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
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