SKRIPSI PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL DAN METANOL Kapasitas ton/tahun

(1)

Kapasitas 350.000 ton/tahun

Disusun oleh:

Tegar Muhammad Hakim Bintoro 151.01.1043

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2020

(2)

ii

(3)

iii

(4)

iv

(5)

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa melimpahkan rahmat-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi berupa prarancangan pabrik kimia yang berjudul “Prarancangan Pabrik Biodiesel dari Crude Palm Oil dan Metanol” dengan kapasitas produksi 350.000 ton/tahun.

Skripsi yang berupa prarancangan pabrik kimia ini sebagai salah satu syarat untuk memenuhi kelulusan di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta.

Penyusunan skripsi ini tidak terlepas bantuan banyak pihak baik moril maupun materiil. Oleh karena itu, dengan ketulusan hati penyusun mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Ir. Amir Hamzah, M.T, selaku Rektor Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta.

2. Ibu Sri Rahayu Gusmarwani, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta.

3. Ibu Sri Rahayu Gusmarwani, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing I.

4. Dewi Wahyuningtyas, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing II.

5. Teman-teman Teknik Kimia.

6. Semua pihak yang telah membantu penyusun sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.

Penyusun menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyusunan skripsi yang lebih baik.

Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua yang memerlukannya.

Yogyakarta, 8 Mei 2020 Penyusun

(6)

vi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

HALAMAN PERNYATAAN... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

INTISARI ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tinjauan Pustaka ... 2

1.3. Pemilihan Proses ... 9

1.4. Penentuan Kapasitas Produksi Pabrik ... 9

1.5. Pemilihan Lokasi Pabrik ... 10

BAB II URAIAN PROSES ... 12

BAB III SPESIFIKASI BAHAN ... 14

3.1. Bahan Baku ... 14

3.2. Bahan Pembantu ... 15

3.3. Produk ... 16

3.4. Produk Samping ... 17

BAB IV DIAGRAM ALIR ... 18

4.1. Diagram Alir Kualitatif ... 19

4.2. Diagram Alir Kuantitatif ... 20

4.3. Process Engineering Flow Diagram (PEFD) ... 21

BAB V NERACA MASSA ... 22

5.1. Neraca Massa Keseluruhan ... 22

5.2. Neraca Massa Tiap Alat ... 23

BAB VI NERACA PANAS ... 27

(7)

vii

BAB VII SPESIFIKASI ALAT ... 31

7.1. SpesifikasiAlat Proses ... 31

7.2. Spesifikasi Alat Utilitas ... 66

BAB VIII UTILITAS ... 86

8.1.Unit Penyediaan Air dan Pengolahan Air ... 86

8.1.1. Pengolahan Air ... 86

8.1.2. Air Minum, Perkantoran dan Sanitasi ... 91

8.1.3. Air Umpan Boiler ... 91

8.1.4. Air Pendingin ... 92

8.1.5. Air Pemadam Kebakaran ... 92

8.2.Unit Penyediaan Steam ... 95

8.3.Unit Pembangkit Listrik ... 96

8.4.Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 100

8.5.Unit Penyediaan Udara Tekan ... 104

BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... 107

9.1. Lokasi Pabrik ... 107

9.2. Tata Letak Pabrik ... 109

9.3. Tata Letak Alat Proses ... 113

BAB X STUKTUR ORGANISASI ... 115

10.1. Tugas Pokok Organisasi Pabrik ... 115

10.2. Fungsi Organisasi ... 115

10.3. Bentuk Perusahaan ... 115

10.4. Struktur Organisasi ... 116

10.5. Tugas dan Wewenang ... 117

10.6. Tenaga Kerja ... 121

BAB XI EVALUASI EKONOMI ... 127

11.1. Harga Peralatan ... 128

11.2. Perhitungan Biaya ... 135

11.3. Rincian Modal Tetap (Fixed Capital Investment)... 140

11.4. Biaya Produksi (Manufacturing Cost) ... 141

11.5. Modal Kerja (Working Capital) ... 149

(8)

viii

11.6. General Expenses ... 150

11.7. Production Cost ... 151

11.8. Profit Estimation ... 151

11.9. Anilisis Kelayakan ... 151

BAB XII KESIMPULAN ... 151 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(9)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Luas Lahan Perkebunan Kelapa Sawit ... 3 Tabel 1.2 Produksi Minyak Kelapa Sawit di Dunia ... 3

Tabel 1.3 Standar Biodiesel B20 dan Solar 5

Tabel 5.1 Tabel neraca massa keseluruhan 20

Tabel 5.2 Neraca massa Mixer-01 21

Tabel 5.3 Neraca massa Mixer-02 21

Tabel 5.4 Neraca massa Filter 21

Tabel 5.5 Neraca massa Reaktor-01 22

Tabel 5.7 Neraca massa Reaktor-03 22

Tabel 5.9 Neraca massa Tangki Pencui 23

Tabel 5.10 Neraca massa Dekanter 23

Tabel 5.11 Neraca massa Evaporator 24

Tabel 6.1 Neraca panas pada Mixer-01 25

Tabel 6.2 Neraca panas pada Mixer-02 25

Tabel 6.3 Neraca panas pada Reaktor-01 25

Tabel 6.4 Neraca panas pada Reaktor-02 26

Tabel 6.5 Neraca panas pada Reaktor-03 26

Tabel 6.6 Neraca panas pada Reaktor-04 26

Tabel 6.7 Neraca panas pada Tangki Pencuci 27

Tabel 6.8 Neraca panas pada Evaporator 27

Tabel 6.9 Neraca panas pada Heater-01 27

Tabel 6.10 Neraca panas pada Heater-02 28

Tabel 6.11 Neraca panas pada Cooler-01 28

Tabel 6.12 Neraca panas pada Cooler-02 28

Tabel 8.1 Kebutuhan air proses 91

(10)

x

Tabel 8.2 Kebutuhan steam 91

Tabel 8.3 Kebutuhan air pendingin pada area proses 92 Tabel 8.4 Listrik yang diperlukan untuk menggerakkan alat proses 95 Tabel 8.5 Listrik yang diperlukan untuk menggerakkan alat utilitas 96 Tabel 9.1 Perincian luas tanah bangunan pabrik 108 Tabel 10.1 Pembagian waktu kerja karyawan shift 120

Tabel 10.2 Penggolongan karyawan 121

Tabel 10.3 Jumlah karyawan menurut jabatan 122 Tabel 10.4 Daftar gaji karyawan sesuai dengan jabatan 123 Tabel 11.1 Indeks harga alat dari tahun 1987 – 2002 127 Tabel 11.2 Harga alat pada tahun 2002, 2014, dan 2023 129 Tabel 11.3 Jumlah dan harga alat proses pada tahun 2022 129 Tabel 11.4 Harga alat utilitas dari luar negeri 132 Tabel 11.5 Harga alat utilitas dari dalam negeri 133

Tabel 11.6 Harga bangunan 136

Tabel 11.7 Tabel rincian Physical Plant Cost (PPC) 138

Tabel 11.8 Biaya tenaga kerja 141

Tabel 11.9 Direct Manufacturing Cost (DMC) 145

Tabel 11.10 Indirect Manufacturing Cost (IMC) 146

Tabel 11.11 Fixed Manufacturing Cost (FMC) 146

Tabel 11.11 Working Capital (WC) 148

Tabel 11.13 General Expenses (GE) 149

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Reaksi Transesterifikasi ... 7 Gambar 1.2 Reaksi FFA dan NaOH ... 7

Gambar 4.1 Diagram Alir Kualitatif 17

Gambar 4.2 Diagram Alir Kuantitatif 18

Gambar 4.3 Process Engineering Flow Diagram 19 Gambar 8.1 Diagram Alir Proses Pengolahan Air 82

Gambar 9.1 Tata Letak Pabrik 88

Gambar 9.2 Tata Letak Alat Proses 90

Gambar 10.1 Struktur Organisasi Pabrik Metil Asetat 93 Gambar 11.1 Grafik Hubungan Tahun vs Indeks Harga Alat 105

Gambar 11.2 Grafik Evaluasi Ekonomi 133

(12)

xii INTISARI

Pabrik biodiesel dari crude palm oil dan metanol direncanakan didirikan di Kecamatan Batulicin, Kabupaten Tanah Bumbu, Provinsi Kalimantan Selatan, dibangun di atas tanah seluas 35.100 m² dengan kapasitas produksi 350.000 ton/tahun. Pabrik ini beroperasi selama 24 jam sehari dengan waktu produksi selama 330 hari per tahun dengan jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan sebanyak 200 orang.

Proses produksi biodiesel dimulai dengan mengalirkan bahan baku berupa metanol kemurnian 99% sebanyak 5.422,6227 kg/jam dan katalis natrium hidroksida kemurnian 48% menuju tangki pencampur (M-02) untuk dicampurkan hingga homogen. Hasil keluar tangki pencampur diumpankan ke reaktor bersamaan dengan crude palm oil sebanyak 44.269,7170 kg/jam. Reaksi dijalankan dalam empat buah reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) yang disusun secara seri.

Reaksi berlangsung pada suhu 70^oC dan tekanan 1,5 atm. Hasil reaksi dialirkan menuju tangki pencuci (TP) untuk melarutkan kandungan gliserol dalam produk biodiesel. Larutan kemudian diumpankan menuju dekanter (D) untuk memisahkan fase ringan dan fase berat, hasil bawah yang berupa fase berat diumpankan menuju unit pengolahan lanjut (UPL) sementara hasil atas yang merupakan fase ringan diumpankan ke evaporator (E) untuk memperoleh produk yang lebih murni dan kualitas yang baik. Pada evaporator (E) terjadi pemekatan umpan yang berfungsi untuk menguapkan metanol dan air yang akan diumpankan kembali ke tangki pencampur (M-02) sebagai recycle, sehingga diperoleh larutan yang lebih pekat.

Larutan ini kemudian diumpankan ke tangki penyimpanan (T-05) sebagai produk dengan kemurnian 98,6356% dan impuritis crude palm oil kemurnian 1,3644%.

Utilitas yang dibutuhkan meliputi kebutuhan air sebesar 52.243,9843 kg/jam, kebutuhan steam sebesar 6.054,0182 kg/jam, kebutuhan listrik sebesar 2.590.833,8560 kWh/tahun, kebutuhan udara tekan sebesar 39.916,8000 m³/tahun, dan kebutuhan bahan bakar berupa residual fuel oil sebesar 8.593,1294 L/tahun.

Dilihat dari sifat kimia maupun fisis bahan baku dan produk yang tidak berbahaya dan tidak beracun, proses dijalankan pada tekanan 1,5 atm dan suhu operasi tertinggi 95^oC, maka pabrik ini termasuk pabrik beresiko rendah (low risk).

Dari hasil perhitungan evaluasi ekonomi diperlukan Fixed Capital Investment (FCI) sebesar US $ 48.141,681.50, Working Capital (WC) US $ 83,109,083.29, Manufacturing Cost (MC) US $ 281,145,076.65, dan General Expenses (GE) US

$ 47.372.962,81. Analisis ekonomi menunjukkan nilai ROI (Return of Investment) sebelum pajak adalah 45% dan nilai ROI (Return of Investment) sesudah pajak adalah 26,77%. POT (Pay Out Time) sebelum pajak adalah 1,8312 tahun dan nilai POT (Pay Out Time) sesudah pajak adalah 2,7200 tahun. Nilai BEP (Break Even Point) adalah 48,72%, nilai SDP (Shut Down Point) adalah 37,30% dan nilai DCF (Discounted Cash Flow) adalah 18,38%. Ditinjau dari resiko pabrik dan hasil evaluasi ekonomi maka pabrik biodiesel ini cukup layak dipertimbangkan untuk didirikan.

Kata kunci : crude palm oil, metanol, biodiesel, bleached palm oil

(13)

1 1.1. Latar Belakang

Isu tentang energi dan lingkungan hidup telah menjadi isu global selama kurun waktu terakhir. Keduanya menempati prioritas pertama dalam kaitannya dengan permasalahan krusial yang dihadapi oleh banyak Negara di dunia. Termasuk diantaranya adalah di Indonesia. Saat ini kebutuhan akan bahan bakar semakin meningkat seiring semakin meningkatnya populasi dan semakin berkembangnya teknologi, akan tetapi cadangan sumber daya minyak bumi yang berasal dari fosil semakin menipis karena sifatnya yang tidak dapat diperbaharui, sehingga wacana untuk mengembangkan sumber energi terbarukan semakin banyak digulirkan.

Menurut data Automotive Diesel Oil, konsumsi bahan bakar Indonesia telah melebihi produksi sejak tahun 1995, dan diperkirakan cadangan minyak Indonesia akan habis dalam waktu 10 – 15 tahun mendatang (Hambali, 2006).

Diantara berbagai produk minyak bumi, bahan – bakar diesel termasuk yang paling banyak digunakan, sekitar 43,4% dari total pemakaian jenis BBM, dengan pemakaian yang cukup luas untuk berbagai peralatan pertanian, transportasi dan industri. Salah satu alternatif sumber energi adalah fatty acid metil ester (biodiesel) sebagai produk untuk menggantikan petroleum diesel dari sumber minyak nabati.

Bahan dasar yang biasa digunakan untuk pembuatan biodiesel diantaranya minyak dari kedelai, minyak kelapa sawit, minyak biji jarak, minyak biji bunga matahari dan lain sebagainya.

Pemerintah Indonesia, khususnya Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral dalam Kebijakan Energi Nasional pemerintah menargetkan pemakaian Bahan Bakar Nabati (BBN) pada tahun 2025 sebesar 5%. Bahan bakar nabati yang menempati prioritas untuk dikembangkan adalah biodiesel. Pemerintah menetapkan tambahan kapasitas produksi biodiesel mencapai 1,6 juta kiloliter pada tahun 2010 dan diharapkan mencapai 4,16 juta kiloliter pada tahun 2025 (www.esdm.go.id).

(14)

kelangkaan energi fosil pada masa mendatang. Hal ini karena biodiesel bersifat dapat diperbarui (renewable), dapat terurai secara alami (biodegradable) dan memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin karena termasuk kelompok minyak tidak mengering (non-drying oil) dan mampu mengurangi emisi karbon dioksida dan efek rumah kaca.

Biodiesel juga bersifat ramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan diesel/solar, yaitu bebas sulfur, bilangan asap (smoke number) rendah, terbakar sempurna (clean burning), dan tidak menghasilkan racun (non toxic) (Hambali, 2006).

Dengan didirikannya pabrik biodiesel di Indonesia diharapkan mampu untuk mengantisipasi kebutuhan biodiesel. Disamping itu juga diharapkan mampu memberikan keuntungan sebagai berikut:

a) Mengurangi pemakaian bahan bakar diesel subsidi;

b) Menghemat sumber devisa Negara karena dapat mengurangi ketergantungan impor minyak mentah;

c) Mengurangi polusi udara karena dapat mengeliminasi gas buang dan efek rumah kaca (Hambali, 2006);

d) Membuka lapangan kerja baru.

1.2. Tinjauan Pustaka 1.2.1.Kelapa Sawit

Kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan / industri yang berupa pohon batang lurus dari famili Palmae. Tanaman tropis yang dikenal sebagai penghasil minyak sayur ini berasal dari Amerika. Brazil dipercaya sebagai tempat dimana pertama kali kelapa sawit tumbuh. Dari tempat asalnya, tanaman ini menyebar ke Afrika, Amerika Equatorial, Asia Tenggara dan Pasifik selatan.

Pulau Sumatra terutama Sumatera Utara, Lampung dan Aceh merupakan pusat penanaman kelapa sawit yang pertama kali terbentuk di Indonesia, namun demikian sentra penanaman ini berkembang ke Jawa Barat (Garut Selatan dan Banten

(15)

kelapa sawit ditunjukkan pada Tabel 1.1 (Direktorat Jenderal Perkebunan RI).

Tabel 1.1 Luas Lahan Perkebunan Kelapa Sawit

Wilayah Luas Area (Ha)

Sumatera 3.283.154

Jawa 6.914

Kalimantan 3.236.413

Sulawesi 189.525

Maluku + Papua 82.814

Total 6.798.820

Produk utama pohon kelapa sawit yang dimanfaatkan adalah tandan buahnya yang menghasilkan minyak dari daging buah dan kernel (inti sawit). Minyak kelapa sawit adalah bahan untuk pembuatan mentega, minyak goreng dan kue/biskuit;

serta bahan industri tekstil, farmasi, kosmetika, gliserol.,sabun, dan deterjen. Produksi minyak sawit di dunia ditunjukkan pada Tabel 1.2 (index mundi, USDA, 2019).

Tabel 1.2 Produksi Minyak Kelapa Sawit di Dunia Negara Produksi (1000 MT)

Indonesia 43.000

Malaysia 21.200

Thailand 3.000

Colombia 1.680

Nigeria 1.015

Guatemala 852

Ampas tandan kelapa sawit merupakan sumber pupuk kalium dan berpotensi untuk diproses menjadi pupuk organik melalui fermentasi (pengomposan) aerob dengan penambahan mikroba alami yang akan memperkaya pupuk yang dihasilkan. Ampas inti sawit (bungkil) digunakan untuk makanan ternak, sedangkan batang dan pelepah daun merupakan bahan pembuat particle board.

Beberapa produk dari kelapa sawit yang umum diperdagangkan, yaitu:

1. Minyak Sawit Kasar atau Crude Palm Oil (CPO)

2. Minyak Inti Kelapa Sawit atau Crude Palm Kernel (CPKO) 3. Inti Kelapa Sawit atau Palm Kernel

(16)

5. Pretreated Palm Oil

6. Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBD Palm Oil) 7. Crude Palm Fatty Acid

8. Crude Palm Olein 9. Preteated Palm Olein 10. RBD Palm Olein 11. Crude Palm Stearin 12. Pretreated Palm Stearin 13. RDB Palm Stearin 14. Palm Acid Oil

15. Crude Palm Kernel Fatty Acid

1.2.2.Metil Ester (Biodiesel)

Metil ester (biodiesel) adalah bahan bakar diesel bersih yang dapat diperbaharui. Seperti halnya minyak diesel, biodiesel dapat dioperasikan dalam mesin pembakaran. Campuran 20% biodiesel dapat digunakan pada hampir semua jenis mesin dan perkakas diesel. Campuran biodiesel tinggi (100% biodiesel atau disebut B100) dapat digunakan pada beberapa mesin buatan tahun 1994 dengan sedikit atau tanpa modifikasi (Murniasih, 2005).

Penggunaan biodiesel pada mesin diesel konvensional akan mengurangi emisi hidrokarbon yang tidak terbakar sempurna. Penggunaan biodiesel juga dapat mengurangi emisi partikel padat hidrokarbon karena oksigen dalam biodiesel akan membantu kesempurnaan pembakaran sehingga dihasilkan CO2. Biodiesel memiliki karakteristik yang hampir sama dengan minyak diesel konvensional. Data standar ASTM D6751 biodiesel B20 ditunjukkan pada Tabel 1.3 (Biodiesel Production and Quality,2011).

(17)

Karakteristik Nilai

Satuan

B20 Solar

Flash point (closed cup) 130 min 52 min ⁰C Water and sediment 0,05 max 0,05 max % vol Kinematic viscosity, 40 ⁰C 1,9-6,0 2,0-4,5 mm²/s

Sulfated ash 0,02 max % massa

Sulfur 0,0015 max 0,05 max % massa

Copper strip corrosion No. 3 max

Cetane number 47 min 48 min

Cloud point Report ^oC

Carbon residue 0,05 max 0,1 max % massa

Acid number 0,8 max 0,6 max mg KOH/g

Free glycerin 0,02 max % massa

Total glycerin 0,24 max % massa

1.2.3.Proses Produksi Biodiesel

Pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan beberapa proses seperti pirolisis, emulsifikasi, esterifikasi, dan transesterifikasi.

1. Pirolisis

Pirolisis merupakan reaksi dekomposisi termal yang berlangsung tanpa adanya oksigen. Pirolisis minyak nabati biasanya menggunakan katalis garam logam.

Pirolisis ini disebabkan dapat menghasilkan biodiesel dengan Cetane number yang tinggi, namun dengan standar bahan baku mutu biodiesel yang semakin ketat, viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan pirolisis dilaporkan sangat tinggi (Mittelbach, 2004) dan karateristik titik tuang yang rendah. Menurut standar bahan bakar modern, viskositas bahan bakar tersebut terlalu tinggi. Abu dan residu karbonnya jauh melebihi nilai diesel fosil.

2. Mikroemulsifikasi

Mikroemulsifikasi merupakan pembentukan dispersi stabil secara termodinamis dari 2 cairan yang biasanya tidak mudah larut. Proses ini berlangsung dengan satu atau lebih banyak surfaktan. Penurunan diameter dalam mikroemulsifikasi berkisar 100-1000 Å. Berbagai penelitian dilakukan untuk mengkaji proses mikroemulsifikasi minyak nabati dengan menggunakan pelarut metanol, etanol,

(18)

yang tidak sempurna, membentuk deposit karbon, dan meningkatkan kekentalan minyak pelumas. Lebih lanjut, mikroemulsifikasi menampilkan nilai pemanasan volumetrik yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan bakar diesel hidrokarbon akibat kandungan alkoholnya yang tinggi, dan juga kurang cukup dalam hal jumlah dan perilaku pada suhu dingin.

3. Esterifikasi

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester.

Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat. Asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat metil ester dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangkaasam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Proses esterifikasi dilanjutkan dengan transesterifikasi terhadap produk pertama dengan menggunakan katalis alkali. Proses esterifikasi tersebut dilakukan pada suhu 55^oC proses ini akan dihasilkan metil ester dan gliserol.

Setelah dipisahkan dari gliserol, selanjutnya dimurnikan (purifikasi), yakni dicuci dengan air hangat dan dikeringkan untuk menguapkan kandungan air yang ada. Metil ester yang telah dimurnikan ini selanjutnya digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel

4. Transesterifikasi

Transesterifikasi (disebut alkoholisis) adalah pertukaran antara metanol dengan suatu ester untuk membentuk ester lain pada suatu proses yang mirip dengan hidrolisis, kecuali pada penggunaan metanol untuk menggantikan air. Proses ini telah digunakan secara luas untuk mengurangi viskositas trigliderida. Bahan baku minyak mentah yang memiliki kadar FFA tinggi (> 5 %), seperti palm fatty acid distillate (PFAD) dan crude palm oil (CPO) Low Grade maka proses transesterifikasi tidak akan berjalan efisien. Bahan baku tersebut perlu melalui

(19)

transesterifikasi ditampilkan oleh persamaan umum berikut ini:

C3H5(COOR)3 + 3 CH3OH → 3 CH3COOR + C3H5(OH)3

Gambar 1.1 Reaksi Transesterifikasi

Gambar 1.2 Reaksi FFA dan NaOH

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.

a. 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 50 – 120^oC. Proses ini dilakukan di dalam wadah berpengaduk magnetik dengan kecepatan konstan.

b. Proses Transesterifikasi Katalis Basa

Proses transesterifikasi ini dilakukan setelah transesterifikasi menggunakan katalis basa. Umumnya menggunakan katalis natrium hidroksida sebesar

(20)

dengan rasio molar antara alkohol dan trigliserida sebesar 6:1 sampai 9:1 digunakan dalam proses transesterifikasi ini (US patent 8,378,132 B2).

Proses transesterifikasi dilakukan pada temperature 40 – 120^oC 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 (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.

c. Proses Transesterifikasi Co-Solvent dan Tanpa Katalis (Alkohol Super Kritis)

Proses transesterifikasi ini dilakukan dengan menggunakan methanol 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 dan temperatur operasi proses transesterifikasi. Hal ini berkorelasi langsung pada 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.

(21)

Proses pembuatan biodiesel yang digunakan adalah transtreifikasi, dengan pertimbangan pemilihan proses antara lain;

1. Tekanan proses lebih rendah dibandingkan proses pirolisis, yaitu pada tekanan 1,5 atm.

2. Nilai konversi yang diperoleh dari proses transesterifikasi tinggi hingga mencapai 98% dibandingkan proses esterifikasi, emusifikasi, dan pirolisis.

3. Proses transterifikasi tidak menghasilkan kadar abu serta residu karbon yang tinggi dibandingkan proses pirolisis.

4. Proses transterifikasi dapat meghasilkan produk biodiesel dengan mutu yang sesuai standart Indonesia (SNI).

5. Proses transesterifikasi merupakan proses yang paling efektif dan efisien dalam pembuatan biodiesel.

1.4. Penentuan Kapasitas

Dalam menentukan kapasitas produksi ynag menguntungkan, digunakan beberapa pertimbangan, yaitu;

Pada dasarnya semakin besar kapasitas produksi, maka kemungkinan keuntungan juga semakin besar

1. Proyeksi kebutuhan biodiesel di Indonesia

Berdasarkan data dari USDA Feregin Agricultural Service dalam indonesia Biofeuls Annual 2018, kebutuhan biodiesel cenderung mengalami kenaikan seiring dengan meningkatnya kebutuhan akan sarana transportasi dan aktivitas industri di Indonesia, hal ini dapat dilihat dari konsumsi dari tahun 2013 – 2018 seperti ditunjukkan pada Tabel 1.4 (MEMR, GTA (trade data), 2018).

Tabel 1.4 Konsumsi Biodiesel di Indonesia

Tahun Konsumsi Biodiesel (Ton)

2015 590.587

2016 2.327.710

(22)

2017 2.017.763

2018 2.619.895

2. Ketersediaan bahan baku

Bahan baku crude palm oil yang diperlukan dalam pembuatan biodiesel diperoleh dari PT. Sinar Mas Agro Resources and Technology sedangkan metanol diperoleh dari PT. Kaltim Metanol Industri.

Berdasarkan kapasitas produksi biodiesel di PT. Sinar Mas Agro Resources and Technology sebesar 300.000 ton/tahun, maka ditetapkan kapasitas rancangan pabrik biodiesel yang akan didirikan pada tahun 2023 nanti sebesar 350.000 ton/tahun.

1.5. Pemilihan Lokasi Pabrik

Pabrik biodiesel dengan bahan baku crude palm oil dam metanol direncanakan di Kecamatan Batulicin, Kabupaten Tanah Bumbu, Provinsi Kalimantan Selatan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertimbangan dalam menentukan lokasi suatu pabrik yaitu bahan baku, pemasaran, lahan dan area, bahan bakar, listrik, dan air.

1. Bahan baku

Pabrik biodiesel ini memerlukan bahan baku crude palm oil yang direncanakan dibeli dari PT. Nusantara Batulicin, Kalimantan Selatan. Bahan baku utama lain adalah metanol yang direncanakan dibeli dari PT. Kaltim Metanol Indonesia.

2. Ketersediaan sumber air dan tenaga listrik

Listrik untuk kebutuhan pabrik diperoleh dari generator pembangkit tenaga listrik. Disamping itu, disediakan juga cadangan dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) wilayah Kalimantan Selatan. Bahan bakar solar untuk generator dapat diperoleh dari PT. Pertamina. Sedangkan kebutuhan air diperoleh dari Sungai Batulicin yang mengalir di sekitar pabrik. Kebutuhan air ini berguna untuk proses, sarana utilitas dan keperluan domestik.

(23)

Di sekitar lokasi pabrik diharapkan tersedia tenaga kerja, baik yang berpendidikan, terampil maupun kasar untuk menjalankan pabrik biodiesel.

(24)

12

diumpankan ke dalam Mixer (M-01) untuk dicampur dengan bleaching earth dari silo dan asam fosfat dari tangki penyimpanan (T-02) agar terbenuk larutan. Mixer (M-01) mempunyai tekanan 1,5 atm dengan suhu umpan keluar 90,33^oC. Keluaran Mixer (M-01) berupa slury yang selanjutnya diumpankan ke dalam Filter guna untuk memisahkan cake yang berupa belaching earth dan asam fosfat, dan filtrat yang berupa trigliserida, kemudian diumpankan ke dalam Reaktor (R-01).

Metanol dalam tangki penyimpanan (T-04) diumpankan ke dalam Mixer (M-02) untuk dicampur dengan natrium hidroksida dari tangki penyimpanan (T-03) agar terbentuk larutan yang homogen. Mixer (M-02) mempunyai tekanan 1,5 atm dengan suhu umpan keluar 53,52ôC. Selanjutnya diumpankan ke dalam Heat exchanger (HE-02) untuk dipanaskan menjadi suhu 70ôC kemudian diumpankan ke dalam Reaktor (R-01) bersuhu 70ôC, tekanan 1,5 atm. Reaksi transterifikasi dijalankan pada suhu 70ôC dengan tekanan 1,5 atm Untuk menjaga suhu digunakan air pendingin yang dialirkan dalam Coil. Larutan keluar Reaktor (R-01) langsung dialirkan ke Reaktor (R-02) untuk menyempurnakan reaksi dari Reaktor (R-01).

Dalam Reaktor (R-02) sama seperti Reaktor (R-01), menggunakan air sebagai pendingin yang dialirkan di dalam coil untuk menjaga suhu. Larutan keluar dari Reaktor (R-02) langsung dialirkan ke Reaktor (R-03) untuk menyempeurnakan reaksi dari Reaktor (R-02). Dalam Reaktor (R-03) sama seperti Reaktor (R-02), menggunakan air sebagai pendingin yang dialirkan di dalam Coil untuk menjaga suhu. Larutan keluar dari Reaktor (R-03) langsung dialirkan ke Reaktor (R-04) untuk menyempurnakan reaksi dari Reaktor (R-03). Dalam Reaktor (R-04) sama seperti Reaktor (R-03), menggunakan air sebagai pendingin yang dialirkan di dalam coil untuk menjaga suhu. Larutan yang keluar dari reaktor (R-04) kemudian dipompa masuk ke dalam Tangki pencuci (TP) untuk melarutkan gliserol, sabun Na, natrium hidroksida dan metil ester dengan penambahan air.

(25)

Tahap pencucian metil ester terdiri dari gliserol, sabun Na, natrium hidroksida yang ikut dalam metil ester dilarutkan dengan air proses dari utilitas yang dilakukan pada suhu 61,3 ^oC dan tekanan 1,5 atm. Setelah keluar dari Tangki pencuci (TP) larutan diumpankan ke Dekanter (D) untuk memisahkan antara senyawa organik dan anorganik berdasarkan kelarutan dan massa jenisnya. Fase berat pada Dekanter (D) berupa metanol, trigliserida, sabun Na, air, gliserol dan natrium hidroksida yang selanjutnya akan dialirkan ke unit pengolahan lanjut (UPL). Fase ringan yaitu metil ester, trigliserida, metanol dan air dialirkan ke evaporator (E) untuk memisahkan metanol dan air pada suhu 78,4 ^oC. Hasil atas dari evaporator (E) berupa metanol dan air sedangkan hasil bawah berupa metil ester dan trigliserida. Hasil atas evaporartor berupa uap dialirkan ke kondensor (CD) untuk di recycle ke mixer (M-02) sedangkan hasil bawah berupa metil ester dipompakan ke cooler (C) untuk didinginkan, setelah dari cooler dipompakan ke tangki penyimpanan (T-05) sebagai produk.

(26)

14 BAB III

SPESIFIKASI BAHAN

3.1 Bahan Baku

3.1.1 Crude Palm Oil (CPO)

Fase : Cair

Kenampakan : Kuning Nama : Trigliserida Rumus molekul : C3H5(COOR)3

Berat molekul : 847,28 g/gmol Titik leleh : 33^oC – 39^oC

Densitas : 0,885 g/mL(pada 50^oC) Kemurnian : 99,5% (0,5% FFA)

Kelarutan : Larut dalam alkohol dan tidak larut dalam air (PT. Sari Dumai Sejati Material Safety Data Sheet)

3.1.2 Metanol

Rumus Molekul : CH3OH

Kemurnian : 99% (1% H2O)

Fase : Cair

Berat Molekul : 32,04 g/gmol Titik Didih : 64,7^oC Titik Lebur : -97^oC

Densitas : 0,8062 g/mL (pada 20^oC) Viskositas : 0,55 cP

Kelarutan : Larut sempurna dalam air (Fischer Scientific Material Safety Data Sheet)

(27)

3.2 Bahan Pembantu 3.2.1 Air

Fase : Cair

Kenampakan : Jernih Titik beku : 0^oC Titik didih : 100^oC Rumus molekul : H2O Berat molekul : 18 g/gmol Densitas : 1 kg/L

Viskositas : 1 cP (pada 20^oC) Kelarutan : Larut dalam alkohol (Fischer Scientific Material Safety Data Sheet) 3.2.2 Natrium Hidroksida

Fase : Cair

Kenampakan : Putih Rumus molekul : NaOH Berat molekul : 28,56 g/gmol Densitas : 2,13 kg/L

Titik didih : 1390^oC (pada 760 mmHg) Titik lebur : 318^oC

Kelarutan : Larut dalam alkohol dan air Kemurnian : 48% (52% H2O)

(Fischer Scientific Material Safety Data Sheet) 3.2.3 Asam Posfat

Fase : Cair

Kenampakan : Putih Rumus molekul : H3PO4

(28)

Berat molekul : 98 g/gmol Densitas : 1,68 kg/L

Titik didih : 158^oC (pada 760 mmHg) Titik lebur : 21^oC

Kelarutan : Larut dalam alkohol Kemurnian : 85% (15% H2O)

(Fischer Scientific Material Safety Data Sheet) 3.2.4 Bleaching Earth

Fase : Padat (Pasir) Kenampakan : Putih

Berat molekul : 60 g/gmol Densitas : 3,33 kg/L

Kelarutan : Tidak larut dalam air

(Ashapura Perfoclay Limited Material Safety Data Sheet)

3.3 Produk Utama

3.3.1 Biodiesel (Metil ester) Rumus molekul : CH3COOR Berat molekul : 284 kg/kmol

Fase : Cair

Kenampakan : Kuning

Densitas : 0,8881 kg/L (pada 20^oC) Titik didih : 354,3 ^oC (pada 1 atm) Kelarutan : Tidak larut dalam air Kemurnian : 99,54 %

Impuritis : 0,46% C3H5(COOR)3

(PREOL Material Safety Data Sheet)

(29)

3.4 Produk Samping 3.4.1 Gliserol

Rumus molekul : C3H8O3

Berat molekul : 92 kg/kgmol

Fase : Cair

Kenampakan : Kental Densitas : 1,26 kg/L Titik didih : 147,9^oC

Kelarutan : Larut sempurna dalam air (PT. Sari Dumai Sejati Material Safety Data Sheet) 3.4.1 Sabun Na

Rumus molekul : NaCOOH Berat molekul : 292 kg/kgmol

Fase : Cair

Densitas : 1,3 kg/L Viskositas : 27 cP

Kelarutan : Larut sempurna dalam air (PT. Sari Dumai Sejati Material Safety Data Sheet)

(30)

18 BAB IV DIAGRAM ALIR

4.1. Diagram Alir Kualitatif

Diagram alir kualitatif merupakan diagram yang menjelaskan proses pembuatan pabrik biodiesel dari crude palm oil dan metanol dilengkapi dengan jenis bahan dan kondisi operasi, yang dapat dilihat pada Gambar 4.1.

4.2. Diagram Alir Kuantitatif

Diagram alir kuantitatif sama seperti diagram alir kualitatif, tetapi dilengkapi dengan massa dan komposisi dari arus bahan masuk dan keluar alat dengan satuan kg/jam, yang dapat dilihat pada Gambar 4.2.

4.3. PEFD (Process Engineering Flow Diagram)

Process Engineering Flow Diagram merupakan diagram induk yang dibuat lebih lengkap dan menyeluruh, meliputi semua alat proses, alat bantu, kondisi operasi, komposisi bahan, jumlah massa, produk yang dihasilkan, daftar alat-alat, instrumentasi yang dipakai, dan kode alat, yang dapat dilihat pada Gambar 4.3.

(31)

(32)

Gambar 4.2 Diagram Alir Kuantitatif

(33)

(34)

22

dan metanol dengan katalis natrium hidroksida berdasarkan kapasitas 350.000 ton/tahun, pabrik beroperasi 330 hari setiap tahun dan 24 jam/hari.

Kecepatan produksi = 350.000 ton

1 tahun

×

^{1.000 kg}

1 ton

×

^{1 tahun}

330 hari

×

^{1 hari}

24 jam

= 44.191,9191 kg/jam 5.1. Neraca Massa Keseluruhan

Tabel 5.1 Tabel neraca massa keseluruhan Komponen

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

Umpan Katalis Pemurnian Pencuci UPL Produk

C3H5(COOR)3 44.269,7170 282,4408 602,9535

CH3OH 5.422.6227 511,1899

CH3COOR 43.588,9656

C3H8CO3 4.771,8974

RCOOH 222.4609 111,5092

NaOH 442,6972 426,2599

NaCOOH 119,9922

H2O 37.9951 450,3650 312,4921 13.416,6847 14.224,9337

H3PO4 1,770.7887 1.770,7887

Bleaching Earth 442,6972 442.6972

Total 49.952,7956 893,0622 2.252,9780 13.416,6847 22,596.6012 44.191,9192

66.788,5204 66.788,5204

(35)

5.2. Neraca Massa Tiap Alat 5.2.1. Mixer-01

Tabel 5.2 Neraca massa Mixer-01 Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

C3H5(COOR)3 44.269,7170 44.269,7170

RCOOH 222,4609 222,4609

H3PO4 1.770,7887 1.770,7887

H2O dalam H3PO4 312,4921 312,4921

BE 442,6972 442,6972

Total 47.018,1558 47.018,1558

5.2.2. Mixer-02

Tabel 5.3 Neraca massa Mixer-02 Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam) Fresh Feed Recycle

CH3OH 5.422,6227 4.600,7095 10.023,3321

NaOH 442,6972 442,6972

H2O 487,8954 110,6779 598,5733

Total 11.064,6026 11.064,6026

5.2.3. Filter

Tabel 5.4 Neraca massa Filter

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

Umpan Air Pencuci Hasil Atas Hasil Bawah C3H5(COOR)3 44.269,7170 44.269,7170

RCOOH 222,4609 110,9517 111,5092

H3PO4 1.770,7887 1.770,7887

H2O dalam H3PO4 312,4921 2.955,3329 442,6972

BE 442,6972 3.267,8251

Total 49.973,4888 49.973,4888

(36)

5.2.4. Reaktor-01

Tabel 5.5 Neraca massa Reaktor-01

C3H5(COOR)3 44.269,7170 14.933,5709 CH3OH 10.023,3321 6.702,2590 RCOOH 110,9517 - NaOH 442,6972 426,2599

CH3COOR 29.474,5241

C3H8O3 3.182,6951

NaCOOH 119,9922

H2O 599,0379 606,4347 Total 55.445,7359 55.445,7359

5.2.5. Reaktor-02

C3H5(COOR)3 14.933,5709 5.623,5846 CH3OH 6.702,2590 5.648,2983

RCOOH -

NaOH 426,2599 426,2599

CH3COOR 29.474,5241 38.828,4254

C3H8O3 3.182,6951 4.192,7408 NaCOOH 119,9922 119,9922 H2O 606,4347 606,4347

Total 55.445,7359 55.445,7359

5.2.6. Reaktor-03

C3H5(COOR)3 5.623,5846 2.211,9859 CH3OH 5.648,2983 5.262,0796

RCOOH -

NaOH 426,2599 426,2599

CH3COOR 38.828,4254 42.256,1166

C3H8O3 4.192,7408 4.562,8671 NaCOOH 119,9922 119,9922 H2O 606,4347 606,4347

Total 55.445,7359 55.445,7359

(37)

5.2.7. Reaktor-04

C3H5(COOR)3 2.211,9859 885,3943

CH3OH 5.262,0796 5.111,8994

RCOOH - -

NaOH 426,2599 426,2599

CH3COOR 42.256,1166 43.588,9656

C3H8O3 4.562,8671 4.706,7897

NaCOOH 119,9922 119,9922

H2O 606,4347 606,4347

Total 55.445,73587 55.445,7359

5.2.8. Tangki Pencuci

Tabel 5.9 Neraca massa Tangki Pencuci

Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam) Reaktor Utilitas

C3H5(COOR)3 885,3943 885,3943

CH3OH 5.111,8994 5.111,8994

NaOH 426,2599 426,2599

CH3COOR 43.588,9656 43.588,9656

C3H8O3 4.706,7897 4.706,7897

NaCOOH 119,9922 119,9922

H2O 606,4347 10.461,3518 11.067,7865

Total 65.907,0876 65.907,0876

5.2.9. Dekanter

Tabel 5.10 Neraca massa Dekanter

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

C3H5(COOR)3 885,3943 602,9535 282,4408

CH3OH 5.111,8994 4.600,7095 511,1899

NaOH 426,2599 426,2599

CH3COOR 43.588,9656 43.588,9656

C3H8O3 4.706,7897 4.706,7897

NaCOOH 119,9922 119,9922

H2O 11.067,7865 110,6779 10.957,1086

Total 65.907,0876 65.907,0876

(38)

5.2.10. Evaporator

Tabel 5.11 Neraca massa Evaporator

Recycle Produk

C3H5(COOR)3 602,9535 602,9535

CH3OH 4.600,7095 4.600,7095

CH3COOR 43.588,9656 43.588,9656

H2O 110,6779 110,6779

Total 48.903,3065 48.903,3065

(39)

27 BAB VI NERACA PANAS

Sebagai ketentuan perhitungan neraca panas diambil suhu reference 25°C (298 K) dan satuan panas bahan dalam kcal/jam.

Tabel 6.1 Neraca panas pada Mixer-01

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam)

H3PO4 30,3348 198,1769

H2O 3.130,6680 20.388,6506

Bleaching Earth 4.704,8015 30.022,1841

C3H5(COOR)3 615.339,2479 573.227,3409

RCOOH 9.181,3067 8.550,0064

Total 632.386,3589 632.386,3589

Tabel 6.2 Neraca panas pada Mixer-02

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar

(kcal/jam) Fresh feed Recycle

CH3OH 32.544,1424 151.438,8764 173.437,0108

H2O 4.887,9265 5.902,3357 17.070,3705

NaOH 2.304,2141 - 6.570,1137

Total 197.077,4951 197.077,4951

Tabel 6.3 Neraca panas pada Reaktor 01

C3H5(COOR)3 391.636,2006 132.111,2348

CH3OH 276.478,9272 184.871,9920

RCOOH 2.935,2939 -

NaOH 10.362,7120 9.977,9459

CH3COOR 709.859,7623

C3H8O3 82.742,8419

NaCOOH 2,3394

H2O 26.926,0944 27.258,5715

Panas Reaksi (Q.r) 1.248.718,8051

Panas Hilang (Q.loss) - 2.553,7134

Q Pendingin - 807.679,6323

Total 1.957.058,0333 1.957.058,0333

(40)

Tabel 6.4 Neraca panas pada Reaktor 02

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam) C3H5(COOR)3 132.111,2348 49.749,5684 CH3OH 184.871,9920 155.800,0304 NaOH 9.977,9459 9.977,9459 CH3COOR 709.859,7623 935.137,6378 C3H8O3 82.742,8419 109.001,7350 NaCOOH 2,3394 2,3394 H2O 27.258,5715 27.258,5715

Panas Reaksi (Q.r) 419.833,3085

Panas Hilang (Q.loss) 2.553,7134

Q Pendingin 277.176,4545

Total 1.566.657,9961 1.566.657,9961

Tabel 6.5 Neraca panas pada Reaktor-03

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam) C3H5(COOR)3 49.749,5684 19.568,5404 CH3OH 155.800,0304 145.146,7529 NaOH 9.977,9459 9.977,9459 CH3COOR 935.137,6378 1.017.689,6084 C3H8O3 109.001,7350 118.624,1773 NaCOOH 2,3394 2,3394 H2O 27.258,5715 27.258,5715

Total 1.440.773,6813 1.440.773.6813

Tabel 6.6 Neraca panas pada Reaktor-04

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam) C3H5(COOR)3 19.568,5404 7.832,7240 CH3OH 145.146,7529 14.,004,2529 NaOH 9.977,9459 9.977,9459 CH3COOR 1.017.689,6084 1.049.789,7333 C3H8O3 118.624,1773 122.365,8397 NaCOOH 2,3394 2,3394 H2O 27.258,5715 27.258,5715

(41)

Tabel 6.6 Neraca panas pada Reaktor-04 lanjutan

Total

1.398.090,5065 1.398.090,5065

Tabel 6.7 Neraca panas pada Tangki Pencuci

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam) C3H5(COOR)3 7,832.3963 6,202.3651

CH3OH 140,998.3534 110,830.6500

H2O 132,058.9492 403,341.9422

CH3COOR 1,049,745.8109 832,465.4886 C3H8O3 122,360.7200 97,218.7102

NaCOOH 0.0520 1.8884

NaOH 9,977.5284 8,060.4614 Panas Hilang (Q.loss) 4,852.3042

Total 1,462,973.8102 1,462,973.8102

Tabel 6.8 Neraca panas pada Evaporator

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar(kcal/jam) C3H5(COOR)3 4.284,5400 9.398,8052 CH3COOR 843.412,1437 1.848.793,6573

CH3OH 101.731,5912 1.238.611,8243

H2O 4.012,0246 64.596,0404

Panas dari steam 2.207.960,0277 -

Total 3.161.400,3272 3.161.400,3272

Tabel 6.9 Neraca panas pada Heater-01

C3H5(COOR)3 85.754,8467 573.227,3409

RCOOH 1.282,8864 8.632,5694

Beban panas pemanas 494.822,1773

Total 581.859,9103 581.859,9103

(42)

Tabel 6.10 Neraca panas pada Heater-02

CH3OH 173.437,0108 276.478,9272

NaOH 6.570,1137 10.362,7120

H2O 17.070,3705 26.905,2080

Beban panas pendingin 116.669,3521

Total 313.746,8472 313.746,8472

Tabel 6.11 Neraca panas pada Cooler-01

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam) C3H5(COOR)3 573.227,3409 391.636,2006 RCOOH 4.305,4670 2.935,2939

Total 577.532,8079 577.532,8079

Tabel 6.12 Neraca panas pada Cooler-02

Komponen Masuk (kcal/jam) Keluar (kcal/jam) C3H5(COOR)3 6.351,4647 2.938,8781 CH3COOH 1.361.666,5976 628.663,2784

Total 1.368.018,0624 1.368.018,0624

(43)

31 7.1.1. Reaktor (R-01)

Fungsi : Mereaksikan Trigliserida (C3H5(COOR)3) 99,75% sebanyak 44.269,7170 kg/jam dengan Metanol (CH3OH) 99% sebanyak 10.023,3321 kg/jam menggunakan katalisator Natrium Hidroksida (NaOH) 48% sebanyak 442,6972 kg/jam membentuk biodiesel (CH3COOR) sebanyak 29.474,5241 kg/jam

Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) Proses : Isotermal

Kondisi operasi :

Temperatur : 70°C

Tekanan : 1,5 atm

Konversi : 66,27%

Spesifikasi :

Diameter dalam : 63,4219 inch = 1,6014 m Diameter luar : 66 inch = 1,6109 m Tinggi shell : 196,8750 inch = 5,0006 m Tinggi head : 13,3515 inch = 0,3391 m Tinggi reaktor : 223,5781 inch = 5,6789 m Volume reaktor : 9,669 m³

Bentuk head : Torispherical dished head Bahan dinding : Stainless steel SA-167 tipe 316

Tebal shell : 3/16 inch

Tebal head : 1/4 inch

(44)

Pengaduk :

Diameter impeller : 21,8750 inch

Kecepatan : 196,7843 rpm

Power motor : 15 hp

Pendingin (coil):

Media Pendingin : Air

Panjang : 398,5928 ft

Jumlah lilitan : 9 set

Tebal : 5,7500 inch

Bahan isolasi : Asbestos Tebal isolasi : 5,7802 cm

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 107.355,08

7.1.2. Reaktor (R-02)

Fungsi : Mereaksikan Trigliserida (C3H5(COOR)3) 99,75% sebanyak 14.933,5709 kg/jam dengan Metanol (CH3OH) 99% sebanyak 6.702,2509 kg/jam menggunakan katalisator Natrium Hidroksida (NaOH) 48% sebanyak 426,2599 kg/jam membentuk biodiesel (CH3COOR) sebanyak 38.828,4254kg/jam

Kondisi operasi :

Temperatur : 70°C

Tekanan : 1,5 atm

Konversi : 87,30%

Spesifikasi :

Diameter dalam : 63,4219 inch = 1,6014 m

(45)

Diameter luar : 66 inch = 1,6109 m Tinggi shell : 196,8750 inch = 5,0006 m Tinggi head : 13,3515 inch = 0,3391 m Tinggi reaktor : 223,5781 inch = 5,6789 m Volume reaktor : 9,669 m³

Pengaduk :

Power motor : 15 hp

Pendingin (coil):

Tebal : 5,7500 inch

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 107.355,08

7.1.3. Reaktor (R-03)

Fungsi : Mereaksikan Trigliserida (C3H5(COOR)3) 99,75% sebanyak 5.623,5846 kg/jam dengan Metanol (CH3OH) 99% sebanyak 5.6482983 kg/jam menggunakan katalisator Natrium Hidroksida

(46)

(NaOH) 48% sebanyak 426,2599 kg/jam membentuk biodiesel (CH3COOR) sebanyak 42.256,1166 kg/jam

Kondisi operasi :

Temperatur : 70°C

Tekanan : 1,5 atm

Konversi : 95%

Spesifikasi :

Pengaduk :

Power motor : 15 hp

Pendingin (coil):

(47)

Tebal : 5,7500 inch Bahan isolasi : Asbestos

Tebal isolasi : 5,7802 cm

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 107.355,08

7.1.4. Reaktor (R-04)

Fungsi : Mereaksikan Trigliserida (C3H5(COOR)3) 99,75% sebanyak 2.211,9859 kg/jam dengan Metanol (CH3OH) 99% sebanyak 5.262,0796 kg/jam menggunakan katalisator Natrium Hidroksida (NaOH) 48% sebanyak 426,2599 kg/jam membentuk biodiesel (CH3COOR) sebanyak 43,588,9656 kg/jam

Kondisi operasi :

Temperatur : 70°C

Tekanan : 1,5 atm

Konversi : 98%

Spesifikasi :

(48)

Pengaduk :

Power motor : 15 hp

Pendingin (coil):

Tebal : 5,7500 inch

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 107.355,08

7.1.5. Mixer-01 (M-01)

Fungsi : Mencampur trigliserida (CH3(COOR)3) 99,75% dari T-01 sebanyak 44.269,7170 kg/jam dengan asam fosfat (H3PO4) 85% dari T-02 sebanyak 1.770,7887 kg/jam

Jenis : Tangki berpengaduk

Kondisi operasi :

Temperatur : 92,3299°C

Tekanan : 1,5 atm

Spesifikasi :

Diameter dalam : 85,3012 inch = 2,1666 m Diameter luar : 90 inch = 2,2860 m

(49)

Tinggi shell : 179,2496 inch = 4,5530 m Tinggi head : 17,4518 inch = 0,4433 m Tinggi tangki : 214,1532 inch = 5,4395 m Volume tangki : 20,5291 m³

Bentuk head : Torispherical dished head Bahan dinding : Stainless steel SA-167 grade-11

Pengaduk :

Kecepatan : 120 rpm

Power motor : 15 hp

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 42.880,07

7.1.6. Mixer-02 (M-02)

Fungsi : Mencampur metanol (CH3OH) 99% dari T-04 sebanyak 5.442,6227 kg/jam dengan natrium hidroksida (NaOH) 48% dari T-03 sebanyak 442,6972 kg/jam dan hasil recycle metanol dari evaporator sebanyak 4.600,7095 kg/jam

Jenis : Tangki berpengaduk

Kondisi operasi :

Temperatur : 53,5205°C

Tekanan : 1,5 atm

Spesifikasi :

Tinggi shell : 199,2498 inch = 3,0290 m

(50)

Tinggi head : 12,3265 inch = 0,3130 m Tinggi tangki : 143,9028 inch = 3,6551 m Volume tangki : 6,0446 m³

Bentuk head : Torispherical dished head Bahan dinding : Stainless steel SA-167 grade-11

Pengaduk :

Kecepatan : 162 rpm

Power motor : 5 hp

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 19.689,99

7.1.7. Filter

Fungsi : Memisahkan cake sebanyak 5.592,8201 kg/jam dan filtrat sebanyak 44.380,6686 kg/jam

Jenis : Plate and Frame

Spesifikasi alat :

Ukuran filter : 40 × 40 in = 1.016 m × 1.016 m Waktu filtrasi : 59,0060 menit

Tebal frame : 12 in = 0,3048 m Bahan : Stainless steal Jumlah : 3 buah

Harga : $ 319.513,70

(51)

7.1.8. Tangki Pencuci (TP)

Fungsi : Melarutkan gliserol (C3H803), sabun-Na (NaCOOH), dan natrium hidroksida (Naoh) yang terkandung dalam biodiesel dengan menggunakan air.

Jenis : Tangki Berpengaduk

Kondisi operasi:

Temperatur : 61,3410°C Tekanan : 1,5 atm Spesifikasi:

Diameter dalam : 120,6398 in = 3,0642 m Diameter luar : 123 in = 3,1242 m Tinggi shell : 244,9995 in = 6,2230 m Tinggi head : 24,9879 in = 0,6347 m Tinggi TP : 24,5810 ft = 7,4924 m Volume TP : 52,4192 m³

Bentuk head : Torispherical dished head Bahan dinding : Stainless steel, SA-167 tipe 316 Tebal shell : 1/4 in

Tebal head : 1/4 in Pengaduk:

Diameter impeller : 3,4028 ft = 1,0372 m Kecepatan : 93 rpm

Power motor : 40 Hp Jumlah : 1 buah

Harga : $ 80.456,94

(52)

7.1.9. Dekanter (D)

Fungsi : Memisahkan cairan yang keluar dari tangki pencuci (TP) sebanyak 65.907,0876 kg/jam menjadi fase ringan (trigliserida, biodiesel, metanol dan air) sebanyak 48.903,3065 kg/jam dan fase berat (trigliserida, natrium hidroksida, gliserol, metanol dan air) sebanyak 17.003,7811 kg/jam.

Jenis : Tangki silinder Horizontal Kondisi operasi :

Suhu : 61,3410°C

Tekanan : 1,5 atm

Spesifikasi :

Bahan : Stainless steel SA 167 type 316

Volume : 115,7901 m³

Panjang : 24,4703 m

Jenis head : Torispherical dished head

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 240.028,77

7.1.10. Evaporator (EV)

Fungsi : Untuk menguapkan metanol dan air sebanyak 4.711,3873 kg/jam yang terkandung dalam biodiesel

Jenis alat : Calandria/Short Vertical-Tube Kondisi operasi

Suhu : 78,401^oC Tekanan : 1,5 atm

Jenis pemanas : Saturated steam

(53)

Suhu : 240^oF Tekanan : 25 psia

Enthalpy : 952.2 ^𝐵𝑡𝑢

𝑙𝑏

Kebutuhan steam : 4.801,21 kg/jam

Luas transfer panas : 247,9423 ft² = 23,0345 m² Dimensi alat

Tinggi : 2,0760 m

Volume : 1,65 m³ Shell

Diameter dalam : 39,6250 in = 1,0065 m Diameter luar : 40 in = 1,016 m

Tebal : ³

16 in Head

Jenis : Torispherical dishead

Tebal : ³

16 in Tube

Susunan : Triangular pitch Jumlah : 688 buah

Diameter dalam : 2,469 in = 0,0627 m Diameter luar : 2,5 in = 0,0635 m Panjang : 6 in = 0,152 m

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 269.147,01

7.1.11. Heater-01 [HE-01]

Fungsi : Memanaskan crude palm oil keluar tangki penyimpanan 01 (T-01) sebanyak 44.269,7170 kg/jam dari suhu 35ºC menjadi 95ºC sebelum diumpankan menuju mixer-01 (M-01)

(54)

Jenis alat : Shell and tube heat exchanger

Pemanas : saturated steam

Jenis aliran : Counter current Aliran fluida

Shell : Steam

Tube : Fluida proses

Dimensi Shell

Diameter dalam : 15,25 in = 0,3873 m Jumlah passes : 1

Baffle space : 12 in = 0,3048 m Tube

Diameter dalam : 0,4820 in = 0,0122 m Diameter luar : 0,75 in = 0,0190 m Jumlah passes : 2

Jumlah tube : 115 buah Susunan tube : triangular pitch

Pitch : 1 in

Panjang : 20 ft = 6,096 m

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 167 type 316

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 92.638,74

7.1.12. Heater-02 (HE-02)

Fungsi : Memanaskan bahan yang keluar dari M-02 sebanyak 11.064,6026 kg/jam untuk diumpankan ke dalam R-01 dari suhu 53,5225°C menjadi 70°C

Jenis : Double pipe heat exchanger

Spesifikasi fluida pemanas :

(55)

Fluida : Saturated steam

Suhu : 240°F

Tekanan : 14,1230 psi

Enthalpy : 952,2 Btu/lb

Spesifikasi alat :

Annulus : Fluida panas (steam)

Diameter annulus : ID = 3,0680 inch = 0,0779 m : OD = 3,5000 inch = 0,889 m Inner pipe : Fluida dingin (produk) Diameter inner pipe : ID = 2,4690 inch = 0,0627 m

: OD = 2,8800 inch = 0,0731 m Panjang pipa hairpin : 20 ft = 6,096 m

Jumlah harpin : 1 buah

Harga : $ 1.798,81

7.1.13. Cooler -01(CL-01)

Fungsi : Mendinginkan bahan yang keluar dari filter sebanyak 44.380,6686 kg/jam untuk diumpankan ke dalam R-01 dari suhu 90,33°C menjadi 70°C

Jenis : Double pipe heat exchanger Spesifikasi fluida pendingin :

Fluida : air

Suhu masuk : 35°C

Suhu keluar : 55°C

Jenis aliran : Counter current

Spesifikasi alat :

Annulus : Fluida panas (produk)

(56)

Dameter annulus : ID = 4,0260 inch = 0,1023 m : OD = 4,5000 inch = 0,1143 m Inner pipe : Fluida dingin (air)

Diameter inner pipe : ID = 1,6100 inch = 0,0408 m : OD = 1,9000 inch = 0,4826 m Panjang pipa hairpin : 20 ft = 6,096 m

Jumlah harpin : 7 buah

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 92.638,74

7.1.14. Cooler [CL-02]

Fungsi : Mendinginkan bahan yang keluar dari

evaporator sebanyak 44.191,9192 kg/jam untuk diumpankan ke dalam T-05 dari suhu 78,401°C menjadi 50°C

Jenis alat : Shell and tube heat exchanger

Pendingin : air

Jenis aliran : Counter current Aliran fluida

Shell : air

Tube : Fluida proses

Dimensi Shell

Diameter dalam : 19,25 in = 0,4889 m Jumlah passes : 2

Baffle space : 12 in = 0,3048 m Tube

Diameter dalam : 0,4820 in = 0,0122 m Diameter luar : 0,75 in = 0,0190 m Jumlah passes : 2

(57)

Jumlah tube : 240 buah Susunan tube : triangular pitch

Pitch : 1 in

Panjang : 20 ft = 6,096 m

Bahan konstruksi : Stainless steel SA 167 type 316

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 1.911,24

7.1.15. Condenser (CD)

Fungsi : Mengembunkan aliran uap hasil atas evaporator yaitu metanol dan air sebanyak 4.711,3873 kg/jam sebelum ditampung Akumulator (ACC) Jenis : Shell and Tube

Spesifikasi fluida pendingin :

Fluida : air

Suhu masuk : 30°C

Suhu keluar : 50°C

Jenis aliran : Counter current

Shell side :

Inside diameter shell : 29 inch = 0,7366 m Baffle : 12 inch = 0,3048 m

Pass : 2

Tube side :

Out side diameter : 0,75 inch = 0,0190 m Inside diameter : 0,4820 inch = 0,0122 Panjang tube : 20 ft = 6,096 m Jumlah tube, Nt : 295 tube

BWG : 10

Pitch : 1 inch triangular pitch

Pass : 2

Jumlah : 1 buah

(58)

Harga : $ 92.638,74

7.1.16. Accumulator (ACC)

Fungsi : Menampung sementara hasil atas evaporator yang keluar dari Kondenser (CD) sebanyak 4.771,3873 kg/jam

Jenis : Tangki silinder Horizontal

Kondisi operasi :

Suhu : 78,3965°C

Tekanan : 1,5 atm

Spesifikasi :

Volume : 0,2140 m³

Panjang : 1,1746 m

Tebal : 3/16 inch

Jenis head : Torispherical dished head

Jumlah : 1 buah

Harga : $ 3.319,47

7.1.17. Tangki Penyimpanan Crude Palm Oil (T-01)

Fungsi : Menyimpan bahan baku larutan Crude Palm Oil C3H5(COOH)3 (99%) sebanyak 3.599.374,2275 kg/jam untuk kebutuhan proses selama 10 hari.

Jenis : Tangki silinder vertikal, flat bottom with conical roof

Kondisi penyimpanan :