Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kelapa Dengan Kapasitas 80.000 Ton/Tahun

(1)

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK

KELAPA DENGAN KAPASITAS 80.000

TON/TAHUN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia

Oleh:

JOHN SARIABDI PURBA

NIM : 030405046

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

John Sariabdi Purba : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kelapa Dengan Kapasitas 80.000

LEMBAR PENGESAHAN

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIODIESEL DARI

MINYAK KELAPA DENGAN KAPASITAS 80.000 TON/TAHUN

Oleh :

JOHN SARIABDI PURBA NIM : 030405046

Telah Diujikan Pada Tanggal 14 Juni 2008 Telah Diperiksa/Diketahui

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Dr.Ir. Rosdanelli H., MT Ir. Renita Manurung, MT

NIP. 132 096 129 NIP 132 163 646

Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dosen Penguji III

Dr.Ir. Rosdanelli H., MT Rondang Tambun, ST.MT Ir. Netty Herlina,MT

NIP. 132 096 129 NIP. 132 282 133 NIP. 132 243 746

Telah Diketahui Koordinator Tugas Akhir

Dr. Ir. Irvan, M.Si NIP. 132 126 842

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji, hormat dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, yang selalu

setia memberikan berkatNya dan kekuatan kepada penulis sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan

Biodiesel dari Minyak Kelapa dengan Kapasitas 80.000 Ton/Tahun.”

Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian

sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara.

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak menerima bantuan dan

bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moral, material, dan spiritual.

2. Ibu Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT., selaku dosen pembimbing I dan dosen

penguji I yang telah membimbing dan memberikan masukan serta arahan kepada

penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan masukan dan bimbingan pada penulis selama menyelesaikan tugas

akhir ini.

4. Bapak Rondang Tambun, ST, MT selaku dosen penguji II yang telah

memberikan masukan dan saran pada penulis selama menyelesaikan tugas akhir

(4)

5. Ibu Ir. Netty Herlina, MT selaku dosen penguji III yang telah memberikan

masukan dan saran pada penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Bapak Dr. Ir. Irvan, MSi, sebagai Koordinator Tugas Akhir.

7. Abdi atas kerjasamanya sebagai partner dalam penulisan tugas akhir ini.

8. Teman-teman angkatan 2002 dan 2003 yang telah memberikan masukan,

dukungan, dan semangat kepada penulis

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis menyadari masih banyak

terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik

dari pembaca yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata,

semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.

Medan, 26 Juni 2008

Penulis

(5)

INTISARI

Indonesia adalah salah satu negara penghasil minyak bumi. Karena

terbatasnya jumlah kilang yang dimiliki untuk memproduksi bahan bakar minyak

(BBM), Indonesia harus mengimpor BBM untuk mencukupi kebutuhan domestik

yang meningkat dari tahun ke tahun, baik untuk kebutuhan transportasi, industri,

pembangkit listrik dan sebagainya. Konsumsi solar nasional untuk transportasi saat

ini 12,5 juta kiloliter sampai 13 juta kiloliter per tahun. Bila sekitar 1,5 persen dari

setengah konsumsi solar tersebut diganti menjadi biodiesel, maka sekitar 90.000

kiloliter solar atau sekitar 80.000 ton/tahun yang bisa dihemat setiap tahun.

Biodiesel yang diproduksi 80.000 ton/tahun dengan 330 hari kerja dalam 1

tahun. Lokasi pabrik direncanakan di KIM II Medan dengan luas area 20.000 m2,

tenaga kerja yang dibutuhkan 175 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan

Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur utama dengan struktur organisasi

garis.

Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa

adalah sebagai berikut :

• Modal investasi : Rp 695.551.844.995,-

• Biaya produksi : Rp 679.723.261.333,-

• Hasil penjualan : Rp 1.074.773.396.733,-

• Laba bersih : Rp 395.050.135.400,-

• Profit Margin : 37 %

• Break Even Point : 39 %

• Return on Investment : 39,76016982 %

• Return on Network : 66,26695 %

• Pay out Time : 2,5151 tahun

• Internal Rate of Return : 34,31 %,

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pra Rancangan

Pabrik Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa di Kawasan Industri Medan (KIM)

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

INTISARI ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I : PENDAHULUAN ... I-1

1.1 Latar Belakang ... I-1

1.2 Perumusan Masalah... I-3

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ... I-3

1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik ... I-4

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA ... II-1

2.1 Biodiesel ... II-1

2.2 Produksi Biodiesel ... II-2

2.3 Proses Produksi Biodiesel ... II-3

2.4 Transesterifikasi ... II-4

2.4.1 Proses Transesterifikasi Katalis Asam... II-4

2.4.2 Proses Transesterifikasi Katalis Basa ... II-5

2.4.3 Proses Transesterifikasi Co-Solvent dan Tanpa Katalis (Alkohol

Super Kritis) ... II-5

2.5 Sifat-Sifat Biodiesel ... II-6

2.5.1 Viskositas ... II-6

2.5.2 Angka Setana ... II-6

2.5.3. Panas Pembakaran ... II-7

2.5.4. Flash Point (Titik Nyala) ... II-7

2.5.5 Cloud Point (Titik Asap) ... II-7

2.5.6 Pour Point (Titik Tuang) ... II-8

2.6 Bahan Baku Kelapa Pembuatan Biodiesel ... II-8

2.6.1 Kelapa ... II-8

(7)

2.6.3 Kegunaan Minyak Kelapa ... II-10

2.6.4 Keuntungan Minyak Kelapa Sebagai Biodiesel ... II-10

2.7 Sifat-Sifat Bahan ... II-11

2.7.1 Metil Ester (Biodiesel ... II-11

2.7.2 Minyak Kelapa (100 Gram) ... II-12

2.7.3. Air (H2O)... II-13

2.7.4 Metanol (CH3OH) ... II-13

2.7.5 Gliserol... II-14

2.7.6 Natrium Metoksida ... II-15

2.8 Deskripsi Proses ... II-15

2.8.1 Tahap Persiapan ... II-15

2.8.2 Tahap Esterifikasi ... II-15

2.8.3 Tahap Pemisahan Metil Ester... II-16

2.8.4 Tahap Pencucian Metil Ester ... II-17

2.8.5 Tahap Pemurnian Metil Ester... II-17

BAB III : NERACA MASSA ... III-1

BAB IV : NERACA ENERGI ... IV-1

BAB V : SPESIFIKASI PERALATAN ... V-1

BAB VI : INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VI-1

6.1 Instrumentasi ... VI-1

6.1.1 Tujuan Pengendalian ... VI-3

6.1.2 Jenis-Jenis Pengendalian dan Alat Pengendali ... VI-3

6.1.3 Variabel-Variabel Proses dalam Sistem Pengendalian ... VI-10

6.1.4 Syarat Perancagnan Pengendalian ... VI-10

6.1.5 Instrumentasi Yang Digunakan Pada Pembuatan Biodiesel ... VI-12

6.2 Keselamatan Kerja Pabrik ... VI-17

BAB VII : UTILITAS ... VII-1

7.1 Kebutuhan Uap (Steam) ... VII-1

7.2 Kebutuhan uap ... VII-2

7.2.1 Screening ... VII-6

7.2.2 Klarifikasi... VII-6

(8)

7.2.4 Demineralisasi ... VII-8

7.2.5 Deaerator ... VII-11

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-11

7.4 Kebutuhan Listrik... VII-12

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-12

7.6 Unit Pengolahan Limbah ... VI-13

7.6.1 Bak Penampungan ... VII-15

7.6.2 Bak Equalisasi ... VII-16

7.6.3 Pengolahan Limbah dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur

Aktif)... VII-16

7.6.4 Tangki Sedimentasi ... VII-19

7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-20

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

8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-1

8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-6

8.3 Perincian Luas Tanah ... VIII-7

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

9.1 Organisasi Perusahaan ... IX-1

9.1.1 Bentuk Organisasi Garis ... IX-2

9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsional ... IX-2

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

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

9.2 Manajemen Perusahaan ... IX-3

9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ... IX-4

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

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

9.4.2 Dewan Komisaris ... IX-6

9.4.3 Direktur ... IX-6

9.4.4 Sekretaris ... IX-7

9.4.5 Manajer Produksi... IX-7

9.4.6 Manajer Teknik ... IX-7

(9)

9.4.8 Manajer Pembelian dan Pemasaran ... IX-8

9.5 Sistem Kerja ... IX-8

9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan ... IX-9

9.7 Sistem Penggajian ... IX-11

9.8 Fasilitas Tenaga Kerja ... IX-12

BAB X : ANALISA EKONOMI ... X-1

10.1 Modal Investasi ... X-1

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

10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ... X-2

10.2 Biaya Produksi Tetap (BPT) / Total Cost (TC) ... X-3

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

10.2.2 Biaya Variabel (BV) / Variable Cost (VC) ... X-4

10.3 Total Penjualan (Total Sales) ... X-5

10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ... X-5

10.5 Analisa Aspek Ekonomi ... X-5

10.5.1 Profit Margin (PM) ... X-5

10.5.2 Break Even Point (BEP) ... X-5

10.5.3 Return on Investment (ROI) ... X-6

10.5.4 Pay Out Time (POT) ... X-6

10.5.5 Return on Network (RON)... X-7

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

BAB XI : KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A : PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN B : PERHITUNGAN NERACA PANAS

LAMPIRAN C : PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LAMPIRAN D : PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback... VI-4

Gambar 6.1 Sebuah Loop Pengendalian ... VI-5

Gambar 6.3 Suatu Proses Terkendali ... VI-5

Gambar 6.4 Instrumentasi Pada Tangki ... VI-12

Gambar 6.5 Instrumentasi Pada Pompa ... VI-13

Gambar 6.6 Instrumentasi Pada Mixer ... VI-13

Gambar 6.7 Instrumentasi Pada Reaktor ... VI-14

Gambar 6.8 Instrumentasi Pada Cooler dan Heater ... VI-14

Gambar 6.9 Instrumentasi Pada Separator ... VI-15

Gambar 6.10 Instrumentasi Pada Flash Drum ... VI-15

Gambar 6.11 Instrumentasi Pada Tangki Washing ... VI-16

Gambar 6.12 Instrumentasi Pada Evaporator ... VI-16

Gambar 6.13 Tingkat Kerusakan di Suatu Pabrik ... VI-17

Gambar 9.1 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik – Pabrik

Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa ... IX-13

Gambar LC.1 Tangki Berpengaduk ... LC-7

Gambar LC.2 Pengaduk dalam Mixer ... LC-9

Gambar LC.5 Dekanter 1 ... LC-51

Gambar LC.8 Dekanter 2 ... LC-57

Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen... LD-1

Gambar LD.2 Sketsa Perancagnan Pengaduk ... LD-8

Gambar LD.3 Siklus Unit Pendinginan ... LD-46

Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan

Tangki Pelarutan... LE-5

Gambar LE.2 Grafik Break Even Point Pra Rancangan Pabrik Pembuatan

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Produksi Minyak Kelapa Mentah di Indonesia... I-3

Tabel 2.1 Negara-Negara Eropa yang Telah Memproduks i Biodiesel ... II-2

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa ... II-10

Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Mixer (M-110) ... III-1

Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Reaktor (R-210) ... III-1

Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Separator (S-212) ... III-2

Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Heater (E-216) ... III-2

Tabel 3.5 Neraca Massa Pada Flash Drum (V-310) ... III-2

Tabel 3.6 Neraca Massa Pada Cooler 1 (E-230) ... III-3

Tabel 3.7 Neraca Massa Pada Kondensor (E-312) ... III-3

Tabel 3.9 Neraca Massa Pada Washing Tank 1 (E-316) ... III-4

Tabel 3.10 Neraca massa Pada Dekanter 1 (H-410) ... III-4

Tabel 3.11 Neraca Massa Pada Washing Tank 2 (E-314) ... III-4

Tabel 3.12 Neraca Massa Pada Dekanter 2 (H-510) ... III-5

Tabel 3.13 Neraca Massa Pada Evaporator (V-610) ... III-5

Tabel 4.1 Neraca Panas Pada Reaktor (R-210) ... IV-1

Tabel 4.2 Neraca Panas Pada Heater (E-216) ... IV-2

Tabel 4.3 Neraca Panas Pada Cooler 1 (E-230) ... IV-2

Tabel 4.4 Neraca Panas Pada Kondensor (E-312) ... IV-2

Tabel 4.6 Neraca Panas Pada Evaporator (V-610) ... IV-3

Tabel 6.1 Jenis Variabel Pengukuran dan Controller yang Digunakan ... VI-9

Tabel 6.2 Penggunaan Instrumentasi Pada Pra Rancanngan Pabrik Biodiesel ... VI-11

Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Sebagai Media Pemanas ... VII-1

Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ... VII-2

Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ... VII-4

(12)

Tabel 7.5 Kandungan Bahan Kimia Air Bawah Tanah di KIM II Medan ... VII-5

Tabel 8.1 Perincian Luas Areal Pabrik ... VIII-7

Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift ... IX-9

Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ... IX-10

Tabel 9.3 Perincian Gaji Karyawan ... IX-11

Tabel LA.1 Data Bilangan Antoine ... LA-7

Tabel LA.2 Komposisi % Mol ... LA-8

Tabel LA.3 Perhitungan di Flash Drum ... LA-8

Tabel LB.1 Nilai Gugus Pada Perhitungan Cp dengan Metode Chueh dan

Swanson ... LB-1

Tabel LB.2 Nilai Elemen Atom Pada Perhitungan Cp dengan Metode Hurst

and Harrison ... LB-2

Tabel LB.3 Nilai Gugus Pada Perhitungan Hof dengan Metode Joback ... LB-2

Tabel LB.4 Energi Ikatan Reaktan Pada Perhitungan Hof ... LB-3

Tabel LC.1 Komposisi Bahan Yang Masuk ke Mixer ... LC-7

Tabel LC.2 Komposisi Umpan Masuk R-210 ... LC-10

Tabel LC.3 Komposisi Bahan Dalam Separator 1 (S-212) ... LC-14

Tabel LC.4 Komposisi Bahan Yang Masuk ke Tangki Washing ... LC-47

Tabel LC.5 Komposisi Umpan Masuk ke Dekanter 1 (H-420) ... LC-51

Tabel LC.6 Komposisi Bahan Yang Masuk ke Tangki Washing ... LC-54

Tabel LC.7 Komposisi Umpan Masuk Dekanter 2 (H-510) ... LC-58

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 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ... 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-14

Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-15

Tabel LE.9 Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia No. 17 2000 ... LE-16

Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 .. LE-17

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia adalah salah satu negara penghasil minyak bumi. Karena

terbatasnya jumlah kilang yang dimiliki untuk memproduksi bahan bakar minyak

(BBM), Indonesia harus mengimpor BBM untuk mencukupi kebutuhan domestik

yang meningkat dari tahun ke tahun, baik untuk kebutuhan transportasi, industri,

pembangkit listrik dan sebagainya. Di sisi lain, cadangan minyak bumi yang dimiliki

Indonesia semakin terbatas karena merupakan produk yang tidak dapat diperbaharui.

Usaha-usaha untuk mencari dan mengembangkan sumber bahan bakar

alternatif terus dilakukan. Salah satunya adalah biodiesel sebagai alternatif bahan

bakar untuk mesin diesel. Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari

campuran mono-alkyl ester dari rantai panjang asam lemak yang dipakai sebagai

alternatif bagi bahan bakar mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti

minyak sayur atau minyak hewan. Biodiesel merupakan kandidat yang paling dekat

untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama

dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan

diesel petroleum di mesin sekarang ini. (Wikipedia, 18 April 2007)

Ada beberapa keuntungan penggunaan biodiesel, yaitu penggunaannya pada

mesin diesel dapat mengurangi hidrokarbon yang tak terbakar, karbon monoksida,

dan partikulat kasar seperti karbon dan debu. Biodiesel dapat juga memperpanjang

umur mesin karena lebih berpelumas dibanding petrodiesel dengan relatif tidak

mempengaruhi konsumsi bahan bakar, auto ignition, daya keluaran dan torsi mesin.

(14)

dengan bau popcorn atau kentang goreng dan tidak menyebabkan iritasi pada mata.

Keunggulan lainnya adalah tidak beracun (garam meja 10 kali lebih beracun daripada

biodiesel), bebas timbal dan benzen karsinogenik selain biodegradable. Larutan

encer biodiesel terdegradasi 95% setelah 28 hari sedangkan solar hanya mampu 40%

(uji yang dilakukan oleh Universitas Idaho). Pada lingkungan aquatik biodiesel

mampu terdegradasi antara 85,5% sampai 88,5% sama seperti gula atau dextrose,

sedangkan solar hanya mampu 26,24%. Selain aman dibawa dan disimpan seperti

petrodiesel, biodiesel dapat digunakan secara murni atau dicampur dengan

petrodiesel dalam berbagai rasio. Semakin besar komposisi biodiesel pada campuran

dengan petrodiesel, semakin berkurang pula emisi gas buang yang dihasilkan.

(Saputera, 19 April 2007)

Sebagai negara penghasil minyak nabati terbesar di dunia, Indonesia

memiliki peluang sangat besar untuk mengembangkan biodiesel. Salah satunya

adalah minyak kopra yang jumlahnya cukup besar yang juga merupakan tanaman

khas daerah tropis Indonesia. Minyak kelapa ini merupakan pontensi bahan baku

yang besar untuk tujuan pengembangan BBM alternatif atau biodiesel. Di Indonesia

sendiri belum ada pabrik pembuatan biodiesel yang menggunakan minyak kelapa

sebagai bahan baku. (Bode, 6 Agustus 2007).

Konsumsi solar nasional untuk transportasi saat ini 12,5 juta kiloliter sampai

13 juta kiloliter per tahun. Bila setengahnya beralih ke biodiesel, berarti sekitar 2,5

persen dari 6 juta kiloliter atau sekitar 150000 kiloliter solar atau sekitar

80000ton/tahun yang bisa dihemat setiap tahun.

(15)

Harga biodiesel lebih tinggi dari bahan bakar diesel. Saat ini, terdapat tujuh

produser biodiesel di Amerika Serikat. Biodiesel murni (100%) terjual dengan harga

$1.50 sampai $2.00 per galon sebelum dikenakan pajak. Pajak bahan bakar akan

bertambah $0.5 per galon.

Tabel 1.1 Produksi Minyak Kelapa Mentah di Indonesia

No Tahun Produksi (liter)

1

2

3

4

2002

2004

2006

2008

2.053.105

135.323.752

268.594.399

401.865.046

(Sumber : Badan Pusat Statistik, 2006)

1.2 Perumusan Masalah

Semakin menipisnya persediaan minyak bumi di Indonesia menjadi pemicu

untuk mencari sumber alternatif BBM dimana bahan bakunya dapat diperbaharui.

Pembuatan biodiesel yang dikonversi dari minyak kelapa dengan memanfaatkan

katalis pada proses esterifikasi dapat membantu mengatasi masalah tersebut. Oleh

karena itu, perlu ditelaah pra rancangan pabrik pembuatan biodiesel dari minyak

kelapa.

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik

Tujuan Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel dari minyak kelapa ini

(16)

proses, dan operasi teknik kimia sehingga akan memberikan gambaran kelayakan

pra-rancangan pendirian pabrik ini. Tujuan lain adalah untuk menghasilkan bahan

bakar alternatif ramah lingkungan dan tidak beracun, sehingga akan menghemat

penggunaan bahan bakar diesel dari minyak bumi.

1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik

Berdasarkan tujuan yang telah diuraikan di atas, maka manfaat yang

diperoleh dari Pabrik Biodiesel dari minyak kelapa ini adalah tersedianya informasi

mengenai Pabrik Biodiesel dari minyak kelapa sehingga dapat dijadikan referensi

untuk pendirian suatu pabrik biodiesel. Di samping itu, juga untuk memberikan nilai

(17)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biodiesel

Biodiesel adalah bahan bakar terbarukan, biodegradable, dan tidak beracun.

Biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak

bumi, dan dapat menggantikan diesel dalam banyak kasus. Akan tetapi, biodiesel

lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, yaitu

meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah

pelumas (Wikipedia, 18 April 2007).

Biodiesel merupakan kandidat paling dekat untuk menggantikan bahan bakar

fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia karena biodiesel merupakan

bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol di mesin sekarang ini

dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan infrastruktur sekarang ini.

Biodiesel juga merupakan bahan bakar mesin diesel yang berasal dari minyak

yang bisa diperbarui yaitu minyak nabati atau hewani dan dapat bekerja pada mesin

diesel konvensional tanpa perlu ada modifikasi ataupun penambahan converter kit.

Semua jenis minyak nabati dapat digunakan untuk membuat biodiesel. Lemak

hewani pun dapat digunakan sebagai bahan baku produksi biodiesel. Seperti halnya

dengan mesin-mesin bakar umumnya, mesin diesel dengan bahan bakar petrodiesel

(solar) memberikan emisi yang cukup besar, terutama karbon dan sulfur. Bahan

bakar dari minyak nabati atau hewani ini diproses dengan cara mengubah minyak

tumbuhan lemak binatang atau minyak goreng bekas, menjadi bioediesel yang

(18)

2.2 Produksi Biodiesel

Beberapa negara di Eropa sekarang ini telah banyak menggunakan biodiesel.

Negara –negara di Eropa yang telah memproduksi biodiesel dari tahun 2004 sampai

perkiraan pertengahan tahun 2006 dapat dilihat dari tabel berikut ini.

Tabel 2.1 Negara-negara Eropa yang telah memproduksi biodiesel.

Negara Produksi biodiesel tahun

2004, (ton)

Perkiraan produksi biodiesel

sampai pertengahan 2006, (ton)

Jerman

Prancis

Italia

Inggris

Austria

Polandia

Spanyol

Slovakia

Republik Ceko

Denmark

Swedia

Irlandia

1.035.000

348.000

320.000

-

57.000

-

13.000

15.000

60.000

70.000

1.000

-

1.900.000-2.100.000

600.000-800.000

500.000-550.000

250.000

150.000

100.000-120.000

70.000-80.000

60.000-70.000

30.000-40.000

8.000-10.000

5.000

(19)

2.3 Proses Produksi Biodiesel

Secara kimia biodiesel (metil ester atau etil ester) dapat dihasilkan dengan

proses transesterifikasi, yaitu dengan mengambil molekul trigliserida atau asam

lemak kompleks, menetralisir asam lemak bebas, mengeluarkan gliserin dan

membuat alkohol ester. Dalam proses ini minyak direaksikan dengan alkohol dengan

bantuan katalisator. Alkohol yang banyak digunakan adalah methanol karena murah

dan mudah didapat. Katalisatornya dapat sebuah basa atau asam. Yang umum

digunakan ialah basa, yaitu NaOH atau KOH.

Campuran ini didiamkan sehingga terbentuk dua lapisan, yaitu lapisan bawah

yang disebut dengan gliserin dan lapisan atas yang disebut dengan metil ester. Metil

ester ini kemudian dicuci dan disaring untuk menjadi biodiesel yang siap digunakan.

Proses tersebut dilakukan dengan komposisi minyak tumbuh-tumbuhan sebesar 87%,

katalis (laurutan natrium metoksida 30%) 1%, alkohol 12%, yang akan menghasilkan

biodiesel 86%, alkohol 4%, gliserin 9%, dan fertilizer 1%. Dari komposisi ini,

didapatkan perbandingan minyak dan alkohol sebesar 1 : 7,3 dan perbandingan

alkohol dengan katalis (larutan natrium metoksida) sebesar 12,18 : 1. Biodiesel

disebut metil ester jika alkohol yang digunakan adalah methanol, sedangkan jika

alkohol yang digunakan adalah etanol, maka biodieselnya disebut etil ester. Produk

samping dari proses ini yaitu gliserin yang merupakan bahan dasar dari 1600 macam

(20)

2.4 Transesterifikasi

Proses transesterikasi yang mengkonversi minyak tumbuhan menjadi

biodiesel ditunjukkan pada reaksi dibawah ini :

H2COOR H2COH

katalis

HCOOR + 3 CH3OH 3 RCOOCH3 + HCOH

H2COOR H2COH

Trigliserida Metanol Metil Ester Gliserol

Grup “R” merupakan asam lemak yang biasanya memiliki panjang rantai

karbon 12 sampai 22. Molekul minyak tumbuhan direduksi sampai sepertiga dari

ukuran awalnya, sehingga viskositasnya semakin rendah dan semakin mirip dengan

bahan bakar diesel. Bahan bakar hasil proses ini mirip dengan bahan bakar diesel

dalam mesin. Reaksi ini menghasilkan tiga molekul dari bahan bakar ester dari salah

satu molekul dari minyak tumbuhan.

2.4.1 Proses Transesterifikasi Katalis Asam

Proses ini merupakan proses pendahuluan menggunakan katalis asam untuk

menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar 2%. Asam sulfat (sulfuric acid)

0,5 % berat dan alkohol (umumnya metanol) dengan molar rasio antara alkohol dan

bahan baku minyak sebesar 6:1 terbukti memberikan hasil konversi yang lebih baik.

Proses ini dilakukan pada rentang temperatur 40-50oC. Proses ini dilakukan di dalam

(21)

2.4.2 Proses Transesterifikasi Katalis Basa

Proses transesterifikasi ini dilakukan setelah transesterifikasi terhadap produk

tahap pertama (transesterifikasi katalis asam). Proses ini menggunakan katalis basa.

Natrium hidroksida 0,5% berat dan alkohol (umumnya metanol) dengan rasio molar

antara alkohol dan produk tahap pertama sebesar 9:1 digunakan dalam proses

transesterifikasi ini. Proses transesterifikasi ini dilakukan pada temperature 40-50oC

dalam wadah berpengaduk magnetik dan kecepatan konstan.

Keberadaan pengaduk penting untuk memastikan terjadinya reaksi di seluruh

bagian reaktor. Produk esterifikasi katalis basa ini akan berupa metil ester di bagian

atas dan gliserol di bagian bawah (akibat perbedaan densitas). Setelah dipisahkan

dari gliserol, metil ester tersebut selanjutnya di cuci dengan air distilat panas (10

vol%). Karena memiliki densitas yang lebih tinggi dibandingkan metil ester, air

pencuci ini juga akan terpisahkan dari metil ester dan menempati bagian bawah

reaktor. Metil ester yang telah dimurnikan ini selanjutnya bisa digunakan sebagai

bahan bakar mesin diesel.

2.4.3 Proses Transesterifikasi Co-Solvent dan Tanpa Katalis (Alkohol Super

Kritis)

Proses transesterifikasi ini dilakukan dengan menggunakan metanol

superkritik dan co-solvent CO2. Tidak adanya katalis pada proses ini memberikan

keuntungan tidak diperlukannya proses purifikasi metil ester terhadap katalis yang

biasanya terikut pada produk proses transesterifikasi konvensional menggunakan

katalis asam/basa. Penambahan co-solvent CO2 berfungsi untuk menurunkan tekanan

(22)

lebih rendahnya energi yang diperlukan dalam proses transesterifikasi menggunakan

metanol superkritik. Meskipun demikian, temperatur yang telibat dalam proses ini

masih cukup tinggi, yaitu sekitar 2800C.

2.5 Sifat-Sifat Biodiesel

2.5.1 Viskositas

Viskositas bahan bakar adalah penting karena mempengaruhi atomisasi bahan

bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang pembakaran mesin. Tetesan bahan bakar

diharapkan melengkapi suatu pembakaran. Bahan bakar dengan viskositas yang

tinggi, seperti minyak tumbuhan, akan menghasilkan tetesan bahan bakar yang lebih

besar dalam ruang mesin pembakaran dimana bahan bakar ini tidak akan terbakar

sama besih dengan bahan bakar yang menghasilkan tetesan yang lebih kecil.

Biodiesel memiliki viskositas yang lebih mirip dengan bahan bakar diesel

daripada minyak tumbuhan. Hal ini membantu menghasilkan tetesan-tetesan yang

lebih kecil, yang terbakar lebih bersih.

biodiesel sama dengan viskositas dari petrodiesel yaitu 35-45 cp pada 1000F.

(Hendartomo, 6 Agustus 2007)

2.5.2 Angka Setana (Cetane Number)

Angka setana berhubungan dengan volatilitas dari bahan bakar, dimana bahan

bakar yang lebih volatil memiliki angka setana yang lebih tinggi. Bahan bakar

dengan angka setana yang tinggi juga berakibat pada pembakaran yang tidak

sempurna dan asap.

(23)

2.5.3 Panas Pembakaran

Bahan bakar dengan panas pembakaran yang tinggi akan menghasilkan

tenaga yang lebih besar daripada bahan bakar dengan energi yang lebih rendah.

Akibatnya, mesin yang menggunakan bahan bakar berenergi rendah akan

membutuhkan bahan bakar lebih untuk menghasilkan tenaga yang sama seperti

bahan bakar diesel. Biodiesel membutuhkan sekitar 1,1 galon bahan bakar untuk

melakukan kerja yang sama dengan satu galon dari bahan bakar diesel.

2.5.4 Flash Point (Titik Nyala)

Flash point atau titik nyala adalah suhu terendah dimana bahan bakar dalam

campurannya dengan udara akan menyala. Titik nyala yang terlampau tinggi dapat

menyebabkan keterlambatan penyalaan, sementara apabila titik nyala terlampau

rendah akan menyebabkan timbulnya detonasi yaitu ledakan-ledakan kecil yang

terjadi sebelum bahan bakar masuk ruang bakar. Hal ini juga meningkatkan resiko

bahaya pada saat penyimpanan. (Hendartomo, 6 Agustus 2007). Flash point yang

terdapat dalam biodiesel secara umum yaitu 1300C

2.5.5 Cloud Point (Titik Asap)

Cloud point atau titik asap adalah suhu dimana suatu bahan bakar akan menghasilkan

asap tipis yang kebiru-biruan pada suatu pemanasan. (Ketaren, 1986). Cloud point

untuk biodiesel pada umumnya adalah -110C-160C.

(24)

2.5.6 Pour Point (Titik Tuang)

Pour point atau titik tuang adalah suhu terendah dimana bahan bakar dapat

dialirkan. Titik tuang yang terlalu tinggi akan menyebabkan kesulitan pada

pengaliran bahan bakar. (Hendartomo, 6 Agustus 2007). Pour point untuk biodiesel

yaitu berkisar -150C – 130C.

2.6Bahan Baku Kelapa Pembuatan Biodiesel

Pembuatan biodiesel dapat dibuat dari minyak kelapa. Dalam tugas

perancangan pabrik ini, bahan baku yang digunakan adalah minyak kelapa.

2.6.1 Kelapa

Kelapa atau cocos nucifera sudah tumbuh selama 16 juta tahun yang lalu.

Kelapa berasal dari India. Kelapa dapat tumbuh di wilyah tropis, dan lebih banyak

tumbuh di pinggiran pantai. Pohon kelapa biasanya tumbuh di tanah berpasir dengan

tingkat salinitas yang tinggi, lebih banyak tumbuh di wilayan cukup sinar matahari

dan dengan curah hujan yang teratur 750-2000 mm/tahun. Kelembapan yang

dibutuhkan kelapa untuk tumbuh yaitu 70-80%. Pada pertumbuhan optimum itulah

sehingga kelapa jarang tumbuh di daerah dengan humiditas yang rendah, temperature

juga sangat mempengaruhi pertumbuhannya, yaitu sekitar 24oC, sangat susah tumbuh

di daerah iklim kering, kalaupun bisa tumbuh kemungkinan tidak berbuah

(25)

2.6.2 Minyak Kelapa

Minyak kelapa dan kopra berasal dari buah pohon kelapa yang berasal dari

Asia Tenggara. Minyak kelapa telah digunakan selama ribuan tahun sebagai minyak

masak, dan makanan diet bagi orang-orang yang tinggal di daerah tropis.

Kopra adalah daging bagian dalam dari kelapa. Kopra merupakan minyak

yang kaya pulp dengan rasa kacang yang manis dan ringan. Kopra pada dasarnya

digunakan sebagai sumber minyak kelapa. Kopra berkualitas tinggi mengandung

sekitar 65% sampai 72% minyak, dan minyak yang diperoleh dari kopra disebut

crude coconut oil (minyak kelapa mentah). Minyak kelapa mentah diproses dari

kopra dengan expeller press dan ekstrasi pelarut. Minyak kelapa tidak disarankan

untuk dikonsumsi sampai minyak kelapa tersebut melewati proses refining, yang

terdiri dari neutralizing, bleaching, dan deodorizing pada suhu tinggi dan tekanan

vakum. Minyak kelapa sisa yang diperoleh sebagai hasil samping digunakan untuk

umpan bahan baku.

Minyak kelapa tingkat premium yang juga dikenal dengan minyak kelapa

murni adalah minyak yang diperoleh dari pressing pertama tanpa penambahan bahan

kimia apapun. Minyak kelapa murni ini (virgin coconut oil) atau minyak kelapa

tingkat premium lebih mahal dari minyak kelapa mentah atau minyak kelapa yang

sudah melewati proses refining karena penghasilnya hanya menggunakan bahan baku

pilihan dan terdapat yield produksi yang lebih rendah yang disebabkan karena hanya

(26)

Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa

Komponen Kimia Jumlah, %

Asam Kaprilat 8,0

Asam Kaprat 7,0

Asam Laurat 48,0

Asam Miristat 17,5

Asam Palmitat 8,8

(Sumber : Hendartomo, 6 Agustus 2007)

2.6.3 Kegunaan Minyak Kelapa

Minyak kelapa dapat dicampur dengan diesel, langsung dalam mesin tersebut

atau diubah dahulu menjadi biodiesel. Karena densitas spesifik yang lebih tinggi dan

kandungan energi yang lebih rendah, konsumsi bahan bakar spesifik menggunakan

minyak kelapa secara umum lebih tinggi 8%.

Banyak studi yang melibatkan penggunaan minyak tumbuhan seperti minyak

kelapa dilakukan di awal tahun 1980. Percobaan mesin jangka pendek menunjukkan

bahwa minyak tumbuhan dapat langsung digunakan sebagai bahan bakar atau dalam

campuran dengan diesel. Penelitian mesin jangka panjang menunjukkan bahwa

kemampuan mesin untuk bekerja dipertanyakan ketika campuran bahan bakar

(27)

2.6.4 Keuntungan Minyak Kelapa Sebagai Biodiesel

Produksi kelapa dunia dalam kopra telah meningkat menjadi sepuluh juta ton

per tahun. Dari produksi ini, antara satu sampai dua juta ton telah dipasarkan di

dunia. Fluktuasi harga minyak kelapa sempat berlangsung signifikan, yaitu antara 0,3

sampai 0,7 US$/liter. Pasar ekspror umumnya terdiri dari proses-proses industri yang

dapat menggunakan minyak tumbuhan lainnya jika harga kelapa dunia tinggi.

Penggunaan minyak kelapa secara luas untuk menggantikan bahan bakar diesel

memiliki potensi nilai lingkungan, yaitu berkurangnya emisi gas-gas beracun jika

dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar diesel. (Wikipedia, 19 April 2007)

2.7 Sifat-Sifat Bahan

2.7.1 Metil Ester (Biodiesel)

(Sumber :

1. Berwujud cairan jernih tidak berwarna

2. Berat molekul : 214,344 gr/mol

3. Spesifik gravitasi : 0,87 – 0,89 (25oC)

4. Titik leleh : 4,5oC (760 mm)

5. Titik didih : 148oC (18 mm)

261,5oC (760 mm)

6. Nilai asam : 1 max KOH/g

7. Flash point : 130oC

8. Angka Setana : 46 – 70

9. Titik Asap : -11 – 16oC

(28)

2.7.2 Minyak Kelapa (100 gram) (Sumber :Wikipedia, 06 Agustus 2007)

1. Kandungan karbohidrat : 15,23 g

2. Kandungan gula : 6.23 g

3. Densitas : 0,926 gr/ml

4. Lemak : 33,49 g

Jenuh : 29,70 g

Tidak jenuh tunggal (monounsaturated) : 1,43 g

Tidak jenuh poli (polyunsaturated) : 0,37 g

4. Protein : 3,3 g

Thiamin (vitamin B1) : 0,066 mg (5%)

Riboflavin ( vitamin B2) : 0,02 mg (1%)

Niasin (vitamin B3) : 0,54 mg (4%)

Asam pantotenik (vitamin B5) : 0,300 mg (6%)

Vitamin B6 : 0,054 mg (4%)

Volat (vitamin B9) : 26 g (6%)

: 3.3 mg (6%)

Kalsium : 14 mg (1%)

Besi : 2.43 mg (19%)

: 32 mg (9%)

: 113 mg (16%)

(29)

: 1.1 mg (11%)

2.7.3 Air (H2O)

1. Merupakan cairan yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau

2. Merupakan elektrolit lemah dan dapat terionisasi menjadi H3O+ dan OH

-3. Berat Molekul : 18,016 gr/mol

4. Densitas : 1 gr/ml

5. Titik Nyala : 0 0C

6. Viskositas : 0,01002 cp

7. Panas Spesifik : 1 kal/gr

8. Tekanan Uap : 760 mmHg

9. Tegangan Permukaan : 73 dyne/cm

10. Panas Laten : 80 kal/gr

11. Indeks Bias : 1,333

12. Mempunyai kemampuan katalitik tertentu, terutama pada oksidasi logam

(Sumber : Orthmer, 1987)

2.7.4 Metanol ( CH3OH )

1. Warna : tidak berwarna dalam cairan

2. Densitas : 0,7918 gr/cm3

3. Titik Beku : - 97 0C ( 1 atm )

4. Titik Didih : 64,7 0C ( 1 atm )

5. Keasaman : 15,5 pKa

6. Berat molekul : 32,04 gr/mol

(30)

8. Batas kemampuan terbakar

(%volume di udara) : 6.72% - 36.50%

9. Titik Nyala : 110C

10. Kapasitas Panas Cairan : Cp = 0,54247 + 1314 x 10-6t + 485 x 10-8 t2

11. Merupakan cairan yang mudah menguap

12. Mudah terbakar

13. Merupakan bahan kimia beracun

14. Dapat digunakan sebagai bahan bakar, anti beku, denaturasi dan pelarut

(Sumber : Wikipedia, 06 Agustus 2007 )

2.7.5 Gliserol

1. Titik Beku : 18,17 0C

2. Titik Didih : 147,9 0C

3. Densitas : 1,2582 gr/ml

4. Indeks Bias nD20 : 1,47399 ( gliserol 100 % 0

5. Tekanan Uap : 0,0025 mmHg ( 50 0C )

0,195 mm Hg ( 100 0C )

46,0 mmHg ( 200 0C )

6. Viskositas : 1499 cp ( 20 0C )

7. Kapasitas Panas : 0,5795 kal/gr ( 20 0C )

8. Panas Penguapan : 21,060 kal/mol ( 55 0C )

9. Panas Pembentukan : 159,60 kkal/grmol

10. Konduktivitas panas : 0,00068 kal/cm20C

(31)

12. Titik Api : 204 0C

13. Larut sempurna dalam air dan alkohol

14. Sedikit larut dalam eter, etil asetat, dioxine, tidak dapat larut dalam hidrokarbon

(Sumber : www.nist.com)

2.7.6 Natrium Metoksida

1. Berbentuk serbuk putih

2. Berat molekul : 54,04 gr/gr mol

3. Biasanya dilarutkan dalam pelarut metanol atau etanol dengan kadar 30%

(Sumber : Wikipedia, 06 September 2007)

2.8 Deskripsi Proses

2.8.1 Tahap Persiapan

Metanol 98% yang telah dicampur dengan katalis (T-202) dan minyak kelapa

(T-201) yang mengandung 94,1% trigliserida (Matsumura, 18 April 2007)

dipompakan ke reaktor (R-310) dengan perbandingan 6,23 : 1 (perbandingan massa)

(Saputera, 19 April 2007) dengan kondisi operasi 60oC dan tekanan 1 atm.

2.8.2 Tahap Esterifikasi

Di dalam reaktor (R-310) terjadi reaksi esterifikasi dengan reaksi umum :

H2COOR H2COH

CH3ONa

HCOOR + 3 CH3OH 3 RCOOCH3 + HCOH

(32)

Trigliserida Metanol Metil Ester Gliserol

Reaktor ini menggunakan pengaduk dengan kecepatan pengadukan sebesar 2

rps. Lamanya pengadukan adalah 2 jam yang dilakukan pada temperatur 60oC dan

tekanan 1 atm. Hasil konversi tahap ini dapat mencapai 99,47 % (Matsumura, 18

April 2007). Adapun tahap esterifikasi ini menghasilkan campuran metil ester,

gliserol, sabun, trigliserida, katalis, dan air.

2.8.3 Tahap Pemisahan Metil Ester

Produk intermediet hasil reaksi kemudian dipompakan menuju separator

(S-401) pada temperatur 60oC dan tekanan 1 atm yang berfungsi untuk memisahkan

larutan metil ester dari gliserol, katalis, dan sabun. Adapun di dalam separator akan

terbentuk dua lapisan. Lapisan atas yaitu larutan metil ester, dan lapisan bahwa yaitu

gliserol, katalis, dan sabun, dan air. Larutan metil ester yang masih mengandung

metanol kemudian dipompakan ke flash drum (FD-303) yang dioperasikan pada

temperatur 104,7oC dan tekanan 1 atm untuk memisahkan metanol (titik didih =

64,7oC). Metanol hasil pemisahan kemudian ditampung dalam tangki penampungan

metanol (T-204). Gliserol yang mengandung sedikit katalis, air, dan sabun kemudian

ditampung dalam tangki penampung sementara (T-203)

2.8.4 Tahap Pencucian Metil Ester

Setelah dari separator (S-401), larutan metil ester kemudian dipompakan ke

washing tank pertama (WT-306) untuk dicuci dengan menggunakan CH3COOH

(T-205) sebelum dipompakan ke dalam dekanter (D-402). Adapun senyawa bekas

(33)

dipompakan ke washing tank kedua (WT-307) dengan menggunakan air sebagai

pencucinya, kemudian dipompakan ke decanter (D-403). Adapun air bekas cucian

langsung dipompakan ke unit pengolahan limbah.

2.8.5 Tahap Pemurnian Metil Ester

Larutan metil ester kemudian dipompakan ke evaporator (E-308) untuk

menguapkan air yang masih terkandung di dalam metil ester. Metil ester dengan

(34)

John Sariabdi Purba : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kelapa Dengan Kapasitas 80.000 T-201 T-202 LI LI 3 1 R-301 LI TC PI S-401 P-103 T-203 6 LI FC H-302 FC TC FD-303 7 LC LC 5 TI K-304 P-104 FC 9 T-204 LC C-305 8 P-105 10 FC WT-306 LC TC 11 T-205 12 D-402 P-106 FC LC WT-307 13 FC LC 15 D-403 LC 16 17 FC E-308 TC 19 FC LC 20 C-309 21 TC T-207 22

Air Pendingin 10 C

Steam 120 C

, 2 atm

Air Pencuci 30 C

Air Pendingin Bekas

Steam Bekas

Air Pencuci Bekas

[image:34.595.74.543.78.676.2]

18 14 LI 4 P-107 P-108 P-109 P-102 B-203 G-101 2

(35)

[image:35.595.54.574.101.754.2]

Tabel Neraca Massa

KOMPONEN

Alur 8 9 10 11 12 13 8

Minyak Kelapa

CH3OH 1414.6681 1414.668071 433.22902 433.22902 433.22902 424.564444 H2O 35.347382 35.34738238 37.144333 37.144333 9849.53392 9886.6783 197.733565 Biodiesel 927.9473 927.9472985 9899.0291 9899.0291 9899.0291

Gliserol

CH3ONa

As. Asetat 49.4951454 49.495145 48.5052424

Total 2377.9628 2377.962752 10369.402 10369.402 9899.02907 20268.431 670.803251

Suhu (Celsius) 104,7 30 104,7 30 30 30 30

Tekanan (atm) 1 1 1 1 1 1 1

KOMPONEN

14 15 16 17 18 19 20

Minyak Kelapa

CH3OH 424.564444 8.6645805 8.6645805 8.49128888 0.17329161

H2O 197.733565 9688.9447 9899.02907 19587.974 391.759475 19196.2143 18994.3864

Biodiesel 9899.0291 9899.0291 9899.02907

Gliserol

CH3ONa

As. Asetat 48.5052424 0.9899029 0.9899029 0.97010485 0.01979806

Total 670.803251 19597.628 9899.02907 29496.657 401.220869 29095.4364 18994.3864

Suhu (Celsius) 30 30 30 30 30 30 100

Tekanan (atm) 1 1 1 1 1 1 1

KOMPONEN

1 2 3 4 5 6 7

Minyak Kelapa 11371.2942 45.4851768 45.485177

CH3OH 3552.094064 3552.094064 1847.897095 1847.897095 1847.8971 H2O 69.83841361 69.83841361 69.83841361 72.49171559 72.49171559 72.4917156

Biodiesel 11396.81723 569.84086 10826.97637 10826.9764

Gliserol 1633.188762 1633.1888

CH3ONa 56.856471 56.96098657 56.960987

As. Asetat

Total 14993.22668 69.83841361 3678.788949 15052.84097 2305.4758 12747.36518 12747.3652

Suhu (Celsius) 30 60 30 60 60 60 104,7

(36)

KOMPONEN

Alur 21 22

Minyak Kelapa

CH3OH

H2O 201.82791 201.8279118 Biodiesel 9899.0291 9899.02907

Gliserol

CH3ONa

As. Asetat

Total 10100.857 10100.85698

Suhu (Celsius) 100 30

(37)

BAB III

NERACA MASSA

Hasil perhitungan neraca massa pada proses pembuatan biodiesel dari minyak

kelapa dengan kapasitas produksi 80000 ton/tahun diuraikan sebagai berikut :

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu bekerja / tahun : 330 hari

Kapasitas produksi (98% metil laurat) : 10101,0101 kg/jam

Satuan operasi : kg/jam

3.1 Reaktor (R-310)

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Reaktor (R-310)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2 Alur 3

M. Kelapa 11371,2492 45,298

CH3OH 3553,1936 1849,0336

H2O 72,514 72,514

Biodiesel 11396,57

Gliserol 1633,184

CH3ONa (Katalis) 56,9608 56,9608

Total 11371,2492 3682,5636 15053,8128

3.2 Separator (S-401)

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Separator (S-401)

Alur 3 Alur 4 Alur 5

M. Kelapa 45,298 45,298

CH3OH 1849,0336 1847,8898

H2O 72,514 72,4914

Biodiesel 11396,7721 56,9823 10826,9335

Gliserol 1633,184 1633,184

CH3ONa 56,9608 56,9608

Total

15053,8128

1792,32 12747,3147

[image:37.595.124.507.207.674.2]

(38)

3.3 Heater (H-302)

Tabel 3.3 Neraca Massa Heater (H-302)

Alur 5 Alur 6

CH3OH 1847,8898 1847,8898

H2O 72,4914 72,4914

Biodiesel 10826,9335 10826,9335

Total 12747,3147 12747,3147

[image:38.595.110.537.289.673.2]

3.4 Flash Drum (FD-303)

Tabel 3.4 Neraca Massa Flash Drum (FD-303)

Alur 6 Alur 7 Alur 9

CH3OH 1847,8898 1414,6625 433,2273

H2O 72,4914 35,3472 37,1442

Biodiesel 10826,9335 927,9436 9898,9899

Total _12747,3147 2377,9533 10369,3614

12747,3147

3.5 Kondensor (K-304)

Tabel 3.5 Neraca Massa Kondensor (K-304)

Alur 7 Alur 8

CH3OH 1414,6625 1414,6625

H2O 35,3472 35,3472

Biodiesel 927,9436 927,9436

Total 2377,9533 2377,9533

3.6 Cooler 1 (C-305)

Tabel 3.6 Neraca Massa Cooler 1 (C-305)

Alur 9 Alur 10

CH3OH 433,2273 433,2273

H2O 37,1442 37,1442

Biodiesel 9898,9899 9898,9899

(39)

3.7 Washing Tank 1 (WT-306)

Tabel 3.7 Neraca Massa di Washing 1 (WT-306)

Alur 10 Alur 11 Alur 12

CH3OH 433,2273 433,2273

H2O 37,1442 9849,4950 9886,6392

Biodiesel 9898,9899 9898,9899

Asam Asetat 49,4950 49,4950

Total 10369,3614 9898,9899

20268,3514 20268,3514

[image:39.595.111.531.259.623.2]

3.8 Dekanter 1 (D-402)

Tabel 3.8 Neraca Massa di Dekanter 1 (D-402)

Alur 12 Alur 13 Alur 14

CH3OH 433,2273 424,5628 8,6646

H2O 9886,6392 9688,9064 197,7328

Biodiesel 9898,9899 9898,9899

Asam Asetat 49,4950 48,5051 0,9899

Total

20268,3514

10161,974 10106,3772

20268,3514

3.9 Washing Tank 2 (WT-307)

Tabel 3.9 Neraca Massa di Washing 2 (WT-307)

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 14 Alur 15 Alur 16

CH3OH 8,6646 8,6646

H2O 197,7328 9898,9899 10096,7227

Biodiesel 9898,9899 9898,9899

Asam Asetat

0,9899 0,9899

Total

(40)

3.10 Dekanter 2 (D-403)

Tabel 3.10 Neraca Massa di Dekanter (D-403)

Alur 16 Alur 17 Alur 18

CH3OH 8,6646 8,4913 0,1733

H2O 19587,8963 391,7580 19196,1383

Biodiesel 9898,9899 9898,9899

Asam Asetat 0,9899 0,9701 0,0198

Total 29496,5407 401,2194 _29496,540729095,3213

[image:40.595.110.534.209.599.2]

3.11 Evaporator (E-308)

Tabel 3.11 Neraca Massa di Evaporator (E-308)

Alur 18 Alur 19 Alur 20

CH3OH 0,1733 0,1733

H2O 19196,1383 18994,3112 201,8271

Biodiesel 9898,9899 9898,9899

Asam Asetat 0,0198 0,0198

Total

29095,3213

18994,3112 10101,0101

30437,964

3.12 Cooler 2 (C-309)

Tabel 3.12 Neraca Massa Cooler (C-309)

Alur 20 Alur 21

H2O 0,17728 0,17728

Biodiesel 211,215 211,215

CH3OH 10349,53 10349,53

Asam Asetat 0,0207 0,0207

(41)

BAB IV

NERACA ENERGI

Suhu referensi : 25oC

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan perhitungan : kJ/jam

4.1 Reaktor (R-310)

Tabel 4.1 Neraca Panas pada Reaktor (R-310)

Komponen Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Alur 3

Alur 1 Alur 1

Trilaurin CH3OH

H2O

M. Laurat Gliserol CH3ONa

122083,2572 - - - - -

- 358,506

2,9825 - - 0,382422477

3418,331202 1384,982824 21,69311548 882047,829 134191,8422 2,676957338 Panas Reaksi

Panas yang dibutuhkan

151317,501

1170741,186-

Total 1170741,186 1170741,186

[image:41.595.108.533.279.618.2]

4.2 Heater (H-302)

Tabel 4.2 Neraca Panas pada Heater (H-302)

Komponen Panas Masuk (kJ/jam)

Alur 5

Panas Keluar (kJ/jam) Alur 6

Biodiesel CH3OH

H2O

837945,4376 1384,982824 21,69311548 1072789,47

1908121,468 3806,351524 213,7642917

Total 1912141,584 1912141,584

4.3 Kondensor (K-304)

Tabel 4.3 Neraca Panas pada Kondensor (K-304)

(42)

Alur 7 Alur 8

Biodiesel CH3OH

H2O

Panas yang dilepaskan

163539,3023 2917,422528 103,9525044

10259,68012 146,8955

1,45383 156152,6478

Total 166560,6773 166560,6773

[image:42.595.109.534.136.619.2]

4.4. Cooler 1 (C-305)

Tabel 4.5 Neraca Panas pada Cooler 1 (C-305)

Alur 9

Biodiesel CH3OH

H2O

1744582,166 893,4336906 109,237126

109446,8109 43,71198182 1,527742383 1636092,786

Total 1745584,836 1745584,836

4.5 Evaporator (E-308)

Tabel 4.5 Neraca Panas pada Evaporator (E-308)

Alur 18

Panas Keluar (kJ/jam) Alur20

Biodiesel H2O

CH3OH

CH3COOH

109446,8109 789,5382048 0,017484793 0,000365151 1587749,832

1641702,163 56283,67293 0,356570555 0,006023181

Total 1697986,199 1697986,199

4.6. Cooler 2 (C-309)

Tabel 4.6 Neraca Panas pada Cooler 2 (C-309)

Alur 20

Biodiesel H2O

CH3OH

CH3COOH

3213619,27 265,9381009 0,697984099 0,011790331

214241,2845 16,24945649 0,034226346 0,000714781 2999628,346

(43)

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

1. Tangki Penyimpanan Bahan Baku Minyak Kelapa (T-201)

Fungsi : tempat menyimpan bahan baku Minyak Kelapa

Bentuk : silinder tegak, tutup ellipsoidal, alas datar

Bahan Konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C

Jumlah : 7 unit

Kapasitas : 372,151 m3

Kondisi Penyimpanan : -Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

Kondisi Fisik : - Silinder

- Diameter : 6,025 m

- Tinggi : 12,05 m

- Tebal : 1,75 in

- Tutup

- Tinggi : 1,506 m

- Tebal : 1,75 in

2. Tangki Metanol Umpan (T-202)

Fungsi : tempat menyimpan metanol untuk dimasukkan ke dalam unit

mixer

Bentuk : silinder tegak, tutup ellipsoidal, alas datar.

Bahan : Carbon steel SA-53 grade A

Jumlah : 3 unit

Kondisi penyimpanan

-Tekanan : 1 atm

(44)

Kondisi Fisik : -Silinder

- Tinggi : 11,1562 m

- Tebal : 1,5 in

- Tutup

- Tinggi : 1,394 m

- Tebal : 1,75 in

3. Screw Conveyor (SC-203)

Fungsi : mengangkut bahan kulit udang menuju ekstraktor (R-203)

Jenis : horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : carbon steel

Jumlah : 1 unit

Jarak angkut : 10 m

Daya : ¼ hp

4. Reaktor ( R-301)

Fungsi : tempat terjadi reaksi transesterifikasi

Jenis : Batch reactor terhubung paralel

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-203 Grade A

Jumlah : 3 unit

Kondisi operasi : -Tekanan : 1 atm

-Suhu : 60oC

Kondisi Fisik : -Silinder - Diameter : 3,352 m

- Tinggi : 4,469 m

- Tebal : ½ in

-Tutup - Diameter : 3,352 m

(45)

- Tebal : ½ in

5. Separator (S-401)

Fungsi : memisahkan gliserol dan katalis dari Biodiesel.

Jenis : Separator overflow

Bentuk : silinder vertikal dengan dasar dan tutup ellipsoidal

Bahan konstruksi : Baja karbon SA-283 Grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : -Tekanan : 1 atm

-Suhu : 60oC

- Tinggi : 5,93 m

- Tebal : ¾ in

-Tutup

- Tinggi : 0,494 m

- Tebal : ¾ in.

6. Tangki Gliserol (T-204)

Fungsi : menyimpan gliserol pada 30oC; 1 atm

Bentuk : silinder vertikal dengan tutup bawah datar dan atas konis

Bahan : carbon steel SA-53 grade C

Jumlah : 2 unit

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 60oC

Kondisi Fisik :

-Silinder

(46)

- Tebal : ¾ in

-Tutup

- Tinggi : 1,12 m

- Tebal : ¾ in

7. Heater (H-302)

Fungsi : menaikkan temperatur larutan Biodiesel proses sebelum

masuk ke dalam flash drum

Jenis : 1-2 Shell and Tube Exchanger

Jumlah : 1 unit

Diameter shell : 12 in.

Pitch : 1 in square pitch

Diameter tube : ¾ in

Jenis tube : 12 BWG

Jumlah tube : 60

Panjang tube : 20 ft

8. Flash drum (FD-303)

Fungsi : Memisahkan metanol dari campurannya

Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 203 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 104,7oC

- Tinggi : 3,501 m

(47)

-Tutup

- Tinggi : 0,583 m

- Tebal : 1 ½ in

9. Kondensor (K-304)

Fungsi : mendinginkan methanol hingga mencapai suhu 70oC

Jenis : 3-6 shell and tube exchanger

Jumlah : 1 unit

Diameter shell : 12 in.

Diameter tube : 3/4 in

Jenis tube : 18 BWG

Jumlah tube : 60

10.Cooler 1 (C-305)

Fungsi : mengubah methanol hingga mencapai suhu 30oC

Jenis : 5-10 shell and tube exchanger

Jumlah : 1 unit

Diameter shell : 15,25 in.

Diameter tube : ¾ in

Jenis tube : 18 BWG

Jumlah tube : 108

11.Tangki Metanol (T-205)

Fungsi : menyimpan metanol keluaran dari top flash drum pada 30oC;

1 atm

Bentuk : silinder vertikal dengan tutup atas elipsoidal dan bawah datar

(48)

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

Kondisi Fisik :

-Silinder

- Diameter : 7,04 m

- Tinggi : 14,08 m

- Tebal : ¾ in.

-Tutup

- Diameter : 7,04 m

- Tinggi : 1,76 m

- Tebal : ¼ in.

12.Cooler 2 (C-308)

Fungsi : menurunkan temperatur cairan setelah keluar dari bottom

flash drum hingga mencapai suhu 30oC

Jumlah : 1 unit

Diameter tube : 3/4 in

Jenis tube : 18 BWG

Jumlah tube : 108

13.Tangki Asam Asetat (T-206)

Fungsi : menyimpan larutan asam asetat 0,05% pada 30oC; 1 atm

Bentuk : silinder vertikal dengan tutup atas elipsoidal dan bawah datar

Bahan : Carbon steel SA-53 grade A

(49)

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

- Tinggi : 14,976 m

- Tebal : 2 in.

-Tutup

- Tinggi : 1,872 m

- Tebal : ¼ in.

14.Tangki Washing I (WT-305)

Fungsi : mencuci Biodiesel dengan asam asetat 0,05%.

Jenis : tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertical dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 3 unit

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-113 Grade C

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

Kondisi Fisik :-Silinder

- Diameter : 2,11 m

- Tinggi : 2,82 m

- Tebal : 1½ in

-Tutup

- Diameter : 2,11 m

- Tinggi : 0,7052 m

(50)

15.Dekanter 1 (D-402)

Fungsi : memisahkan sisa pencucian (asam asetat) dari produk

(Biodiesel)

Jenis : continuous gravity dekanter

Bentuk : silinder horizontal

Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C

Jumlah : 3 unit

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

Kondisi Fisik :

-Silinder

- Tinggi : 5,96 m

- Tebal : 1₂_in

-Tutup

- Tinggi : 0,497 m

- Tebal : 1₂_in.

16.Tangki Washing 2 (WT-306)

Fungsi : mencuci Biodiesel dengan air.

Jenis : tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertical dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 3 unit

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-113 Grade C

Kondisi operasi :

(51)

-Suhu : 30oC

- Tinggi : 3,08 m

- Tebal : 11₂_in

-Tutup

- Tinggi : 0,7704 m

- Tebal : 11₂_in.

17.Dekanter 2 (D-403)

Fungsi : memisahkan air pencuci dari produk (Biodiesel)

Jenis : continuous gravity dekanter

Bentuk : silinder horizontal

Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C

Jumlah : 3 unit

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

Kondisi Fisik :

-Silinder

- Tinggi : 5,596 m

- Tebal : ½ n

-Tutup

- Tinggi : 0,466 m

(52)

18.Evaporator (E –307)

Fungsi : menguapkan air yang terkandung dalam larutan Biodiesel.

Jumlah : 1 unit

Pitch : 1in square pitch

Diameter tube : 1 1/4 in

Jenis tube : 18 BWG

Jumlah tube : 78

19.Tangki Biodiesel (T-207)

Fungsi : menyimpan Biodiesel pada 30oC; 1 atm

Bentuk : silinder vertikal dengan tutup atas datar dan bawah konis

Bahan : carbon steel SA-53 grade C

Jumlah : 10 unit

Kondisi operasi :

-Tekanan : 1 atm

-Suhu : 30oC

Kondisi Fisik :

-Silinder

- Tinggi : 13,52 m

- Tebal : 0,5 in

Tutup

- Tinggi : 1,126 m

(53)

20.Pompa Separator 1 (P-102)

Fungsi : Memompa gliserol dari separator ke tangki gliserol

Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : commercial steel

Kapasitas : 0,0188 ft3/s

Daya motor : 1/8 hp.

21.Pompa Separator 2 (P-103)

Fungsi : Memompa metil ester dari separator ke flash drum

Jumlah : 1 unit

22.Pompa Flash Drum 1 (P-104)

Fungsi : Memompa methanol dari flash drum ke tangki metanol

Jumlah : 1 unit

23.Pompa Flash Drum 2 (P-105)

Fungsi : Memompa campuran Biodiesel dari flash drum ke tangki

washing tank 1

(54)

24. Pompa Washing Tank 1 (P-106)

Fungsi : Memompa campuran dari washing tank 1 ke tangki dekanter

Jumlah : 3 unit

Daya motor : 1 hp.

25.Pompa Dekanter 1 (P-107)

Fungsi : Memompa metil ester dari dekanter 1 ke washing tank 2

Jumlah : 3 unit

Daya motor : 1 hp.

26. Pompa Washing Tank 2 (P-108)

Fungsi : Memompa metil ester dari washing tank 2 ke dekanter 2

Jumlah : 3 unit

Daya motor : 1 ¼ hp.

27.Pompa Dekanter 2 (P-109)

Fungsi : Memompa metil ester dari dekanter ke tangki metil ester

Jumlah : 1 unit

(55)

Daya motor : 7 ¼ hp.

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi

Instrumen adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk

mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Dalam

suatu pabrik kimia, pemakaian instrumen merupakan suatu hal yang sangat penting

karena dengan adanya rangkaian instrumen tersebut maka operasi semua peralatan

yang ada di dalam pabrik dapat dimonitor dan dikontrol dengan cermat, mudah dan

efisien, sehingga kondisi operasi selalu berada dalam kondisi yang diharapkan.

Namun pada dasarnya, tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di

pabrik mencapai tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk

dapat dihasilkan secara optimal (Perry, 1999).

Fungsi instrumen adalah sebagai pengontrol, penunjuk (indicator), pencatat

(recorder), dan pemberi tanda bahaya (alarm). Instrumen bekerja dengan tenaga

mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau

otomatis. Instrumen digunakan dalam industri kimia untuk mengukur

variabel-variabel proses seperti temperatur, tekanan, densitas, viskositas, panas spesifik,

konduktifitas, pH, kelembaban, titik embun, tinggi cairan (liquid level), laju alir,

komposisi, dan kandungan air (moisture content). Instrumen-instrumen tersebut

mempunyai tingkat batasan operasi sesuai dengan kebutuhan pengolahan

(Timmerhaus, 2004).

Menurut 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

(56)

Secara umum, kerja dari alat-alat instrumen dapat dibagi dalam dua bagian

yaitu operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada

suatu peralatan proses bergantung pada pertimbangan ekonomis dari sistem peralatan

itu sendiri. Pada pemakaian alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah

alat-alat itu dipasang pada peralat-alatan proses (manual control) atau disatukan dalam suatu