PERANCANGAN PABRIK BIOHIDROGEN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PROSES FERMENTASI MENGGUNAKAN BAKTERI FAKULTATIF ANAEROB

(1)

DENGAN PROSES FERMENTASI

MENGGUNAKAN BAKTERI FAKULTATIF

ANAEROB

Oleh:

Noviyanti Mawardiyani (2310030076)

Horima (2310030078)

Dosen Pembimbing:

Ir. Budi Setiawan, MT

Program Studi D3 Teknik Kimia

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

(2)

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT UTILITAS

Latar Belakang

Latar Belakang Meningkatnya kebutuhan hidrogen untuk industri

kimia dan petrokimia

Indonesia masih mengimpor hidrogen dari

luar negeri

Peluang Biohidrogen untuk pabrik kimia

Prospek tandan kosong kelapa sawit yang melimpah

di Indonesia

Perancangan Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan

(3)

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Biohidrogen

 Hidrogen yang diproduksi melalui proses biologi dan menggunakan

bahan-bahan biologis.

Karakteristik Hidrogen

(MSDS, 2010) Belakang

(4)

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Kegunaan Biohidrogen

1. Digunaan dalam pembuatan asam klorida 2. Sebagai reduktor pada bijih logam

3. Bahan baku pembuatan ammonia 4. Digunakan sebagai bahan hidrogenasi

5. Pendingin rotor di generator pembangkit listrik

6. Sebagai forming gas untuk pendeteksi kebocoran gas di bidang otomotif, kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi.

7. Proses hidrogenasi pada industri minyak dan margarin

8. Proses hidrodealkilasi pada industri pembuatan benzene dan metana 9. Proses hidrodesulfurasi dan hidrocracking

10. Digunakan dalam pemurnian minyak bumi 11. Digunakan dalam pembuatan metanol 12. Sebagai bahan bakar fuel cell

Konsumsi hidrogen terbesar untuk membuat ammonia (49%), untuk

pemurnian minyak bumi (37%), untuk memproduksi metanol (8%) dan

untuk lainnya (6%).

(5)

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT UTILITAS Belakang

Bahan-bahan

Berpati

Bahan-bahan

yang

mengandung

karbohidrat

Bahan-bahan

yang

mengandung

selulose

Bahan Baku Pembuatan

Biohidrogen

BIOHIDROGEN

(6)

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Belakang

Alasan Pemilihan Bahan Baku

biorenewable

resources

Ketersediannya yang

melimpah dan belum

termanfaatkan

Memiliki

kandungan

selulosa yang

tinggi

Bahan Baku

(7)

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Belakang

_{Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit}

Komposisi TKKS

Dasar Kering (%)

Selulosa

57,03

Hemiselulasa

22,84

Lignin

16,49

Abu

1,23

Minyak

2,41

(Institut Pertanian Bogor, 2010)

(8)

Belakang

Bahan Baku

Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Penentuan Lokasi Pabrik

Produksi

Luas Area

Produksi

Kelapa Sawit

Produksi

TKKS

Riau

Sumatera Utara

Sumatera Selatan

Kalimantan Barat

Jambi

1,3 juta Ha

964,3 ribu Ha

532,4 ribu Ha

466,9 ribu Ha

466,7 ribu Ha

559 ribu ton

400 ribu ton

250 ribu ton

200 ribu ton

128 ribu ton

92 ribu ton

57,5 ribu ton

46 ribu ton

(Badan Pusat Statistik, 2011)

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas

(9)

Belakang

Bahan Baku

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Penentuan Lokasi Pabrik

Kabupaten/kota Produksi TBS (ton/thn) Produksi (ton CPO) Kampar Rokan Hulu Pelalawan Indragiri Hulu Kuantan Singingi Bengkalis Rokan Hilir Dumai Siak Indragiri Hilir Pekan Baru Kepulauan Meranti 7.680.797 6.150.819 3.737.819 2.185.196 2.392.285 2.303.132 4.639.402 406.727 4.035.206 3.097.067 180.973 - 1.273.944 989.041 648.197 389.113 431.385 435.688 797.644 75.085 704.027 518.911b 30.507 -

(Badan Pusat Statistik, 2011)

Produksi TBS

terbesar di

daerah

Kampar

,

maka dapat

disimpulkan

Kampar

sebagai

produksi TKKS

terbesar

(10)

Belakang

Bahan Baku

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Berdasarkan pertimbangan di atas, maka direncanakan pendirian

pabrik pembuatan Hidrogen berlokasi

di daerah Kampar, Riau

.

Dengan pertimbangan sebagai berikut:

Penyediaan Bahan

Baku

Utilitas: Sungai Kampar

Tenaga Kerja

Transportasi

Pemilihan Iklim

Lokasi Pabrik

(11)

Belakang

Bahan Baku

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Penentuan Kapasitas Produksi

Data Kebutuhan Hidrogen di Indonesia

(Badan Pusat Statistik, 2012)

Jadi, diperoleh

prediksi kebutuhan

Hidrogen pada tahun

2020 adalah 80% dari

kebutuhan maka

diperoleh 48.000

ton/tahun

.

y = 2579,3x - 5E+06 R² = 0,9947 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 Ju m lah H id rogen Tahun

Prediksi Kebutuhan Hidrogen

Tahun impor Kebutuhan

(Ton) 2007 23.681 2008 26.405 2009 28.522 2010 31.000 2011 34.280 Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas

(12)

Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas

Neraca Massa & Neraca Panas

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Perbandingan Berbagai Proses Pembuatan Hidrogen

Proses/ Parameter

Elektrolisis Steam Reforming Fermentasi anaerob Iodin-Sulfur Gasifikasi batubara Keuntungan Kerugian • Metode sederhana, • Hanya membutuhkan air dan listrik • Ramah lingkungan • Ideal untuk daerah

terpencil • Tidak tergantung

bahan bakar fosil.

• Membutuhkan listrik yang efisiensinya sangat rendah

• Mahal dan tidak efisien.

• Efisiensi termal paling tinggi

• Teknologinya proven • Biaya produksi rendah.

• Ketergantungan pada bahan bakar fosil • Mengemisi CO2

• Harus dibangun dekat dengan reaktor nuklir • Panas nuklir suhu

tinggi

• Energi yang dibutuhkan dan produk samping sedikit

• Baik untuk operasi skala besar

• Sludge hasil buangannya dapat digunakan sebagai pupuk

• Biaya murah • Ramah lingkungan • Sangat sensitif terhadap

perubahan temperatur dan akumulasi produk akhir • Efisiensinya tinggi • Biaya produksi rendah • Ramah lingkungan • Tidak tergantung

pada bahan bakar fosil

• Masih dalam tahap awal pengembangan • Harus dekat dengan

reaktor nuklir untuk kebutuhan pasokan panas yang berkesinambungan . • Efisiensi sangat tinggi • Tingkat polusi rendah • Teknologi sudah proven Biaya mahal Proses Pembuatan BIOHIDROGEN

(13)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Uraian Proses Terpilih

Pre-Treatment

Hidrolisa

Fermentasi

Anaerob

Pemurnian

Gas H

₂

99%

Proses Pembuatan BIOHIDROGEN

(14)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Proses Pre-Treatment

 Bertujuan untuk

mengurangi lignin, mengurangi

kristalinitas selulosa dan meningkatkan porositas bahan.

 Tujuan lainnya adalah untuk menonaktifkan bakteri

metanasi sehingga dihasilkan produk H

₂

yang tinggi.

 Dengan cara fisika, berupa pencacahan secara mekanik,

untuk memperkecil ukuran bahan.

(15)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Proses Hidrolisa

 Terjadi perombakan rantai panjang karbohidrat menjadi

bagian yang lebih pendek dan selanjutnya hasil perombakan

itu diubah menjadi hidrogen pada proses asidifikasi.

 Reaksi yang terjadi:

Proses Pembuatan

BIOHIDROGEN

(hidrolisa tahap 1)

(16)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Proses Fermentasi

 Adalah proses asidifikasi yang mengubah glukosa menjadi

hidrogen.

 Fermentasi adalah proses perombakan molekul komplek

menjadi molekul sederhana oleh mikroba, baik secara aerobik

dan anaerobik.

 Bakteri yang digunakan adalah Enterobacter aerogenes pada

kondisi mesofilik dengan suhu 37

o

_C

 Reaksi yang terjadi:

(17)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Proses Purifikasi

Proses penghilangan gas CO

₂

 Pemurnian gas H

₂

menjadi 99% dengan PSA

(18)

300000 kg/jam 4.544.047,3 8805.5968 4852853 45.535,2 232230 4666159 326030036 1313905.68 954051291 24524558.7 342722860 457630538 225103,261 16827078,9 59506136,5

(19)

232230 232230 46017.449 2254429.5 2532720 2532720 6811019.6 1094085257 24958160 367670079 35580975 409800065

(20)

2532720 15081.18 2470887 76914 169085.8 67.63 _135.26 10161144 9145029.6 1018152.9 10082122.74 101.63 42525883 29800108 12801083 2217.9 5016.6 10109019 30 10109019 30 97288378 1 _12042059. 6 99642791 120358284.2

(21)

74263.9

(22)

Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS

NERACA MASSA

No

Alat

Massa Masuk Massa Keluar

1 Reaktor

pre-hidrolisa

4852852.89

2 RVF

4852852.89

3 Reaktor hidrolisa

2532719.842

4 RVF

2547801.022

5 Tangki sterilisasi

10161144.23

6 Tangki Aklimatisasi 1018152.936

1018152.936

7 Reaktor Fermentasi 10163138.03 10163138.03

8 PSA

81015.2357

Kondisi Operasi : 330 hari/tahun ; 24 jam per hari Bahan Baku : 300.000 kg/jam bahan baku TKKS

(23)

Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS

NERACA PANAS

No

Alat

Enthalpy

masuk

Enthalpy keluar

1 Heater

342045546.5

2 Reaktor Pre

Hidrolisa

954051290.5

3 Cooler

457630537.5

4 RVF

76333215.4

5 Reaktor Hidrolisa

1094085257

6 Cooler

409800064.6

7 RVF

42601191.2

8 Tangki sterilisasi

1010901930

9 Cooler

972883781.1

10 Tangki aklimatisasi

12042059.62

11 Reaktor Fermentasi

120358284.2

12 PSA

14795662.6

(24)

Belakang

UTILITAS

SPESIFIKASI ALAT

1. ROTARY VACUUM FILTER

Spesifikasi alat Rotary Vacuum Filter setelah hidrolisa

Jenis

: Rotary Drum Vacuum Filter

Jumlah

: 1

Bahan Konstruksi : Commercial steel

Luas Permukaan

: 3.45884 meter

Diameter Filter

: 0.74 meter

Tinggi Filter

: 1.4828 meter

Kecepatan Putar

: 0.05 rpm

Kapasitas Filtrat

: 1493818 kg/m2 hari

SPESIFIKASI ALAT

(25)

Belakang

UTILITAS

SPESIFIKASI ALAT

2. POMPA

Nama Alat

: Pompa ke tangki Sterilisasi

Tugas

: Untuk memompa campuran larutan

glukosa dari Rotary Vacuum Filter ke

tangki sterilisasi

Tipe

: Centrifuge Pump

Efisiensi Pompa

: 85%

Daya Pompa

: 2.56 Hp

Efisiensi Motor

: 83 %

Power Motor

: 3.0846 Hp

Power Pompa

: 450.774 Watt

SPESIFIKASI ALAT

(26)

Belakang

UTILITAS

SPESIFIKASI ALAT

3. TANGKI STERILISASI

Fungsi

: Sebagai tempat proses sterilisasi

Bentuk

: Tangki silinder, tutup atas dan bawah

berbentuk standar dished head dilengkapi

dengan pengaduk tipe propeller

Shell

Diameter

: 13 ft

Tinggi

: 20 ft

Tinggi tutup atas dan bawah : 18.789 in

Tebal tutup bawah

: 5/161 in

Tebal tutup atas

: 5/16 in

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA 212 Grade A

Jumlah

: 1 buah

SPESIFIKASI ALAT

(27)

Belakang

UTILITAS

SPESIFIKASI ALAT

Sistem Pengaduk

Flat six blade turbin agitator

Diameter propeller

: 3.9ft

Lebar blade

: 0.1486 ft

Panjang blade

: 0.297 ft

Power motor

: 10 hp

Kecepatan pengaduk

: 60 rpm

SPESIFIKASI ALAT

(28)

(29)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

KEBUTUHAN AIR

1. Kebutuhan air sanitasi sebesar: 52,56 m

3

_/hari

2. Kebutuhan air pendingin sebesar: 114836,3817

m

3

_/hari

3. Kebutuhan air proses sebesar: 6696,7

m

3

_/hari

4. Kebutuhan air unpan boiler sebesar: 5821381,193

m

3

_/hari

Setelah resirkulasi:

-Air pendingin : 109094 m

3

_/hari

-Air kondensat : 5261,75 m

3

_/hari

Total: 114356,538 m

3

_/hari

(30)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

Kesehatan & Keselamatan Kerja

Kesehatan & keselamatan kerja

Usaha-usaha keselamatan kerja:

1. Memakai alat pelindung kepala atau safety helmet

2. Memakai alat pelindung kaki atau sepatu karet

3. Memakai alat pelindung tangan atau sarung tangan

4. Memakai alat pelindung pernapasan atau masker

5. Memakai ear plug

6. Pengadaan instalasi pemadam kebakaran di setiap

unit proses

(31)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

INSTRUMENTASI

Alat Ukur dan Instrumentasi

No. Nama Alat Alat Ukur dan Instrumentasi 1. Reaktor Pre-Hidrolisa (R-110) Temperature Controller (TC)

Level controller (LC) Pressure Indicator (PI) 3. Heater (E-119) Temperatur controller (TC)

Flow controller (FC) 4. Tangki Penampung H2SO4

(F-117) Flow controller (FC)

5. Cooler (E-121) Temperatur controller (TC) 6. Reaktor Hidrolisa (R-120) Temperatur Controller (TC)

Flow controller (FC) Level controller (LC) Pressure Indicator (PI) 7. Tangki penampung H₂SO₄

(L-134) Flow controller (FC) 8. Pompa RVF 2 (L-211) Flow controller (FC) 9. Cooler ( E-212)

Temperature controller (TC) 10. Rotary Vacuum Filter (H-213)

(32)

Belakang

SPESIFIKASI ALAT

INSTRUMENTASI

Alat Ukur dan Instrumentasi

11. Tangki Sterilisasi (M-210) _{Temperature Controller (TC)} 12. Tangki penampung

FeSO4.7H2O (F-125a)

Flow Controller (FC) 13. Tangki penampung (NH₄)₂.SO₄

(F-125b) Flow Controller (FC) 14. Tangki penampung Buffer

(F-125c) Flow Controller (FC) 15. Tangki Sterilisasi (M-210) Temperature Recorder

Controller (TRC) 16. Pompa (L-221) Flow controller (FC) 16. Cooler (E-222) Flow Controller (FC)

17. Reaktor Fermentasi (R-220) _{Temperature Controller (TC)} Level Controller (LC)

Pressure Indicator (PI) 18. Kompressor (G-311) Flow Control (FC)

Temperrature Control (TC) 19. Kompressor (G-312) Flow Control (FC)

Temperrature Control (TC) 20. Kompressor (G-313) Flow Control (FC)

Temperrature Control (TC) 21. Tangki Gas Pressure Indicator (PI)

Flow Controller (FC) Pressure Controller (PC)

(33)

Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

PENGOLAHAN LIMBAH

1. Limbah cair

Limbah cair dari pabrik biohidrogen ini berasal dari filtrat

pada proses filtrasi di rotary vacuum filter dan effluent sisa

hasil proses fermentasi.

2. Limbah Padat

Berasal dari

cake yang berasal dari proses filtrasi pada filter

press dan rotary drum vacuum filter. Cake tersebut terdiri

dari inert bahan baku, lignin, dan bahan pendukung yang

terikut cake seperti minyak, H

₂

SO

₄

, xylose, dan glukosa.

(34)

Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT