TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL
DAN METANOL DENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI KAPASITAS 140.000 TON/TAHUN
Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh
Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
TIKA NUR SEPTIANI D 500 110 047
Dosen Pembimbing : 1. Emi Erawati, S.T., M.Eng. 2. Ir. Nur Hidayati, Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Tika Nur Septiani
NIM : D 500 110 047
Fakultas/ Jurusan : Teknik/Teknik Kimia
Judul : Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Crude Palm Oil Dan Metanol Dengan Proses Transesterifikasi Kapasitas
140.000 Ton/Tahun
Menyatakan bahwa tugas akhir/skripsi yang saya buat dan serahkan ini
merupakan hasil karya saya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan
ringkasan-ringkasan yang semuanya telah saya jelaskan dari mana sumbernya. Apabila
dikemudian hari dapat dibuktikan bahwa tugas akhir ini hasil jiplakan, maka saya
akan bersedia menerima sanksi dengan peraturan yang telah dibuat.
Surakarta, April 2016
Yang menyatakan,
v INTISARI
Pertambahan penduduk serta pembangunan di Indonesia dalam segala sektor menyebabkan kebutuhan bahan bakar melonjak tinggi dan ketersediaannya yang semakin menipis. Biodiesel merupakan bahan bakar minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak diesel atau solar dengan kemurnian 98%. Pabrik Biodiesel ini dirancang dengan kapasitas 140.000 ton/tahun menggunakan bahan baku CPO, Metanol dan katalis NaOH. Beroperasi pada suhu 60°C dan tekanan 1 atmosfer, perbandingan mol CPO : metanol sebesar 1 : 6, hasil koversi 98% dan reaksi berjalan secara eksotermis. Reaksi berlangsung di reaktor RATB dengan proses transesterifikasi dan fasenya cair-cair, reaktor dilengkapi dengan coil pendingin.
Luas tanah yang diperlukan sebesar 8065 m2 dan jumlah tenaga kerja sebanyak 155
orang. Bahan baku yang dibutuhkan adalah CPO sebanyak 17.958,92 kg/jam, metanol sebesar 3.999,22 kg/jam, NaOH sebesar 179,59 kg/jam dan HCl sebesar 160,42 kg/jam. Kebutuhan utilitas meliputi air dari Sungai Bontang sebanyak 15.358 kg/jam, bahan bakar solar sebesar 579,63 L/jam, udara tekan sebanyak 150 m3/jam dan kebutuhan listrik sebesar
675 kWh.
Pabrik dididirikan di Bontang, Kalimantan Timur. Dari hasil analisis ekonomi, didapatkan modal tetap sebesar Rp. 591.581.941.452. Biaya produksi total per tahun sebesar Rp. 979.099.726.094. Keuntungan sebelum pajak sebesar Rp. 124.410.107.077 per tahun, keuntungan sesudah pajak sebesar Rp. 93.307.580.307 per tahun. Evaluasi ekonomi ini menunjukkan hasil, bahwa Percent ROI sebelum pajak 21%, sesudah pajak 15,8%, POT sebelum pajak yakni 3,22 tahun dan sesudah pajak 3,88 tahun. BEP 58,12% dan SDP sebesar 28,24% serta DCF 26,96%. Hasil dari evaluasi dinyatakan Pabrik Biodiesel dari CPO dan metanol dengan kapasitas 140.000 ton/tahun ini cukup layak didirikan.
ABSTRACT
Population growth and development in Indonesia in all sectors led to soaring fuel requirements and availability is dwindling. Biodiesel is a fuel of vegetable oils that have properties resembling a diesel or diesel oil with a purity of 98%. Biodiesel is designed with a capacity of 140,000 tonnes/year using raw materials palm oil, methanol and catalyst NaOH. Operating at a temperature of 60°C and a pressure of 1 atmosphere, the mole ratio CPO : methanol of 1: 6, the result of conversion of 98% and the reaction is exothermic. The reaction takes place in the reactor RATB the transesterification process and the liquid-liquid phase, the reactor is equipped with a cooling coil.
The land area required for 8065 m2 and total workforce of 155 people. The raw material that is needed is the CPO as much as 17.958.92 kg/hr, methanol amounted to 3.999.22 kg/h, NaOH amounted to 179.59 kg/h and HCl at 160.42 kg/hour. Utility requirements include water from the River Bontang as much as 15.358 kg/h, diesel fuel amounted to 579,63 L/h, the compressed air is 150 m3/h and 675 kWh of electricity needs. The factory will build in Bontang, East Kalimantan. From the results of economic analysis, obtained a fixed capital of Rp. 591.581.941.452. Total production costs per year amounting to Rp. 979.099.726.094. Profit before tax of Rp. 124.410.107.077 per year, profit after tax of Rp. 93.307.580.307 per year. Shows the results of an economic evaluation, that the Percent ROI before tax 21%, after tax 15,8%, the POT before tax of 3,22 years and 3,88 years after tax. BEP SDP 58,12% and amounted to 28,24% and 26,96% DCF. The results of the evaluation expressed Biodiesel from palm oil and methanol with a capacity of 140,000 tonnes/year is quite feasible founded.
vii
MOTTO
‘Jika kamu tak tahan lelahnya belajar, maka kamu harus sanggup menahan perihnya kebodohan’. (Imam Syafi’i)
‘Ilmu tidak dapat diraih dengan bermalas-malasan’. (HR Muslim)
‘Man jadda wajada, Man shabara zhafira’.
‘Sometimes life hits you in the head with a brick, don’t lose faith’.(Steve Jobs)
‘Don’t talk, act. Don’t say, show. Don’t promise, prove’
PERSEMBAHAN
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya yang telah memberikan kekuatan, kesehatan, kesabaran serta keikhlasan untukku dalam mengerjakan tugas akhir kuliahku ini. Terimakasih atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Dan Pangeranku yang selalu kurindukan disetiap hembusan nafas ini.
Terima kasih banyak kepada kedua orang tua yang tanpa henti mendoakanku, menyemangatiku, dan memotivasiku. Tanpa doa dan semangat yang bapak dan ibu berikan mungkin aku bukan apa. Terima kasih untuk cinta dan kasih sayang kalian yang unconditionally. Terimalah tanda cinta yang ananda berikan meskipun hanya membayar sedikit dari pengorbanan luar biasa yang kalian berikan kepadaku. Aku sayang bapak dan Ibu, semoga Allah SWT memberkahi setiap langkah mu.
Untuk keluarga besarku, terima kasih karena sudah memberikan doa dan semangat buatku. Walaupun setiap ketemu pasti ditanya kapan lulus, tapi itu aku jadikan motivasi agar aku cepat menyelesaikan tugas akhirku.
ix
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Syukur alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, berkah, dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Crude Palm Oil dan Metanol Dengan Proses Transesterifikasi Kapasitas 140.000 ton/tahun.
Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan memperoleh gelar sarjana di Program Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Dalam penyusunan tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan terimakasih yang tak terhingga kepada:
1. Bapak Rois Fatoni, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Ibu Emi Erawati, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai.
3. IbuIr. Nur Hidayati, Ph.D. selaku Dosen Pembimbing II yang telah berkenan meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan pengarahan serta masukan dalam menyelesaikan tugas akhir ini hingga selesai.
4. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, yang telah memberikan ilmu pembelajaran dan bimbingan selama perkuliahan di Teknik Kimia.
5. Bapak, Ibu dan keluarga yang selalu memberikan doa, dukungan serta motivasi yang tiada henti, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Wakhid Arifin yang telah menjadi teman dan sahabat baikku, terima kasih atas semangat dan motivasinya.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, yang telah banyak membantu penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para pembacanya. Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan sangat membantu demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, saya selaku penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, April 2016
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
INTISARI ... v
ABSTRACT ... vi
MOTTO ... vii
PERSEMBAHAN ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1
1.2Kapasitas Pabrik ... 3
1.2.1 Prediksi Kebutuhan Biodiesel ... 3
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 3
1.2.3 Kapasitas Pabrik Biodiesel ... 4
1.3Lokasi Pabrik ... 5
1.3.1 Ketersediaan Bahan Baku ... 5
1.3.2 Pemasaran Produk ... 5
1.3.3 Sarana Transportasi ... 6
1.3.4 Tenaga Kerja ... 6
1.3.6 Utilitas ... 6
1.4Tinjauan Pustaka ... 6
1.4.1 Proses Pembuatan Biodiesel ... 6
1.4.2 Kegunaan Produk ... 8
1.4.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Bahan Baku dan Produk ... 9
1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum ... 14
BAB II DISKRIPSI PROSES ... 15
2.1Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 15
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 15
2.1.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ... 16
2.1.3 Spesifikasi Produk ... 17
2.2Konsep Proses ... 20
2.2.1 Dasar Reaksi ... 20
2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 20
2.2.3 Kondisi Operasi ... 22
2.2.4 Tinjauan Termodinamika ... 22
2.2.5 Tinjauan Kinetika... 25
2.3Langkah Proses ... 25
2.4Neraca Massa dan Neraca Panas ... 30
2.4.1 Neraca Massa ... 30
2.4.2 Neraca Panas ... 38
2.5Tata Letak Pabrik dan Peralatan ... 45
xiii
3.5 Cooler-03 ... 57
3.6 Dekanter-01 ... 58
3.7 Dekanter 02 ... 59
3.8 Evaporator 01 ... 59
3.9 Evaporator 02 ... 60
3.10 Heat Exchanger 01 ... 61
3.11 Heat Exchanger 02 ... 62
3.12 Kondensor ... 63
3.13 Mixer 01 ... 64
3.14 Mixer 02 ... 64
3.15 Netralizer ... 65
3.16 Pompa 01-18 ... 66
3.34 Reaktor A ... 75
3.35 Reaktor B... 76
3.36 Reaktor C... 77
3.37 Reboiler... 78
3.38 Rektifikasi ... 79
3.39 Silo ... 80
3.40 Tangki Biodiesel ... 80
3.41 Tangki CPO ... 81
3.42 Tangki Gliserol ... 82
3.43 Tangki HCl ... 83
3.44 Tangki Metanol ... 84
BAB IV UNIT UTILITAS DAN LABORATORIUM ... 86
4.1Unit Utilitas ... 86
4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ... 87
4.1.2 Unit Penyediaan Steam ... 106
4.1.3 Unit Penyediaan Listrik ... 107
4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 111
4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ... 113
4.2Laboratorium ... 113
4.2.1 Program Kerja Laboratorium ... 114
4.2.2 Penanganan Sampel ... 114
4.2.3 Prosedur Analisa ... 115
4.2.4 Metode Analisa ... 116
4.2.5 Alat-alat Laboratorium ... 116
4.3Keselamatan Kerja dan Kesehatan ... 116
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN ... 119
5.1Bentuk Perusahaan ... 119
5.2Struktur Organisasi ... 120
5.2.1 Pemegang Saham ... 120
5.2.2 Dewan Komisaris ... 121
5.2.3 Direktur ... 121
5.2.4 Kepala Bagian ... 122
5.2.5 Karyawan ... 123
5.2.6 Sekretaris ... 124
5.2.7 Staf Ahli ... 124
5.3Sistim Kepegawaian dan Sistim Gaji ... 125
5.4Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 125
5.4.1 Karyawan Non Shift ... 126
5.4.2 Karyawan Shift ... 126
xv
BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 136
6.1Capital Investment ... 139
6.2Manufacturing Cost ... 139
6.3General Expense ... 140
6.4Analisa Kelayakan ... 140
6.4.1 Percent Return On Investment ... 140
6.4.2 Pay Out Time ... 141
6.4.3 Break Event Point ... 141
6.4.4 Shut Down Point ... 142
6.4.5 Discounted Cash Flow ... 142
6.5Hasil Perhitungan ... 143
6.5.1 Total Capital Investment ... 143
6.5.2 Total Product Cost ... 144
6.5.3 Analisis Ekonomi ... 146
BAB VIII KESIMPULAN ... 151
DAFTAR PUSTAKA ... 152
LAMPIRAN ... 154
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 28
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 29
Gambar 2.3 Tata Letak Pabrik Biodiesel ... 49
Gambar 2.4 Tata Letak Peralatan Proses ... 53
Gambar 4.1 Skema Pengolahan Limbah ... 113
Gambar 4.2 Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ... 118
Gambar 5.1 Struktur Organisai Perusahaan Biodiesel ... 135
Gambar 6.1 Hubungan antara Cost Index dan Tahun ... 138
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Kebutuhan Impor Biodiesel di Indonesia ... 3
Tabel 1.2 Daftar Pabrik Produsen Biodiesel di Indonesia ... 4
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Penyusun CPO ... 16
Tabel 2.2 Standar Mutu Biodiesel ... 18
Tabel 2.3 Data Panas Pembentukan (ΔH°f) dan Energi Gibbs (ΔG) ... 23
Tabel 2.4 Neraca Massa (M-11) ... 30
Tabel 2.5 Neraca Massa (R-11A) ... 31
Tabel 2.6 Neraca Massa (R-11B) ... 31
Tabel 2.7 Neraca Massa (R-11C) ... 32
Tabel 2.8 Neraca Massa (H-11) ... 32
Tabel 2.9 Neraca Massa (M-12) ... 33
Tabel 2.10 Neraca Massa (H-12) ... 33
Tabel 2.11 Neraca Massa (V-11) ... 34
Tabel 2.12 Neraca Massa (M-21) ... 34
Tabel 2.13 Neraca Massa (F-31) ... 35
Tabel 2.14 Neraca Massa (V-12) ... 35
Tabel 2.15 Neraca Massa (D-11) ... 36
Tabel 2.16 Neraca Massa Total ... 37
Tabel 2.17 Neraca Panas (M-11) ... 38
Tabel 2.18 Neraca Panas (E-11) ... 38
Tabel 2.19 Neraca Panas (E-12) ... 39
Tabel 2.20 Neraca Panas (R-11A) ... 39
Tabel 2.21 Neraca Panas (R-11B) ... 40
Tabel 2.22 Neraca Panas (R-11C) ... 40
Tabel 2.23 Neraca Panas (H-11) ... 41
Tabel 2.24 Neraca Panas (M-12) ... 41
Tabel 2.25 Neraca Panas (H-12) ... 42
Tabel 2.26 Neraca Panas (V-11) ... 42
Tabel 2.28 Neraca Panas (M-21) ... 43
Tabel 2.29 Neraca Panas (F-31) ... 44
Tabel 2.30 Neraca Panas (V-12) ... 44
Tabel 2.31 Neraca Panas (D-11) ... 45
Tabel 2.32 Luas Tanah dan Bangunan Pabrik Biodiesel ... 48
Tabel 4.1 Daftar Kebutuhan Air Pendingin ... 105
Tabel 4.2 Daftar Kebutuhan Steam ... 105
Tabel 4.3 Daftar Kebutuhan Air Sanitasi ... 105
Tabel 4.4 Daftar Kebutuhan Air Proses ... 106
Tabel 4.5 Konsumsi Listrik untuk Keperluan Proses ... 108
Tabel 4.6 Konsumsi Listrik untuk Unit Pendukung Proses (Utilitas) ... 109
Tabel 5.1 Sistim Pembagian Kelompok Shift ... 127
Tabel 5.2 Penggolongan Jabatan Perusahaan ... 128
Tabel 5.3 Jumlah Karyawan sesuai dengan Jabatan dan Gaji ... 129
Tabel 5.4 Pembagian Karyawan Proses Setiap Shift ... 131
Tabel 6.1 Indeks Harga pada Tahun 1995-2014 ... 137
Tabel 6.2 Total Fixed Capital Investment ... 143
Tabel 6.3 Working Capital ... 144
Tabel 6.4 Manufacturing Cost ... 144
Tabel 6.5 General Expenses ... 145
Tabel 6.6 Fixed Cost ... 147
Tabel 6.7 Variable Cost ... 148
