk -

esterifikasi,

dengan

mereaksikan minyak jelantah

ΣΔHofreaktan

dan metanol dengan katalis

Data ΔHof untuk masing-

asam.

masing komponen:

Proses

mengurangi

ini

akan

kadar

asam

Tabel 2. Harga ΔHof untuk

lemak bebas yang terkandung
pada

minyak

Tahap

nyamplung.

kedua

yaitu

beberapa komponen
Komponen

-672,0918

CH3OH

-201,1945

mereaksikan hasil dari proses

C18H36O2

-626,3119

esterifikasi

C3H8O3

-582,9225

H2O

-68,3174

dengan

dan

metanol

dengan katalis basa.
2.2. Kegunaan Produk

(Yaws,1999)

Biodiesel merupakan bahan bakar
yang

berguna

untuk

menggerakkan

genset,

mengoperasikan
untuk

ΔHof, KJ/mol

Trigliserida

transesterifikasi

nabati

dengan

komputer,

alternatif

bahan

dan
bakar

Keterangan :
Jika ΔHofreaksi = - (negatif), maka
reaksi bersifat eksotermis.
Jika ΔHofreaksi = + (positif), maka
reaksi bersifat endotermis.

kendaraan.
DISKRIPSI PROSES

a. Reaksi esterifikasi
ΔHofreaksi = ΣΔHofproduk - ΣΔHofreaktan

3.1. Tinjauan Termodinamika
Untuk

menentukan

reaksi

apakah

secara

eksotermis

endotermis

maka

pembuktian

sifat

berjalan
atau
perlu
dengan

menggunakan panas reaksi
(ΔHof

)

yang

dapat

=[ΔHofH2O+3xΔHofC18H36O2][ΔHofTrigliserida+3xΔHofCH3OH]
= [ (-68,3174) + (3 x -626,3119)] [-672,0918 + (3x -201,1945)]
= (-1947,2531 ) – (-1275,6754)
= -167,5778 KJ/mol.jam

b. Reaksi transesterifikasi

= exp (0,0503)

ΔH freaksi = ΣΔH fproduk - ΣΔH freaktan
o

o

o

K298,15 = 1,0516

= [ΔH fC3H8O3 +(3xΔH fC18H36O2]
o

o

– [ΔHofTrigliserida + (3xΔHofCH3OH]

= [-582,9225+ (3 x -626,3119)]
– [-672,0918 + (3 x -201,1945)]

Menghitung nilai K suhu operasi
333,15 K (60oC).
d(lnK) =

-

dT

= (-2461,8582 ) – (-1275,6754)
= -1186,183 KJ/mol.jam

Menghitung besarnya nilai ΔGof total
dengan

menggunakan

persamaan

-

Van’t tloff

=

ln

[

-

]

a. Reaksi esterifikasi
ΔGoftotal= ΣΔGofproduk - ΣΔGofreaktan

=

ln

= [ΔG fH2O + 3 x ΔG fC18H36O2] –
o

o

[ΔGofTrigliserida6 + 3 x ΔGofCH3OH]

-

= [(-56,6899)+(3 x -118,2250)] – [-

[

]

-

190,8463 + (3 x -162,6575)]

ln

= 267,9039 KJ/mol

= 0,0025

b. Reaksi transesterifikasi
ΔGoftotal = ΣΔGofproduk - ΣΔGofreaktan

KToperasi = 1,0025

= [ΔGofC3H8O3 + 3 x ΔGofC18H36O2] –

Dari perhitungan tersebut didapatkan

[ΔGofTrigliserida

nilai KToperasi sebesar 1,0025, jadi

+3

x

ΔG fCH3OH]
o

reaksi berjalan reversible.

= [-448,7931 + (3 x -118,2250)] –

3.2. Tinjauan Kinetika Reaksi

[-190,8463 + (3 x -162,6575)]

Proses

= -124,6493 KJ/mol

Menentukan

nilai

konstanta

pembentukan

biodiesel berlangsung melalui

kesetimbangan (K) pada suhu 298,15

reaksi

K dengan persamaan :

transesterifikasi

ΔGof = -RTlnK

reaktor CSTR pad suhu 60oC

KJ/Kmol.K
K298,15 =

dengan R = 8,314

di

dan
dalam

dan tekanan 1atm. Dalam
reaktor dipasang pengaduk
yang

=

esterifikasi

berfungsi

untuk

mencampur kedua reaktan.

Bahan baku yang masuk ke
dalam

reaktor

kondisinya

sesuai

dengan

kondisi

sudah
operasi.

(P-02) agar masuk ke dalam heater
(E-02) dipanaskan hingga suhunya
mencapai 60oC.

Sehingga pada saat masuk ke dalam

Metanol dengan kadar 99 % yang

reaktor bahan baku sudah langsung

disimpan dalam tangki penyimpan

bisa bereaksi. Reaksi yang terjadi di

(T-02) dialirkan kedalam mixer (M-

dalam reaktor adalah sebagai berikut

01) dengan menggunakan pompa (P-

:

03). Di dalam mixer metanol fres

Reaksi esterifikasi

dari tangki (T-02) dicampur dengan

Trigliserida + 3CH3OH

3C18H36O2

+

H 2O

metanol recycle dari menara destilasi
(D-01) dan katalis H2SO4 yang

Reaksi transesterifikasi
Trigliserida + 3CH3OH

berupa cairan.

3C18H36O2

+

C3H8O3

Kedua

reaksi

tersebut

termasuk reaksi eksotermis. Oleh
karena

itu

dalam

perancangan

menggunakan reaktor dengan jaket
pendingin, sehingga suhu operasi di
dalam reaktor tetap dalam kondisi
yang diinginkan yaitu suhu 60oC.
Reaksi berlangsung dengan waktu
tinggal 1 jam dan dihasilkan konversi
dari trigliserida sebesar 85% untuk
reaksi esterifikasi dan 96% untuk
reaksi transesterifikasi.
3.3. Tahap Proses
1. Persiapan Bahan Baku

2. Pembentukan Produk
Proses

pembentukan

berlangsung

biodiesel

melalui

reaksi

esterifikasi dan transesterifikasi di
dalam reaktor CSTR pad suhu
60oC dan tekanan 1atm.
Reaksi yang terjadi di dalam
reaktor adalah sebagai berikut :
Reaksi esterifikasi :
Trigliserida + 3CH3OH

3C18H36O2 +

H 2O

Reaksi transesterifikasi :
Trigliserida+3CH3OH

3C18H36O2 +

C3H8O3

Kedua

reaksi

tersebut

minyak biji nyamplung dibersihkan

termasuk reaksi eksotermis. Oleh

dahulu dari gumnya menggunakan

karena itu dalam perancangan

asam pospat di tangki degumming,

menggunakan

kemudian di pompa dengan pompa

jaket pendingin, sehingga suhu

reaktor

dengan

operasi di dalam reaktor tetap

Hasil dari tangki pencuci

dalam kondisi yang diinginkan

dialirkan ke decanter (H-

yaitu

suhu

60oC.

Reaksi

05)

berlangsung dengan waktu tinggal

untuk

dipisahkan

kembali.

1 jam dan dihasilkan konversi dari

SPESIFIKASI ALAT

trigliserida sebesar 85% untuk

4.1. Reaktor

reaksi esterifikasi dan 96% untuk

Nama Alat

: Reaktor

reaksi transesterifikasi.

Kode

: R-01

a. Pemurnian Produk

Mereaksikan

Proses pemisahan dalam
tangki pencuci dilakukan
dengan

Fungsi

:

menambahakan

air dari utilitas dengan

fraksi

ringan

Kapasitas

: 4.881,692 ft3
Reaktor Alir

Jenis Alat

: Tangki

dicuci

Berpengaduk

menggunakan air yang
:

hingga

Jumlah

: 3

Proses

Kondisi

dipanaskan

heater

(E-03)

suhunya

60 C.

pencucian

Stainless Stell

Bahan

sudah

o

metanol menjadi
metil ester

jumlah 50% dari berat
metil ester. Dalam H-04

trigliserida dan

di

dilakukan

Operasi

Type

: 60oC dan P 1 atm

dengan bantuan pengaduk

Tekanan

sehingga

kembali

desain

lapisan,

Dimensi

:

yaitu frasi ringan dan

Diameter

: 4,938 m

fraksi berat. Tujuan dari

Tinggi

: 4,938 m

Tebal shell

: 0,250 in

Tebal head

: 0,375 in

Pengaduk

:

Jenis

: Six blade disk

terbentuk

pencucian
untuk

dua

ini

adalah

menghilangkan

fraksi berat yang masih
terikut ke dalam fraksi
ringan.

: 22,685 psi

Jumlah

: 1 buah

sarana penunjang demi lancarnya

Diameter

: 1,646 m

proses pengolahan biodiesel pada

Kecepatan

: 33,563 rpm

unit proses produksi yang meliputi :

Power

: 30 Hp

unit pengolahan air (air proses, air
sanitasi, air pendingin dan air umpan

Jaket
Pendingin

:

boiler), unit penyedia steam, bahan

Tebal

: 0,5 in

Diameter

: 5,893 m

Tinggi

: 4,938 m

bakar, listrik dan udara tekan.

MANAJEMEN PERUSAHAAN
Pabrik biodiesel yang akan didirikan
direncanakan

4.2. Decanter

mempunyai

Nama Alat

: Decanter

Perseroan

Kode

: D-01

Biodiesel ini akan dibangun di Kutai,

Fungsi

: Memisahakan

Kalimantan Timur dan perusahaan

Tipe

Terbatas

bentuk
PT

metil ester dari

bertatus swasta yang berkapasitas

komponen lain

20.000 ton per tahun.
Direktur Utama

: Tangki

Staf Ahli
& Litbang

Sekretaris

Horizontal
Bahan

(PT).

Diretur
Teknik & Produksi

Direktur
Keuangan & Umum

: Stainless stell
Kabag.
Produksi

Kabag.
Teknik

Konstruksi

Kasi.
Proses
Engeneering

Kabag.
Sumber Daya
Manusia

Kabag.
Pemasaran

Kasi.
Penelitian dan
Pengembangan

Kasi.
Pemasaran dan
Distribusi

Kabag.
Keuangan

Kabag.
Umum

Kapasitas

: 1,175 m3

Panjang

: 3,148 m

Diameter

: 0,868 m

Gambar 2. Struktur Organisasi

Tebal shell

: 0,187 in

Perusahaan

Tebal head

: 0,187 in

ANALISA EKONOMI

Jumlah

: 5 buah

Pabrik biodiesel dengan kapasitas

Kasi.
Pemeliharaan

Kasi.
Instrument

Kasi.
Utilitas

Kasi.
Laboratorium

Kasi.
Personalia

Kasi.
Keamanan

Karyawan

20.000

ton

per

tahun

sudah

melakukan analisa ekonomi dan di

UTILITAS
yang

dapatkan keuntungan sebelum pajak

menyediakan bahan pembantu atau

Rp. 61.225.770.671,37 dan sesudah

Utilitas

merupakan

bagian

pajak

Rp.

45.079.510.960,83.

Besarnya BEP 53,79% dan SDP

Balitbang

Kehutanan

Republik

27,83%. Besarnya RIO sebelum

Indonesia. 2008. Tanaman

pajak 26,403% dan setelah pajak

nyamplung

18,482%. POT sebelum pajak 2,75

sebagai

tahun dan sesudah pajak 3,51 tahun.

biofuel.

Nilai DCF sebesar 35%. Dari analisa

http://www.dephut.go.id

tersebut

maka

pabrik

biodiesel

dengan kapasitas 20.000 ton per
tahun layak untuk dibangun, karena
beresiko rendah dan menguntungkan.
400
350
300
250
200
150
100
50
0

berpotensi
sumber

energy

Brown, G.G., Donal Katz, Foust,
A.S., and Schneidewind, R.,
Unit

1978,

Operation,

Modern Asia Edition, John

Rupiah/Tahun (x109)

Wiley and Sons, Ic., New
York.
Brownell, L.E., and Young, E.H.,
1959,

Process

Equipment

Design, John Wiley and Sons,
Produksi
(%)100
0 Tingkat
10 20 30
40 50 Per
60 Tahun
70 80 90

Inc., New York.
Gambar 2. Grafik Analisis Ekonomi
Coulson, J.M., and Richardson, J.F.,
2005, Chemical Engineering,

DAFTAR PUSTAKA

Vol
Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955,
Chemical Engineering Cost
Estimation, Mc Graw Hill
Handbook Co., Inc., New
York.
Susilo, Bambang. 2006. “Biodiesel:
Pemanfaatan
Pagar
Bahan

Biji

sebagai

Jarak

Alternatif

Bakar.”

Agrisarana. Surabaya

Trubus

6,

Pergamon

Internasional Library, New
York.
Harianja,

Edward.

2011.

“Perancangan

Pabrik

Biodiesel

dari

Minyak

Jelantah

Kapasitas

15.000

Ton/Tahun”.
usu.ac.id.

Repository-

Kern, D.Q., 1983, Process Heat

Musanif,

jamil.,

“Biodiesel”,

Transfer, Mc Graw Hill Book

www.pphp.deptan.go.id,

Co., Inc., New York.

Diakses

Kirk, R.E., and Othmer, D.F., 1983,
Encyclopedia

of

Chemical

Technology, 3rd ed., John

pada

tanggal

4

November 2014, Pukul 14.19
WIB
Perry, R.H., and Green, D.W., 1984,
Chemical

Wiley and Sons, Inc., New

“Perry’s

York.

Engineer’s Handbook”, 6th

Laelatul

Fauziah

(2012).

Prarancangan

Pabrik

Biodiesel dari Minyak Jarak
Pagar

dan

Metanol

Kapasitas 10.000 Ton per

ed., Mc Graw Hill Book Co.,
Inc., New York.
Perry, R.H., and Green, D.W., 1997.
“Perry’s

Chemical

Engeenering’s
th

Handbook”,

Tahun. Surakarta: Universitas

7

Muhammadiyah Surakarta.

Company, NewYork

McCabe, W.I. and Smith, J.C., 1985.,

ed., McGraw-Hill Book

Peters, M.S., and Timmerhaus, K.D.,

“Unit Operation of Chemical

1991,

Engeenering”

Economics

McGraw

4th

edition,

Hill

Book

Plant

Design
for

and

Chemical

Engineers, 4th ed., Mc Graw
Hill Book Co., Inc., New

Company. Singapore
Mukhlis dan Kade, Sidiyasa, 2011,

York.

“Aspek Ekologi Nyamplung

Rase, F.H., 1977, Chemical Reactor

(Calophyllum inophyllum L.)

Design for Process Plants,

di

John Wiley and Sons, Inc.,

Hutan

Pantai

Tanah

Merah, Tanaman Hutan Raya
Bukit

Soeharto”,

Penelitian
Konservasi

Balai

Teknologi
Sumber

Daya

Alam Samboja, Balikpapan

New York.
Sahirman.

2008.

Perancangan

Proses Dua Tahap (Estrans)
Untuk

Produksi

Biodiesel

dari Minyak Biji Nyamplung.

Disertasi S3 Departemen TIP.

Perseroan Terbatas. Jakarta:

Intitut Pertanian Bogor
Smith, J.M., and Van Ness, H.C.,
1975,

Introduction

to

Yaws, C.

L. (1999).

Chemical

Properties Handbook. USA:

Thermodynamics, Mc Graw

McGraw Hill Companies Inc.

Hill Book co., Inc., New
York.
Asahimas

Chemical,

http://matche.com/EquipCost,”
Harga

alat-alat

Diakses

pada

Proses”,

tanggal

15

www.asc.co.id, Diakses pada

Maret 2015, Pukul 20.00

tanggal 20 November 2014,

WIB

Pukul 12.20 WIB
PT.

PT Grafindo Raja Persada.

Engineering

Chemical

PT.

Widjaja, G., dan Yani, A. (2000).

Kreatif

Energi

www.goorganicjogja.wordpress.com,
Indonesia,

pada

tanggal

Nyamplung

sebagai Alternatif Penghasil

www.indobiofuel.com,
Diakses

“Keunggulan

20

Biofuel”,

Diakses

pada

November 2014, Pukul 12.45

tanggal 16 November 2014,

WIB

Pukul 14.27 WIB

PT.

Kaltim

Metanol,

tanggal

20

November 2014, Pukul 12.12
WIB
Walas, S.M., 1988, “ Chemical
Process Equipment (Selection
and Design)”, 3ed edition,
Butterworth, United State of
Amerika

“Sistem

Manajemen Mutu”, Diakses

www.kaltimmethanol.com,
Diakses

www.sisni.bsn.go.id,

pada tanggal 4 Desember
2014, Pukul 15.47