Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 6.187,5 m3/Tahun

(1)

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN DAN PENCAIRAN BIOGAS

DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 18.750 KG/HARI

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan

Ujian Sarjana Teknik Kimia

DISUSUN OLEH:

NIM: 050405010

APRIANA RAHMADANI

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 6.187,5 m3/Tahun. Tugas Akhir ini dikerjakan sebgai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana.

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

Dalam mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MSi sebagai Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Indra Surya, M.Sc sebagai co-Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Ir. Irvan, MSi sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.

4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.

5. Bapak M. Hendra S. Ginting, ST, MT, Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Ibunda tercinta, yang senantiasa teguh dalam memperjuangkan kuliah penulis hingga selesai.

(4)

8. Saudara kandung penulis, Putra, si kembar bang Gun, Ari dan seluruh keluarga besar di Batang Kuis.

9. Keponakan penulis, Melly Aprilia Kanahaya, Lisa Oktari, Naufal Tara Habib, Muhammad Rehfandy.

10. Partner penulis, Alviah Nadya Sari Simbolon, atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.

11. Teman-teman penulis, Lady Marissa Febriana, Harini Romaito, Meri Analis, Ovita Apni, Rhini wulandary, M. Izni Harahap, Rudiansyah, Indra Azmi Marpaung yang terus menyemangati penulis selama penyusunan skripsi. 12. Para senior Penulis, Rusmiati, Salhayani, Rizki Hakiki, Shofia Rija

Napitupulu, Rahma Del Fitri, Fahmi Arief Nst, Amri Suteja yang telah memotivasi dan membantu dalam kelengkapan bahan penyusunan skripsi. 13. Para Junior Penulis, Hanifah Wita Utami, Irma Suraya, Afiifah

Radhiyatullah, Ayu Ridaniati Bangun, Novita Indriani, Cut Anastasia, Febrina Lia Gultom, Fitriah Sari Nst, Arma Sari Trg, Muharimah Nst, Amalia Noor Zafira, Reviana Revitasari, Mahdalena, Sri widya Astuti, Nurul Azmi, Ika Herawati Hsb.

14. Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum namanya.

Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.

Medan, Juni 2010 Penulis

(5)

INTISARI

Biogas cair sebagai alternatif pengganti bahan bakar, terutama liquidified natural gas, sangat menjanjikan dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini.

Dalam skala perdagangan nasional dan internasional biogas cair merupakan salah satu komoditas ekonomi yang meningkat jumlah permintaannya dari tahun ke tahun. Pembuatan biogas cair menggunakan bahan baku limbah cair kelapa sawit karena selain dapat mengurangi pencemaran lingkungan juga dapat bernilai ekonomis.

Biogas cair berbahan baku limbah cair kelapa sawit diproduksi dengan kapa-sitas 18.750 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncana-kan beroperasi di desa Siabu, Kecamatan Bangkinang Barat, Kabupaten Kampar, Provinsi Riau, dengan luas area 4.345 m2, tenaga kerja yang diperlukan sebanyak 113 orang, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi garis dan staf.

Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit adalah sebagai berikut:

- Modal investasi : Rp. 64.372.283.607,- - Biaya Produksi : Rp. 38.167.903.382,- - Hasil Penjualan : Rp. 78.916.096.050,- - Laba Bersih : Rp. 38.167.903.382,-

- Profit Margin : 51,38 %

- Break Even Point : 46,64 %

- Return on Investment : 44,12 %

- Pay Out Time : 2,27 tahun

- Return on Network : 73,53 %

- Internal Rate of Return : 62,89 %

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ...i

INTISARI ...iii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR GAMBAR ...x

DAFTAR TABEL ...xi 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 Pengertian Biogas ...II-1 2.2 Sejarah Biogas ...II-2 2.3 Langkah-langkah Pembentukan Biogas ...II-3 2.4 Parameter Fermentasi ...II-4 2.4.1 Alkalinitas ...II-4 2.4.2 pH ...II-5 2.4.3 Nutrisi ...II-5 2.4.4 Logam Berat Terlarut ...II-5 2.5 Fermentasi Anaerobik ...II-5 2.6 Nilai Potensial Biogas ...II-6 2.7 Limbah Cair Kelapa Sawit ...II-6 2.8 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas

dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...II-9 2.9 Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk ...II-11

(7)

2.9.6 Urea (CO(NH)2) ...II-14 2.9.7 Air (H2O) ...II-14 2.9.8 Propana (C3H8)...II-14 2.10 Perhitungan Mikroba yang Dibutuhkan ...II-15 BAB III NERACA MASSA ...III-1

3.1 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-110) ...III-1 3.2 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202) ...III-1 3.3 Bak Netralisasi (F-107) ...III-1 3.4 Reaktor Fermentasi (R-207) ...III-2 3.5 Filter Press ...III-2 3.6 Membran Kontaktor (D-310) ...III-2 3.7 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...III-3 3.8 Flash Drum (F-406) ...III-3 BAB IV NERACA ENERGI ...IV-1 4.1 Reaktor Fermentasi (R-210) ...IV-1 4.2 Cooler I (E-301) ...IV-1 4.3 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...IV-1 4.4 Kompresor ...IV-2 4.5 Cooler II (E-402) ...IV-2 4.6 Cooler III (E-403) ...IV-2 4.7 Ekspander (G-410) ...IV-2 4.8 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-202) ...IV-3 4.9 Tangki Pencampur Nutrisi (M-110) ...IV-3 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...V-1

(8)

5.9 Bak Pencampur Nutrisi (M-202)...V-4 5.10 Tangki Penyimpan Nutrisi (F-203) ...V-4 5.11 Pompa III (L-201) ...V-5 5.12 Reaktor Fermentasi (R-210) ...V-5 5.13 Tangki Penyimpanan Propana (F-408) ...V-6 5.14 Cooler I (E-301) ...V-7 5.15 Pompa IV (L-206) ...V-7 5.16 Filter Press (H-204) ...V-7 5.17 Bak Penampung Ampas Cair (F-207) ...V-7 5.18 Membran Kontaktor (D-310) ...V-8 5.19 Bak Air (F-303) ...V-8 5.20 Bak Penampungan Air Bekas...V-8 5.21 Pompa V (L-305)...V-9 5.22 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-306) ...V-9 5.23 Kompresor (G-401) ...V-10 5.24 Cooler II (E-402) ...V-10 5.25 Tangki Penyimpanan Propana Bekas (F-409) ...V-10 5.26 Cooler III (E-403)...V-8 5.27 Ekspander (G-410) ...V-10 5.28 Flash Drum (F-405)...V-10 5.29 Tangki Penyimpanan Metana Cair (F-406) ...V-11 5.30 Tangki Penyimpanan Off Gas (F-407) ...V-11 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ...VI-1

6.1 Instrumentasi ...VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ...VI-5 6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan dan Pencairan

(9)

BAB VII UTILITAS ...VII-1 7.1 Kebutuhan Air ...VII-1 7.1.1 Screening ...VII-4 7.1.2 Sedimentasi ...VII-4 7.1.3 Klarifikasi ...VII-4 7.1.4 Filtrasi ...VII-5 7.2 Kebutuhan Listrik ...VII-7 7.3 Kebutuhan Bahan Bakar ...VII-8 7.4 Uit Pengolahan Limbah ...VII-9 7.5 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-10 7.5.1 Screening (SC) ... VII-10 7.5.2 Pompa Screening (PU-01) ... VII-10 7.5.3 Bak Sedimentasi (BS)... VII-11 7.5.4 Pompa Sedimentasi (PU-02) ... VII-11 7.5.5 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) ...VII-11 7.5.6 Pompa Alum (PU-03) ...VII-11 7.5.7 Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2CO3] (TP-02) ...VII-12 7.5.8 Pompa Soda Abu (PU-04) ...VII-12 7.5.9 Clarifier (CL) ...VII-12 7.5.10 Tangki Filtrasi (TF) ...VII-13 7.5.11 Pompa Filtrasi (PU-05) ...VII-13 7.5.12 Tangki Utilitas I (TU-01) ...VII-13 7.5.13 Pompa Tangki Utilitas I (PU-06) ...VII-14 7.5.14 Tangki Pelarutan Kaporit (TP-03) ...VII-14 7.5.15 Pompa Kaporit (PU-08) ...VII-14 7.5.16 Tangki Utilitas-2 (TU-02) ...VII-15 7.5.17 Pompa Domestik (PU-09) ...VII-15 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1

(10)

9.1 Organisasi Perusahaan ... IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis ... IX-2 9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil ... IX-2 9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ... IX-3 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf ... IX-3 9.2 Manajemen Perusahaan ... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ... IX-5 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung jawab ... IX-6 9.5 Struktur Tenaga Kerja ... IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Pendidikan ... IX-10 9.7 Hak dan Kewajiban Karyawan... IX-11 9.8 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja... IX-14 9.9 Keselamatan Kerja ... IX-15 BAB X ANALISA EKONOMI ... X-1

10.1 Modal Investasi ... X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap / Fixed Capital

Investment (FCI) ... X-1

(11)

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 6.1 Instrumentasi pada Alat ... VI-4 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan

Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VIII-5 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas

dari Limbah Cair Kelapa Sawit ... IX-16 Gambar LC-1 Sketsa bar screening ... LC-3 Gambar LD-1 Sketsa bar screening ... LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage)

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Biogas ... II-1 Tabel 2.2 Kondisi Optimum Produksi Biogas ...II-4 Tabel 2.3 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik ...II-6 Tabel 2.4 Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain ...II-6 Tabel 2.5 Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS ...II-7 Tabel 2.6 Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS ...II-7 Tabel 2.7 Karakteristik Limbah PMKS dan Baku Mutu Limbah ...II-9 Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pencampur NaHCO3 ...III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Nutrisi ...III-1 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Bak Netralisasi ...III-1 Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Fermentasi ...III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa pada Membran Kontaktor ...III-2 Tabel 3.6 Neraca Massa pada Tangki Penampung Gas Metana ...III-2 Tabel 3.7 Neraca Massa pada Flash Drum ...III-2 Tabel 4.1 Neraca Energi pada Reaktor Fermentasi ...IV-1 Tabel 4.2 Neraca Energi pada Cooler I ...IV-1 Tabel 4.3 Neraca Energi pada Tangki Akumulasi Gas Metana ...IV-1 Tabel 4.4 Neraca Energi pada Cooler II ...IV-2 Tabel 4.5 Neraca Energi pada Cooler II ...IV-2 Tabel 4.6 Neraca Energi pada Heat Exchanger –I...IV-2 Tabel 4.7 Neraca Energi pada Heat Exchanger –II ...IV-2 Tabel 4.8 Neraca Energi pada Throttle ... IV-3 Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik

Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VI-3 Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ...VII-1 Tabel 7.2 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ...VII-3 Tabel 7.3 Kualitas Air pada Sungai Batang Ulak ...VII-3 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah... VIII-4 Tabel 9.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan ... IX-9

(14)

Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan ... IX-11 Tabel LB.1 Nilaikontribusi Unsur Atom ... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K) ... LB-2 Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) ... LB-2 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) ... LB-2 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kJ/mol)... LB-3 Tabel LB.6 Data Air Pendingin yang Digunakan ... LB-3 Tabel LB.7 Energi yang masuk ke dalam Fermentor ... LB-4 Tabel LB.8 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari Fermentor ... LB-5 Tabel LB.9 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari Fermentor... LB-5 Tabel LB.10 Energi yang masuk menuju cooler I ... LB-6 Tabel LB.11 Energi yang keluar dari cooler I ... LB-6 Tabel LB.12 Energi yang masuk menuju tangki akumulasi ... LB-7 Tabel LB.13 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki akumulasi .... LB-7 Tabel LB.14 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki akumulasi ... LB-7 Tabel LB.15 Energi yang masuk menuju cooler II ... LB-10 Tabel LB.16 Energi yang keluar dari cooler-II ... LB-10 Tabel LB.17 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari cooler-II ... LB-11 Tabel LB.18 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari cooler-II ... LB-12 Tabel LB.19 Energi yang masuk ke tangki pencampur NaHCO3 ... LB-14 Tabel LB.20 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki

pencampur NaHCO3 ... LB-15 Tabel LB.21 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki

pencampur NaHCO3 ... LB-15 Tabel LB.22 Energi yang masuk ke tangki pencampur nutrisi ... LB-16 Tabel LB.23 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki

(15)

pencampur nutrisi ... LB-17

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 ... LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi... LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-12 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ... LE-13 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-14 Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17

(16)

INTISARI

Biogas cair sebagai alternatif pengganti bahan bakar, terutama liquidified natural gas, sangat menjanjikan dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini.

Dalam skala perdagangan nasional dan internasional biogas cair merupakan salah satu komoditas ekonomi yang meningkat jumlah permintaannya dari tahun ke tahun. Pembuatan biogas cair menggunakan bahan baku limbah cair kelapa sawit karena selain dapat mengurangi pencemaran lingkungan juga dapat bernilai ekonomis.

Biogas cair berbahan baku limbah cair kelapa sawit diproduksi dengan kapa-sitas 18.750 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncana-kan beroperasi di desa Siabu, Kecamatan Bangkinang Barat, Kabupaten Kampar, Provinsi Riau, dengan luas area 4.345 m2, tenaga kerja yang diperlukan sebanyak 113 orang, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi garis dan staf.

Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit adalah sebagai berikut:

- Modal investasi : Rp. 64.372.283.607,- - Biaya Produksi : Rp. 38.167.903.382,- - Hasil Penjualan : Rp. 78.916.096.050,- - Laba Bersih : Rp. 38.167.903.382,-

- Profit Margin : 51,38 %

- Break Even Point : 46,64 %

- Return on Investment : 44,12 %

- Pay Out Time : 2,27 tahun

- Return on Network : 73,53 %

- Internal Rate of Return : 62,89 %

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ketersediaan bahan bakar minyak bumi, salah satunya Liqudified Natural Gas (LNG), khususnya di Indonesia semakin hari semakin terbatas. Indonesia yang

dulunya dikenal sebagai salah satu pengekspor minyak bumi, sejak tahun 2005 telah menjadi pengimpor minyak bumi karena produksi dalam negeri tidak dapat lagi memenuhi permintaan pasar domestik yang meningkat cepat seiring dengan pertumbuhan penduduk dan industri. Kondisi ini diperparah dengan adanya kenaikan harga minyak bumi dunia akibat keseimbangan pasar yang mengarah pada kondisi over demand. Menyikapi kondisi tersebut dan untuk menjaga stabilitas pemenuhan

kebutuhan bahan bakar minyak (BBM) nasional, maka pada Januari 2006 pemerintah mengeluarkan Peraturan Presiden No.5 Tahun 2006 mengenai Kebijakan Energi Nasional (KEN) yang menyebutkan target penggunaan bahan bakar nabati (biofuel) sebesar 5% dari total energi pada tahun 2025 dan Instruksi Presiden No.1 Tahun 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan biofuel sebagai bahan bakar lain di Indonesia. Di masa depan, biofuel memiliki prospek sebagai sumber utama energi terbarukan pengganti minyak bumi, baik untuk kebutuhan domestik maupun tujuan ekspor.

Selain itu, penggunaan bahan bakar minyak bumi selama ini menyebabkan tingginya tingkat pencemaran lingkungan melalui emisi yang dihasilkan, seperti CO2, NOx, SOx, dll. Hal ini terkait langsung dengan isu dunia mengenai pemanasan global sebagai akibat dari efek rumah kaca. Untuk itu, diversifikasi dan penguasaan teknologi merupakan yang faktor penting disamping kesadaran akan kelestarian lingkungan (Witono, 2009).

(18)

mencapai 28,7 juta ton (Siregar, 2009). Hal ini jelas akan menimbulkan kerusakan bagi lingkungan hidup jika LCKS dibuang secara langsung karena LCKS memiliki kandungan Biologycal Oxygen Demand (BOD) 212,8 g/L, Chemical Oxygen Demand (COD) sebesar 347,2 g/L dan pH 4,1 (bersifat asam). Maka, pengolahan

LCKS menjadi biogas merupakan alternatif yang sangat baik karena selain dapat memberikan nilai ekonomis juga dapat mengurangi kerusakan lingkungan hidup.

Dari hasil penelitian, potensi biogas yang dihasilkan dari 600-700 kg LCKS sekitar 20 m3 biogas dan setiap m3 gas metan dapat diubah menjadi energi sebesar 4.700 – 6.000 kkal atau 20-24 MJ (Siregar, 2009).

Dengan banyaknya faktor-faktor pendukung pembuatan biogas berbahan baku LCKS tersebut, maka pra rancangan pabrik pembuatan biogas berbahan baku LCKS ini sangat layak dilakukan.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas ini yaitu diperlukannya alternatif energi untuk mengatasi kelangkaan bahan bakar terutama Liqudified Natural Gas (LNG) sekaligus untuk mengurangi tingkat pencemaran lingkungan akibat emisi yang dihasilkan. Oleh karena itu, dipilih biogas untuk menggantikan LNG dengan limbah cair kelapa sawit (LCKS) sebagai bahan baku. Selain karena bersifat organik, jumlah LCKS yang dihasilkan tiap tahun cukup besar dan jika tidak diolah dapat merusak lingkungan. Harga LCKS juga relatif murah sehingga harga biogas dari bahan baku LCKS dapat bersaing dengan harga LNG. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian mengenai pembuatan biogas dari LCKS skala pabrik.

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik

Tujuan pembuatan pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas ini adalah untuk menerapkan disiplin ilmu teknik kimia, khususnya bidang neraca massa, neraca energi, utilitas, perancangan proses, operasi teknik kimia dan bagian ilmu teknik kimia lainnya dalam pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas dari limbah cair kelapa sawit.

(19)

1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik

Manfaat Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit adalah dapat memberi gambaran kelayakan (feasibility) dari segi rancangan dan ekonomi pabrik yang nantinya gambaran tersebut dapat menjadi patokan untuk pengambilan keputusan terhadap pendirian pabrik tersebut. Selain itu, untuk memaksimalkan potensi sektor industri dan perdagangan juga untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar.

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk di antaranya: kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegrable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida (Anonim, 2007 ).

Umumnya, semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Tetapi hanya bahan organik homogen, baik padat maupun cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Bila sampah-sampah organik tersebut membusuk, akan dihasilkan gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang

dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Umumnya kandungan CH4 dalam reaktor sampah organik berbeda-beda.

Zhang et al.(1997) dalam penelitiannya, menghasilkan CH4 sebesar 50-80% dan CO2

20-50%. Sedangkan Hansen (2001), dalam reaktor biogasnya mengandung sekitar 60-70% CH4, 30-40% CO2, dan gas-gas lain, meliputi amonia (NH3), hidrogen

sulfida (H2S), merkaptan (tio alkohol) dan gas lainnya. Tetapi secara umum rentang

komposisi biogas adalah sebagai berikut:

Tabel 2.1 Komposisi Biogas

Komponen %

Metana (CH4) 55-75

Karbon dioksida (CO2) 25-45

Nitrogen (N2) 0-0,3

Hidrogen (H2) 1-5

Hidrogen sulfida (H2S) 0-3

Oksigen (O2) 0,1-0,5

(Hermawan, dkk, 2007)

CH4 dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi CO2 yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena

CH4 merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan CO2. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer

(21)

tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil.

Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar CH4 minimal 57% yang

menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996), biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan CH4 telah mencapai minimal 60%.

Pembakaran gas CH4 ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan

asap (Hermawan dkk, 2007).

2.2 Sejarah Biogas

Gas CH4 terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik oleh bakteri metana atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik sehingga terbentuk gas metana (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya di tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Gas metana sama dengan gas LPG (Liquidified Petroleum Gas), perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak. (Anonim, 2005).

Kebudayaan Mesir, China, dan Roma kuno diketahui telah memanfaatkan gas alam ini yang dibakar untuk menghasilkan panas. Namun, orang pertama yang mengaitkan gas bakar ini dengan proses pembusukan bahan sayuran adalah Alessandro Volta (1776), sedangkan Willam Henry pada tahun 1806 mengidentifikasikan gas yang dapat terbakar tersebut sebagai CH4. Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan CH4.

Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang Dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga BBM (Bahan Bakar Minyak) semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun 1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu

(22)

ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900.

Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit biogas dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran gas bio yang terbentuk.

Dengan teknologi tertentu, gas metana dapat dipergunakan untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik, menjalankan kulkas, mesin tetas, traktor, dan mobil. Secara sederhana, gas metana dapat digunakan untuk keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas sebagaimana halnya LPG. (FAO, 1981).

2.3 Langkah-Langkah Pembentukan Biogas

Secara umum, langkah-langkah pembentukan biogas ada 3 yaitu : 1. Hidrolisis

Pada langkah pertama, bahan organik secara enzimatis diuraikan oleh enzim ekstraselular (selulosa, amilase, proteinase, dan lipase) mikroorganisme. Bakteri mendekomposisi rantai panjang karbohidrat, protein dan lemak menjadi bagian yang lebih pendek. Sebagai contoh, polisakarida diubah menjadi monosakarida. Protein dibagi menjadi peptida dan asam amino.

2. Asidifikasi

Bakteri penghasil asam, terlibat dalam langkah kedua, menkonversi hasil fermentasi menjadi asam asetat (CH3COOH), hidrogen (H2) dan karbon dioksida (CO2). Bakteri ini bersifat anaerobik dan dapat tumbuh di bawah kondisi asam. Untuk menghasilkan asam asetat, mereka membutuhkan oksigen dan karbon. Untuk ini, mereka menggunakan oksigen larut dalam larutan atau oksigen terikat. Selain itu, bakteri penghasil asam menciptakan suatu kondisi anaerobik yang penting bagi mikroorganisme penghasil metana. Setelah itu, terjadi penguraian senyawa dengan berat molekul yang rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan metana.

(23)

3. Pembentukan Metana

Bakteri penghasil metana, terlibat dalam langkah ketiga, mendekomposisi senyawa dengan berat molekul rendah. Sebagai contoh, digunakan hidrogen, karbon dioksida, dan asam asetat untuk membentuk CH4 dan CO2. Di bawah kondisi alami, mikroorganisme penghasil metana bersifat anaerobik dan sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan.

2.4 Parameter Fermentasi

Pada dasarnya efisiensi produksi biogas sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor meliputi : suhu, derajat keasaman (pH), konsentrasi asam-asam lemak volatil, nutrisi (terutama nisbah karbon dan nitrogen), zat racun, waktu retensi hidrolik, kecepatan bahan organik, dan konsentrasi amonia. Dari berbagai penelitian yang penulis peroleh, dapat dirangkum beberapa kondisi optimum proses produksi biogas yaitu:

Tabel 2.2 Kondisi Optimum Produksi Biogas

Parameter Kondisi Optimum

Suhu 550C

Deajat Keasaman 6,8-7,8

Nutrien Utama Karbon dan Nitrogen

Sulfida <200 mg/L

Logam-logam berat terlarut < 1 mg/L

Sodium <5000 mg/L

Kalsium < 2000 mg/L

Magnesium < 1200 mg/L

Amonia < 1700 mg/L

Parameter-parameter di atas harus diperhatikan dan dijaga karena jika kondisi tidak terpenuhi maka produk utama yang dihasilkan bukan CH4, melainkan CO2.

2.4.1 Alkalinitas

Alkalinitas limbah cair dapat dihasilkan dari hidrokarbon, karbonat(CO32-) dan

bikarbonat (HCO3-) yang berikatan dengan kalsium, magnesium, kalium dan amonia.

Alkalinitas limbah cair membantu mempertahankan pH agar tidak mudah berubah yang disebabkan oleh penambahan asam. Selain itu, alkalinitas juga mempengaruhi pengolahan zat-zat kimia dan biologi serta dibutuhkan sebagai nutrisi bagi mikroba.

Kadar alkalinitas diperoleh dengan menitrasi sampel dengan larutan standar asam dan diperoleh hasil dalam satuan mg/L CaCO3.

(24)

2.4.2 pH

Konsentrasi ion-hidrogen merupakan kualitas parameter yang penting di dalam limbah cair. pH dapat diartikan sebagai eksistensi dari kehidupan mikroba di dalam limbah cair (biasanya bernilai 6 - 9). Limbah cair memiliki pH yang sulit diatur karena adanya proses pengasaman pada limbah cair.

2.4.3 Nutrisi

Nutrisi bagi pertumbuhan mikroba dalam limbah cair umumnya adalah nitrogen dan fosfor (NP). Untuk mendapatkan sludge yang kecil pada proses anaerobik, maka diperlukan kadar NP yang cukup. Oleh karena itu, penambahan N dan/atau P yang dibutuhkan tergantung dari substrat dan nilai dari SRT (Solid

Retention Time). Biasanya jumlah nutrisi yang dibutuhkan seperti NP dan sulfur (S)

pada rentang 10-13, 2-2,6 dan 1-2 mg/100 mg limbah. Namun, agar metanogenesis yang terjadi maksimum, konsentrasi NPK biasanya 50, 10, dan 5 mg/L. Kandungan N dapat diperoleh dari berbagai macam senyawa, salah satunya NH4HCO3 (amonium

hidrogen karbonat).

2.4.4 Logam Berat Terlarut

Logam berat terlarut sangat penting di dalam proses fermentasi limbah cair, terutama pada proses metanogenesis, karena berfungsi sebagai nutrisi penting bagi pertumbuhan mikroba. Kandungan logam berat terlarut yang direkomendasikan pada pengolahan limbah cair seperti besi, kobalt, nikel dan seng adalah 0,02; 0,004; 0,003 dan 0,002 mg/g produksi asam asetat. Sedangkan kadar logam berat terlarut yang direkomendasikan per liter reaktor adalah 1 mg FeCl2; 0,1 mg CaCl2; 0,1 mg NiCl2;

dan 0,1 mg ZnCl2.Penambahan logam-logam ini meningkatkan aktifitas mikroba dan

sangat menguntungkan pada proses anaerobik untuk limbah cair.

2.5 Fermentasi Anaerobik

Fermentasi anaerob berarti selama proses fermentasi tidak ada udara yang masuk di dalam reaktor. Fermentasi anaerob memiliki bebearapa keuntungan dan kerugian, yaitu:

(25)

Tabel 2.3 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik

No. Keuntungan Kerugian

1. Energi yang dibutuhkan sedikit Membutuhkan waktu pembiakan yang lama

2. Produk samping yang dihasilkan sedikit

Membutuhkan penambahan senyawa alkalinity

3. Nutrisi yang dibutuhkan sedikit Tidak mendegradasi senyawa nitrogen dan fosfor

4. Dapat menghasilkan senyawa methana yang merupakan sumber energi yang potensial

Sangat sensitif terhadap efek dari perubahan temperatur

5. Hanya membutuhkan rekator dengan volume yang kecil

Menghasilkan senyawa yang beracun seperti H2S.

(Metcalf & Eddy, 2003)

2.6 Nilai Potensial Biogas

Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2, dan partikulat lainnya) dan telah

mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada kendaraan. Di Indonesia nilai potensial pemanfaatan biogas ini akan terus meningkat karena adanya jumlah bahan baku biogas yang melimpah dan rasio antara energi biogas dan energi minyak bumi yang menjanjikan. Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut:

Tabel 2.4 Kesetaraan Biogas dengan sumber lain

Bahan Bakar Jumlah

Biogas 1 m3

Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter

Minyak solar 0,52 liter

Bensin 0,8 liter

Gas kota 1,5 m3

Kayu bakar 3,5 kg

2.7 Limbah Cair Kelapa Sawit

Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) berasal dari air kondensat pada proses sterilisasi, air dari proses klarifikasi, air hydrocyclone (claybath), dan air pencucian pabrik. Jumlah air buangan tergantung

(26)

pada sistem pengolahan, kapasitas olah pabrik, dan keadaan peralatan klarifikasi. Limbah cair PMKS mengandung bahan organik yang relatif tinggi dan tidak bersifat toksik karena tidak menggunakan bahan kimia dalam proses ekstraksi minyak. Komposisi kimia limbah cair PMKS dan komposisi asam amino limbah cair segar disajikan pada tabel berikut.

Tabel 2.5 Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS

Komponen % Berat Kering

Ekstrak dengan ether 31.60

Protein (N x 6,25) 8.20

Serat 11.90

Ekstrak tanpa N 34.20

Abu 14.10

P 0.24

K 0.99

Ca 0.97

Mg 0.30

Na 0.08

Energi (kkal / 100 gr) 454.00

(Siregar, 2009)

Tabel 2.6 Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS

Asam Amino %

Lisine 0.98

Histidine 2.02

Arginine 0.74

Aspartot asam 8.37

Threoine 3.37

Serine 8.19

Glutamit asam 13.19

Piroline 3.80

Glycine 1.96

Alanine 5.67

Valine 4.05

Methionine 0.14

Isoleusine 3.10

Leusine 8.79

Tyrosine 2.06

Phanylalarine 3.48

(Siregar, 2009)

Limbah cair PMKS umumnya bersuhu tinggi, berwarna kecoklatan, mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid dan residu minyak dengan kandungan biological oxygen demand (BOD) yang tinggi. Bila larutan

(27)

tersebut langsung dibuang ke perairan sangat berpotensi mencemari lingkungan, sehingga harus dioleh terlebih dahulu sebelum dibuang.

Parameter yang menggambarkan karakteristik limbah terdiri dari sifat fisik, kimia, dan biologi. Karakteristik limbah berdasarkan sifat fisik meliputi suhu, kekeruhan, bau, dan rasa, berdasarkan sifak kimia meliputi kandungan bahan organik, protein, BOD, chemical oxygen demand (COD), sedangkan berdasakan sifat biologi meliputi kandungan bakteri patogen dalam air limbah. Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup ada 6 (enam) parameter utama yang dijadikan acuan baku mutu limbah meliputi :

a. Tingkat keasaman (pH), ditetapkannya parameter pH bertujuan agar mikroorganisme dan biota yang terdapat pada penerima tidak terganggu, bahkan diharapkan dengan pH yang alkalis dapat menaikkan pH badan penerima.

b. BOD, kebutuhan oksigen hayati yang diperlukan untuk merombak bahan organik. Semakin tinggi nilai BOD air limbah, maka daya saingnya dengan mikroorganisme atau biota yang terdapat pada badan penerima akan semakin tinggi.

c. COD, kelarutan oksigen kimiawi adalah oksigen yang diperlukan untuk merombak bahan organik dan anorganik, oleh sebab itu nilai COD lebih besar dari BOD.

d. Total suspended solid (TSS), menggambarkan padatan melayang dalam cairan limbah. Pengaruh TSS lebih nyata pada kehidupan biota dibandingkan dengan total solid. Semakin tinggi TSS, maka bahan organik membutuhkan oksigen

untuk perombakan yang lebih tinggi.

e. Kandungan total nitrogen, semakin tinggi kandungan total nitrogen dalam cairan limbah, maka akan menyebabkan keracunan pada biota.

f. Kandungan oil and grease, dapat mempengaruhi aktifitas mikroba dan merupakan pelapis permukaan cairan limbah sehingga menghambat proses oksidasi pada saat kondisi aerobik.

Kementerian Negara Lingkungan Hidup secara khusus telah menerbitkan 2 buah Keputusan Menteri yang menyangkut pemanfaatan air limbah PMKS yaitu Kepmen LH Nomor 28 Tahun 2003 tentang Pedoman Teknis Pengkajian dan

(28)

Pemanfaatan Air Limbah Industri Minyak Kelapa Sawit pada Tanah di Perkebunan Kelapa Sawit dan Kepmen LH Nomor 29 Tahun 2003 tentang Tata Cara Perizinan Pemanfaatan Air Limbah Industri Minyak Kelapa Sawit pada Tanah di Perkebunan Kelapa Sawit. Karakteristik limbah yang dihasilkan PMKS dan baku mutu limbah disajikan pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.7 Karaktersitik Limbah PMKS dan Baku Mutu Limbah

Parameter Limbah PMKS

*)

Baku Mutu Limbah **)

pH 4,10 6 – 9

BOD (g/L) 212,80 110

COD (g/L) 347,20 250

TSS (g/L) 211,70 100

Kandungan Nitrogen Total (g/L) 41 20

Oil and grease (g/L) 31 30

*) Siregar (2009)

**) Kepmen LH Nomor 51/MEN LH/10/1995

Berdasarkan data di atas, ternyata semua parameter limbah cair PMKS berada diatas ambang batas baku mutu limbah. Jika tida dilakukan pencegahan dan pengolahan limbah, maka akan berdampak negatif terhadap lingkungan seperti pencemaran air yang mengganggu bahkan meracuni bota perairan, menimbulkan bau, dan menghasilkan gas metan dan CO2 yang merupakan emisi gas penyebab efek rumah kaca yang berbahaya bagi lingkungan.

2.8 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit

2.8.1 Pretreatment Limbah Cair Kelapa Sawit

Limbah cair kelapa sawit (LCKS) dikumpulkan di dalam bak penampungan (F-101), dimana pada bagian atasnya terdapat screening filter (H-102 A/B) yang bertujuan untuk menyaring partikel-partikel seperti cangkang sawit atau serat-serat lain yang dapat menggangu proses fermentasi. Selain itu, pasir yang terkandung di dalam LCKS juga diendapkan agar tidak mengganggu proses fermentasi dan alat yang digunakan tidak cepat rusak. Lumpur yang mengendap dipisahkan dari LCKS dan menuju penyaringan filter press untuk diolah menjadi pupuk.

(29)

2.8.2 Fermentasi Limbah Cair Kelapa Sawit menjadi Biogas

Limbah cair kelapa sawit (LCKS) yang telah terpisah dengan ampas ditampung dalam bak penampung (F-103). Sebagian LCKS dialirkan ke tangki pencampuran NaHCO3 (M-110) untuk melarutkan padatan NaHCO3. Penambahan senyawa NaHCO3 dilakukan untuk menetralkan pH di dalam reaktor, karena proses fermentasi berlangsung dengan baik dalam pH 6-8. Kemudian campuran NaHCO3 dialirkan ke dalam bak netralisasi (F-106) bersama dengan LCKS yang dialirkan dari bak penampung (F-103). Kemudian inokulum dan sebagian LCKS di alirkan ke dalam tangki pencampuran nutrisi (M-102) untuk memudahkan proses penambahan nutrisi ke dalam reaktor karena nutrisi berupa padatan. Jika nutrisi di tambahkan langsung ke dalam reaktor, maka kondisi reaktor akan sulit dijaga agar tetap di dalam kondisi anaerobik.

Setelah itu, LCKS yang telah netral pH-nya, larutan nutrisi beserta inokulum dialirkan ke fermentor. Fermentor yang digunakan adalah jenis tangki berpengaduk (Continious Stirred Tank Reactor). suhu di dalam fermentor dijaga 35-390C, dimana bakteri yang digunakan adalah bakteri mesofillik. Proses yang terjadi meliputi proses hidrolisis, asidifikasi, dan proses pembentukan metana dengan hydraulic retention time 7 hari. Dari fermentor, sisa ampas dialirkan ke filter press untuk kemudian

diolah menjadi pupuk padat dan pupuk cair.

2.8.3 Pemurnian Biogas

Komponen biogas terbesar yang dihasilkan yaitu metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Campuran gas ini diturunkan suhunya hingga 30oC pada cooler I (E-301) agar proses absorpsi berlangsung lebih efektif. Lalu campuran gas dialirkan ke dalam suatu kolom membran kontaktor untuk memisahkan CO2 dimana air sebagai absorber. Jenis membran yang digunakan adalah serat berongga (hollow fibre). Selektivitas air tehadap CO2 dan solubilitas CO2 dalam air menyebabkan CO2 dapat melewati membran dalm melarut dalam air. Campuran Air-CO2 masuk ke dalam bak (F-303) dan CH4 ditampung dalam tangki (F-304) .

2.8.4 Pencairan Biogas

Gas metan yang telah dimurnikan ditampung dalam tangki akumulasi (F-304) Tekanan gas metana dinaikkan dari 1 atm menjadi 3 atm menggunakan kompresor

(30)

sentrifugal (G-401), akibatnya temperatur gas meeningkat menjadi 112oC. Temperatur gas diturunkan hingga 30oC dengan mengalirkan ke cooler II (E-402). Selanjutnya temperatur gas diturunkan hingga -60oC melalui heat exchanger I (E-403) dengan propana sebagai refrigeran. Lalu pendinginan tahap berikutnya dilakukan hingga suhu -125,26oC dengan metana pada alur recycle sebagai refrigeran. Gas bersuhu rendah dan bertekanan tinggi ini dilewatkan pada ekspander (G-410) untuk menurunkan tekanan gas metan menjadi 1 atm sekaligus menurunkan suhunya menjadi -166,22oC. Kemudian, uap metana basah ini dialirkan menuju flash drum untuk memisahkan metana cair dengan metana gas yang tidak berhasil

dicairkan. Metana yang masih berupa gas ini masih cukup dingin, sehingga ia dilewatkan kembali ke heat exchanger (E-404) sebagai pendingin lalu masuk kembali ke tangki akumulasi CH4 304). Metana cair ditampung dalam tangki (F-406). Sedangkan off gas ditampung dalam tangki (F-407) dan dapat pula dijual.

2.9Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk 2.9.1 Metana (CH4)

Fungsi : merupakan komponen unsur terbesar (70%) di dalam biogas. 1. Berat Molekul : 16,043 g/mol

2. Temperatur kritis : -82,7oC 3. Tekanan kritis : 45,96 bar 4. Fasa padat

• Titik cair : -182,5oC • Panas laten : 58,68 kJ/kg 5. Fasa cair

• Densitas cair : 500 kg/m3 • Titik didih : -161,6oC • Panas laten uap : 510 kJ/kg 6. Fasa gas

• Densitas gas : 0,717 kg/m3 • Faktor kompresi : 0,998 • Spesifik graviti : 0,55 • Spesifik volume : 1,48 m3/kg • CP : 0,035 kJ/mol.K

(31)

• CV : 0,027 kJ/mol.K • Viskositas : 0,0001027 poise • Kelarutan : 0,054 vol/vol (Gas encyclopedia, 2007)

2.9.2 Karbon Dioksida (CO2)

Fungsi : merupakan salah satu komponen di dalam biogas yaitu sebesar 30%. 1. Berat Molekul : 44,01 g/mol

2. Temperatur kritis : 31o

C 3. Tekanan kritis : 73,825 bar 4. Densitas kritis : 464 kg/m3

5. Fasa padat

• Densitas padat : 1562 kg/m3

• Panas laten : 196,104 kJ/kg 6. Fasa cair

• Densitas cair : 1032 kg/m3 • Titik didih : -78,5oC

• Panas laten uap : 571,08 kJ/kg • Tekanan uap : 58,5 bar

7. Fasa gas

• Densitas gas : 2,814 kg/m3 • Faktor kompresi : 0,9942 • Spesifik graviti : 1,521

• Spesifik volume : 0,547 m3/kg • CP : 0,037 kJ/mol.K

• CV : 0,028 kJ/mol.K

• Viskositas : 0,0001372 poise • Kelarutan : 1,7163 vol/vol (Gas encyclopedia, 2007)

2.9.3 Ferro Klorida (FeCl2)

Fungsi: sebagai sumber nutrisi bagi mikroba 1. Berat molekul : 126,751 gr/mol

(32)

2. Titik lebur : 677 0C

3. Kelarutan dalam air : 64,4 gr/100 ml pada 10 0C 105,7 gr/100 ml pada 100 0C 4. Densitas : 3,16 gr/cm3

5. Agen flokulan dalam pengolahan air limbah buangan 6. Tidak larut dalam tetrahidrofuran

7. Merupakan padatan paramagnetik (Wikipedia, 2009)

2.9.4 Seng Klorida (ZnCl2)

Fungsi: sebagai sumber nutrisi bagi mikroba 1. Berat Molekul : 136,3 gr/mol 2. Titik didih : 732oC 3. Titik Lebur : 290oC 4. Tekanan Uap pada 428oC : 1 mmHg 5. Densitas : 2,91 gr/mL 6. Kelarutan pada 25oC : 423 gr/100 gr Air

7. pH : 4

8. berupa kristal putih dan tidak berbau (Wikipedia, 2009)

2.9.5 Natrium karbonat (NaHCO3) Fungsi : sebagai agen penetral pH. 1. Berat molekul : 84,0079 gr/mol 2. Titik lebur : 500 C (323 K) 3. Densitas : 2,159 gr/cm3

4. Kelarutan dalam air : 7,89 g / 100 ml pada 180 C 5. Tingkat kebasaan (pKb) : -2,43

6. Berwarna padatan putih

7. Merupakan senyawa ampoterik 8. Bersifat endotermis

(Wikipedia, 2009)

(33)

2.9.6 Urea (H2NCONH2)

Fungsi: sebagai sumber nutrisi bagi mikroba. 1. Berat molekul : 60,07 gr/mol

2. Titik lebur : 132,7- 135 0C 3. Densitas : 1,323 gr/cm3

4. Kelarutan dalam air : 108 gr/100 ml pada 20 0C 733 gr/100 ml pada 100 0C 5. Tingkat keasaman (pKa) : 0,18

6. Tingkat kebasaan (pKb) : 13,82 7. Berupa padatan berwarna putih 8. Kristal berbentuk prismatik (Wikipedia,2009)

2.9.7 Air (H2O)

Fungsi: sebagai absorben gas karbondioksida (CO2) di dalam membran kontaktor

1. Berat molekul : 18,016 gr/gmol 2. Titik lebur : 0°C (1 atm)

3. Titik didih : 100°C (1 atm) 4. Densitas : 1 gr/ml (4°C) 5. Spesifik graviti : 1,00 (4°C) 6. Indeks bias : 1,333 (20°C) 7. Viskositas : 0,8949 cP 8. Kapasitas panas : 1 kal/gr 9. Panas pembentukan : 80 kal/gr 10. Panas penguapan : 540 kal/gr 11. Temperatur kritis : 374°C 12. Tekanan kritis : 217 atm

(Perry, 1997)

2.9.8 Propana (C3H8)

Fungsi: sebagai refrigerant pada proses pendinginan gas metana (CH4). 1. Berat molekul : 44,1 g/mol

(34)

2. Densitas cair : 1,83 kg/m 3

3. Densitas gas : 0,5077 kg/ 4. Titik cair : -187,6

o C 5. Titik didih : -42,09oC

6. Kelarutan dalam air : 0,1 g/cm 3

(Wikipedia, 2009)

2.10Perhitungan Mikroba yang dbutuhkan

Di dalam pabrik pembuatan biogas ini akan digunakan Hydraulic Retention

Time (HRT) 7 hari dan menggunakan bakteri mesofilik. Untuk proses start-up

diperlukan mikroba yang akan dimasukkan ke dalam reaktor terlebih dahulu. Jumlah mikroba yang akan dimasukkan adalah:

(

)

VX S -S Q

U= o (Metcalf, 2003)

Keterangan: U = g BOD/g TSS

Q = laju alir umpan (m3/hari) So = g BOD masuk/m3 S = g BOD keluar/m3 V = volum reaktor (m3) X = konsentrasi reaktor (g/m3)

Dari data yang diketahui: Q = 605,79 m3/hari So = 212.800 g/m3 S = 110.000 g/m3 V = 5.000 m3 U = 1,005

Jadi, jumlah mikroba yang dibutuhkan adalah:

(

)

VU S -S Q

X= o

(

)

5000.1,005 110.000

-212.800 605,79

X= = 12.393,077 g/m3

Jadi mikroba yang harus ditambahkan saat start up adalah 12.393,077 g/m3

(35)

BAB III

NERACA MASSA

[image:35.595.118.473.94.743.2]

3.1 Tangki Pencampur NaHCO3(M-110)

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pencampur NaHCO3 Komponen Alur masuk

(kg/hari)

Alur keluar (kg/hari)

5 6 7

POME 28.000 - 28.000

NaHCO3 - 1.514,475 1.514,475 Total 29.514,475 29.514,475

3.2 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202)

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Nutrisi Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar

(kg/hari)

9 10 11 12 13

POME 80 - - - 80

CO(NH2)2 - 30,29 - - 30,29

ZnCl2 - - 0,061 - 0,061

FeCl2 - - - 0,61 0,61

Total 110,951 110,951

3.3 Bak Netralisasi (F-107)

Tabel 3.3 Neraca Massa pada Bak Netralisasi Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar

(kg/hari)

4 7 8 + 9

POME 577.790 28.000 605.790

NaHCO3 - 1.514,475 10.000

(36)

[image:36.595.116.483.79.664.2]

3.4 Reaktor Fermentasi (R-210)

Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Fermentasi

Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)

8 13 14 15

POME 605.710 80 - 576.804,49

NaHCO3 1.514,475 - - 1.514,475

CH4 - - 20.000 -

CO2 - - 8.985,51 -

607.224,475 80 28.985,51 578.318 Total 607.304,475

[image:36.595.143.487.115.353.2]

3.5 Filter Press (H-204)

Tabel 3.5 Neraca Massa pada Filter Press Komponen Alur

masuk (kg/hari)

Alur keluar (kg/hari)

16 17 18

Ampas 576.834,5 - -

Ampas Cair - 495.500,7 -

Ampas Padat - - 81.333,8

Total 576.834,5 576.834,5

3.6 Membran Kontaktor (D-310)

Tabel 3.6 Neraca Massa pada Membran Kontaktor Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)

20 32 21 33

CH4 20.000 - 20.000 -

CO2 8.985,51 - 89,857 8.895,67

H2O - 32.110,13 - 32.110,13

Total 28.985,51 32.110,13 20.089,855 32.110,13

(37)

[image:37.595.107.485.97.361.2]

3.7 Tangki Penampung Gas Metana (F-304)

Tabel 3.7 Neraca Massa pada Tangki Penampung Gas Metana Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)

21 31 22

CH4 20.000 5.000 25.000

Total 25.000 25.000

3.8 Flash Drum (F-406)

Tabel 3.8 Neraca Massa pada Flash Drum Komponen Alur masuk (kg/hari) Alur keluar (kg/hari)

27 28 29 30

CH4 25.000 18.750 1.250 5.000

Total 25.000 25.000

(38)

BAB IV

NERACA ENERGI

Basis perhitungan : 1 hari Satuan operasi : kJ/hari

Temperatur basis : 25oC (298,15 K)

4.1 Reaktor Fermentasi (R-210)

Tabel 4.1 Neraca Energi pada Reaktor Fermentasi Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan 12.101.651,64 -

Produk - 33.527.778,7

∆Hr - -21.431.080,9

Total 12.101.651,64 12.101.651,64 4.2 Cooler I (E-301)

Tabel 4.2 Neraca Energi pada Cooler I

Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan 687.337,62 -

Produk - 263.201,64

dQ/dT -424.135,99 -

Total 263.201,64 263.201,64

4.3 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304)

Tabel 4.3 Neraca Energi pada Tangki Akumulasi Gas Metana Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan -901.831,33 -

Produk - -901.831,33

dQ/dT - -

Total -901.831,33 -901.831,33

(39)

[image:39.595.108.478.35.722.2]

4.4 Kompresor (G-401)

Tabel 4.4 Neraca Energi pada Kompresor

Umpan -901.927,34 -

Produk - 533.229,28

dW/dT 1.435.156,62 -

Total 533.229,28 533.229,28

4.5 Cooler II (E-402)

Tabel 4.5 Neraca Energi pada Cooler II

Umpan 507.713,51 -

Produk - -4.367.021,04

dQ/dT -4.874.734,55 -

Total -4.367.021,04 -4.367.021,04

4.6 Cooler –III (E-403)

Tabel 4.6 Neraca Energi pada Heat Exchanger –I Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan -4.592.466 -

Produk - -7.974.015,3

dQ/dT -3.381.549 -

Total -7.974.015,3 -7.974.015,3

4.7 Ekspander (G-410)

Tabel 4.7 Neraca Energi pada Ekspander

Umpan -7.974.028 -

Produk - -10.483.202

dW/dT -2.509.174 -

Total -10.483.202 -10.483.202

(40)

4.8 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-110)

Tabel 4.8 Neraca Energi pada Tangki Pencampur NaHCO3 Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan 566.860,94 -

Produk - 567.170,235

∆Hsolution - -309,292

dQ/dT - -

Total 566.551,648 566.551,648

4.9 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202)

Tabel 4.9 Neraca Energi pada Tangki Pencampur Nutrisi Alur masuk (kJ/hari) Alur keluar (kJ/hari)

Umpan 1.833,499 -

Produk - 1.840,733

∆Hsolution - -7,234

dQ/dT - -

Total 1.833,499 1.833,499

(41)

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

5.1 Bak Penampungan Limbah (F-101)

Fungsi : Menampung limbah cair kelapa sawit dan mengendapkan pasir yang terikut dengan limbah

Bentuk : Persegi panjang Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Beton kedap air Kondisi Penyimpanan:

• Temperatur, T = 300 C

• Tekanan operasi, P = 2 atm Kapasitas : 849,944 m3

Panjang : 12,405 m Tinggi : 8,27 m Lebar : 8,27 m

5.2 Screening (H-102)

Fungsi : menyaring partikel-partikel padat yang besar Jenis : bar screen

Jumlah : 2 unit, A/B 1 operasi, 1 stand by Bahan konstruksi : stainless steel

Temperatur (T) : 300 C Panjang screen : 2 m Lebar screen : 2 m Lebar bar : 5 mm Tebal bar : 20 mm

Bar clear spacing : 20 mm

Slope : 300

(42)

5.3 Bak Penampung (F-103)

Fungsi : Menampung limbah cair kelapa sawit yang keluar dari bak penampungan limbah

Bentuk : Persegi panjang Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi: Beton kedap air

Kondisi penyimpanan:

• Tekanan operasi, P = 1,663 atm Kapasitas : 730,102 m3

Panjang : 11,79 m Tinggi : 7,86 m Lebar : 7,86 m

5.4 Bucket Elevator (L-104)

Fungsi : Mengangkut NaHCO3 ke bak pencampur NaHCO3 Jenis : Spaced-Bucket Centrifugal=Discharge Elevator Bahan konstruksi : Malleable-iron

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan (P) : 1 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : 0,3905 hp

5.5 Bak Pencampur NaHCO3 (M-110)

Fungsi : Melarutkan NaHCO3 dengan limbah cair kelapa sawit Tipe : Berpengaduk

Bentuk : Persegi Bahan : Beton Waktu tinggal : 1 hari Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

(43)

• Tekanan (P) : 1,53 atm

• Temperatur (T) : 300 C Kapasitas : 33,384 m3 Panjang sisi : 3,23 m

Jenis pengaduk: flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Daya motor : 0,95 hp

5.6 Bak Netralisasi (F-106)

Fungsi : Menetralkan pH limbah cair kelapa sawit sebelum memasuki fermentor

Bentuk : Persegi panjang Bahan konstruksi : Beton Jumlah : 1 unit

Kondisi Penyimpanan:

• Tekanan operasi, P = 2,001 atm Panjang bak (p) = 11,475 m

Tinggi bak (t) = 7,65 m Lebar bak (l) = 7,65 m

5.7 Pompa I (L-107)

Fungsi : Memompa limbah cair kelapa sawit dari bak penampung (F-103) menuju bak netralisasi (F-106)

Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• Tekanan masuk (P1 ) : 1,663 atm

• Tekanan yang dituju (P2) : 2,001 atm

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : 1 hp

(44)

5.8 Pompa II (L-108)

Fungsi : Memompa limbah cair kelapa sawit dari bak pencampur NaHCO3 (M-110) menuju bak netralisasi (F-106)

Kondisi operasi:

• Temperatur (T) : 300 C Daya motor : ¾ hp

5.9 Bak Pencampur Nutrisi (M-202)

Fungsi : Melarutkan nutrisi (FeCl2(s), ZnCl2(s) dan CO(NH2)2(s)) dengan limbah cair kelapa sawit

Tipe : Berpengaduk Bentuk : Persegi Bahan : Beton Waktu tinggal : 7 hari Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Temperatur (T) : 300 C Kapasitas : 0,85932 m3 Panjang sisi : 0,95 m

Daya motor : 0,0223 hp

5.10 Tangki Penyimpanan Nutrisi (F-203) Fungsi : Menyimpan larutan nutrisi

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Jumlah : 1 unit

(45)

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Kebutuhan perancangan : 7 hari

Kondisi operasi:

Tekanan : 1,32 atm Temperatur : 300 C Volume tangki : 0,866 m3 Diameter : 0,735 m Tinggi tangki : 1,1031 m Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup : 3/16 in Tinggi flange : 2 ¼ in

5.11 Pompa III (L-201)

Fungsi : Memompa limbah cair kelapa sawit dari bak netralisasi (F-106) menuju reaktor fermentasi (R-210)

Kondisi operasi:

5.12 Reaktor fermentasi (R-210)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi Tipe : Tangki berpengaduk

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C

Bahan Insulasi : Kertas asbestos Waktu tinggal : 7 hari

Jumlah : 3 unit Kondisi operasi:

(46)

• Temperatur (T) : 39,210 C Kapasitas/ tangki : 1.695,366 m3 Diameter : 10,9 m

Tinggi silinder : 16,35 m Tinggi tutup : 1,817 m

Daya motor : 1,774 hp Tebal insulasi : 0,5 in

5.13 Tangki Penyimpanan Propana (F-408) Fungsi : Menyimpan propana

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A Kondisi operasi:

Tekanan : 1,46 atm Temperatur : -103,150 C Volume tangki: 16,582 m3 Diameter : 2,38 m Tinggi shell : 2,975 m Tinggi tutup : 1,19 m Tinggi tangki : 4,165 m Tebal shell : 0,25 in Tebal tutup : 0,25 in Tinggi flange : 2 ¼ in

(47)

5.15 Cooler – I (E-301)

Fungsi : Menurunkan suhu biogas yang menuju membran kontaktor (D-310) Jenis : double-pipe heat exchanger

Jumlah : 1 unit

Tekanan operasi : 2,8 atm

Dipakai Pipa : 3 × 2 in IPS, 20 ft, 10 hairpin 5.16 Pompa IV (L-206)

Fungsi : Memompa ampas reaktor (R-210) menuju filter press (H-204) Bentuk : Pompa sentrifugal

Kondisi operasi:

• Temperatur (T) : 39,210 C Daya motor : 1,5 hp

5.17 Filter Press (H-204)

Fungsi : memisahkan ampas padat dengan cair untuk diolah menjadi pupuk Jenis : Plate filter press

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi

• Tekanan = 4,935 atm

• Temperatur = 39 °C Jumlah plate : 8 buah

5.18 Bak Penampungan Ampas Cair (F-207)

Fungsi : Menampung ampas cair setelah proses penyaringan pada filter press Bentuk : Persegi

Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit

(48)

• Tekanan operasi, P = 2,013 atm Panjang sisi = 8,41 m

5.19 Membran Kontaktor (D-310)

Fungsi : Memisahkan CO2 yang terdapat pada biogas Bentuk : hollow fibre (shell and tube membrane) Jumlah : 1 unit

Diameter dalam tube : 0,016 m Diameter luar tube : 0,02 m Jumlah tube : 32.248 buah Diameter shell : 4,479 m 5.20 Bak Air (F-303)

Fungsi : Menampung air yang digunakan sebagai absorben CO2 Bentuk : Persegi panjang

Tinggi bak (t) = 3,358 m Lebar bak (l) = 3,358 m

5.21 Bak Penampungan Air Bekas (F-304)

Fungsi : Menampung air dan CO2 keluaran dari membran kontaktor. Bentuk : Persegi panjang

• Temperatur, T =290 C

(49)

Tinggi bak (t) = 3,77 m Lebar bak (l) = 3,77 m 5.22 Pompa V (L-305)

Fungsi : Memompa air ke dalam membran kontaktor untuk mengikat CO2 yang terkandung dalam biogas

Kondisi operasi:

5.23 Tangki Akumulasi Gas CH4 (F-306)

Fungsi : Mengumpulkan gas CH4 dari membran kontaktor dan alur recycle Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A Waktu tinggal : 10 menit

Kondisi operasi:

Tekanan : 3,2376 atm Temperatur : 8,80C Volume tangki : 123,806 m3 Diameter : 4,81 m Tinggi shell : 6,0125 m Tinggi tutup : 2,405 m Tinggi tangki : 8,4175 m Tebal shell : 2 in Tebal tutup : 2 in

(50)

5.24 Kompresor (G-401)

Fungsi : Menaikkan tekanan CH4 sebelum memasuki Cooler-II (E-402) Jenis : Single stage centrifugal compressor

Jumlah : 1 unit Kondidi operasi:

• P1 = 3 atm

• P2 = 4 1tm

• T1 = 8,80C

• T2 = 34,450C Daya : 6 hp

5.25 Cooler –II (E-402)

Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 yang keluar dari kompresor sampai suhu kamar.

Tipe : 2-4 Shell and tube heat exchanger Jumlah : 1 unit

Diameter luar tube (OD) = 1 ¼ in Jenis tube = 18 BWG

Pitch (PT) = 1 9/16 in triangular pitch Panjang tube (L) = 15 ft

5.26 Tangki Penyimpanan Propana Bekas (F-409) Fungsi : Menyimpan propana bekas

Tekanan : 1,45 atm Temperatur : -53,150 C Volume tangki: 18,095 m3 Diameter : 2,45 m Tinggi shell : 3,0625 m Tinggi tutup : 1,225 m

(51)

Tinggi tangki : 4,2875 m Tebal shell : 0,25 in Tebal tutup : 0,25 in Tinggi flange : 2 ¼ in 5.27 Cooler –III (E-404)

Fungsi : Menurunkan temperatur gas CH4 dengan menggunakan refrigeran dari alur recycle metana

Tipe : 3-6 Shell and tube heat exchanger Jumlah : 1 unit

Diameter luar tube (OD) = 1 ¼ in Jenis tube = 18 BWG

Pitch (PT) = 15/16 in triangular pitch Panjang tube (L) = 15 ft

5.28 Ekspander (G-410)

Fungsi :Menurunkan tekanan CH4 sekaligus temperaturnya hingga mencapai kondisi jenuh

Jenis : Single stage expander Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

• P2 = 1,2 atm

• P1 = 3,9 atm

• T2 = -1750 C

• T1 = -120,180 C Daya : -84,94 hp 5.29 Flash Drum (F-405)

Fungsi : Memisahkan CH4 cair dengan CH4 gas Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bentuk : Silinder horizontal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Waktu tinggal : 10 menit Kondisi operasi:

(52)

Tekanan : 1,27 atm Temperatur : -1700 C Volume tangki : 11,52 m3 Diameter : 0,605 m Panjang : 1,2055 m Tebal shell : 0,5 in Tebal tutup : 0,5 in Tinggi flange : 2 ½ in

5.30 Tangki Penyimpanan Metana Cair (F-406)

Fungsi : Menyimpan metana cair untuk kebutuhan 3 hari Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

Bahan insulasi : papan gabus Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

Tekanan : 1,74 atm Temperatur : -170oC Volume tangki : 135 m3 Diameter : 4,77 m Tinggi shell : 5,9625 m Tinggi tutup : 2,385 m Tinggi tangki : 10,7325 m Tebal shell : 0,5 in Tebal tutup : 0,5 in Tinggi flange : 3 ½ in Tebal insulasi : 1,25 in

5.31 Tangki Metana Off Gas (F-407) Fungsi : Menyimpan metana off gas

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade A

(53)

Bahan insulasi : papan gabus Kondisi operasi:

Tekanan : 4,94 atm Temperatur : -1600 C Volume tangki: 232,5 m3 Diameter : 5,93 m Tinggi shell : 7,4125 m Tinggi tutup : 2,965 m Tinggi tangki : 10,3775 m Tebal shell : 2 in Tebal tutup : 2 in Tinggi flange : 4 ½ in Tebal insulasi : 1,25 in

5.32 Flow Splitter (D-408)

Fungsi : Membagi alur gas metana yang yang tidak tercairkan yang keluar dari knock out drum.

Bentuk : fixed flow splitter dengan inlet filter 10 mikron Jumlah : 1 unit

Tekanan : 1,2 atm Temperatur : -1600 C Diameter splitter = 0,188 in Split ratio = 1: 4

(54)

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Instrumentasi adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Alat-alat pengendali tersebut dipasang pada setiap peralatan penting agar dengan mudah dapat diketahui kejanggalan-kejanggalan yang terjadi pada setiap bagian. Pada dasarnya tujuan pengendalian adalah untuk mencapai harga error yang paling minimum (Considine, 1985).

Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol ( controler ), penunjuk ( indicator ), pencatat ( recorder ), dan pemberi tanda bahaya ( alarm ). Instrumentasi

bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. . Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses tergantung pada pertimbangan ekonomi dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat-alat tersebut dipasang diatas papan instrumen dekat peralatan proses (kontrol manual) atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bangsal peralatan (kontrol otomatis) (Timmerhaus, 2004).

Variabel-variabel proses yang biasanya dikontrol/diukur oleh instrumen adalah :

1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.

2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya (Considine,1985).

Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari : 1. Elemen Perasa / sensing (Primary Element)

Elemen yang merasakan (menunjukkan) adanya perubahan dari harga variabel yang diukur.

2. Elemen pengukur (measuring element)

Elemen pengukur adalah suatu elemen yang sensitif terhadap adanya perubahan temperatur, tekanan, laju aliran, maupun tinggi fluida. Perubahan

(55)

ini merupakan sinyal dari proses dan disampaikan oleh elemen pengukur ke elemen pengontrol.

3. Elemen pengontrol (controlling element)

Elemen pengontrol yang menerima sinyal kemudian akan segera mengatur perubahan-perubahan proses tersebut sama dengan nilai set point (nilai yang diinginkan). Dengan demikian elemen ini dapat segera memperkecil ataupun meniadakan penyimpangan yang terjadi.

4. Elemen pengontrol akhir (final control element)

Elemen ini merupakan elemen yang akan mengubah masukan yang keluar dari elemen pengontrol ke dalam proses sehingga variabel yang diukur tetap berada dalam batas yang diinginkan dan merupakan hasil yang dikehendaki. (Considine,1985)

Pengendalian peralatan instrumentasi dapat dilakukan secara otomatis dan semi otomatis. Pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan dengan mengatur instrumen pada kondisi tertentu, bila terjadi penyimpangan variabel yang dikontrol maka instrumen akan bekerja sendiri untuk mengembalikan variabel pada kondisi semula, instrumen ini bekerja sebagai controller. Pengendalian secara semi otomatis adalah pengendalian yang mencatat perubahan-perubahan yang terjadi pada variabel yang dikontrol. Untuk mengubah variabel-variabel ke nilai yang diinginkan dilakukan usaha secara manual, instrumen ini bekerja sebagai pencatat (recorder).

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen-instrumen adalah:

1. Range yang diperlukan untuk pengukuran

2. Level instrumentasi

3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya

5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses (Timmerhaus,2004)

Instrumentasi yang umum digunakan dalam pabrik adalah : 1. Untuk variabel temperatur:

- Temperature Controller (TC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati temperatur suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat melakukan

(56)

pengendalian.

- Temperature Indicator (TI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati temperatur dari suatu alat 2. Untuk variabel tinggi permukaan cairan

• Level Controller (LC) adalah instumentasi yang digunakan untuk

mengamati ketinggian cairan dalam suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat dilakukan pengendalian

• Level Indicator (LI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati

ketinggian cairan dalam suatu alat. 3. Untuk variabel tekanan

• Pressure Controller (PC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati tekanan operasi suatu alat. Para engineer juga dapat melakukan perubahan tekanan dari peralatan operasi. Pressure Controller dapat juga dilengkapi pencatat tekanan dari suatu peralatan secara berkala (Pressure Recorder).

• Pressure Indicator (PI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati tekanan operasi suatu alat. 4. Untuk variabel aliran cairan

• Flow Controller (FC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk

mengamati laju alir larutan atau cairan yang melalui suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat melakukan pengendalian.

• Flow Indicator (FI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati

laju aliran atau cairan suatu alat. (Considine,1985)

Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit (POME)

No Nama alat Jenis instrumen Kegunaan

1 Bak Netralisasi

Flow Controller (FC) _{Mengontrol laju alir cairan dalam pipa}

pH Controller (pHC) Mengontrol pH cairan dalam tangki

2 Kompresor,