TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL
DARI CRUDE PALM OIL DAN METANOL DENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI
KAPASITAS 130.000 TON/TAHUN
Disusun sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh :
RIZKY PURNAMA MIKASASARI
D 500 110 041
Dosen Pembimbing :
1. Emi Erawati, S.T., M.Eng. 2. Ir. Nur Hidayati, Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Surat Persetujuan Artikel Skripsi
Yang bertanda tangan di bawah ini pembimbing skripsi/tugas akhir:
Nama : Emi Erawati, S.T.,M.Eng.
NIK : 989
Telah membaca dan mencermati naskah skripsi dari:
Nama : Rizky Purnama Mikasasari
NIM : D 500 110 041
Program Studi : Teknik Kimia
Judul skripsi/ tugas akhir : Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Crude Palm Oil dan Metanol dengan Proses Transesterifikasi Kapasitas 130.000 Ton/Tahun
Surakarta, April 2016
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Rizky Purnama Mikasasari
NIM : D 500 110 041
Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Kimia
Judul : Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Crude Palm Oil dan Metanol dengan Proses Transesterifikasi Kapasitas 130.000 Ton/Tahun
Menyatakan bahwa tugas akhir/skripsi yang saya buat dan serahkan ini merupakan hasil karya 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 sesuai dengan peraturan yang telah dibuat.
Surakarta, April 2016
Yang menyatakan,
v INTISARI
Indonesia merupakan negara penghasil minyak bumi. Karena terbatasnya jumlah kilang yang dimiliki untuk memproduksi bahan bakar minyak (BBM), Indonesia harus mengimpor BBM guna mencukupi kebutuhan domestik. Biodiesel merupakan bahan bakar dari minyak nabati dengan kemurnian 98%. Pabrik Biodiesel ini dirancang dengan kapasitas 130.000 ton/tahun menggunakan bahan baku CPO dan Metanol dengan katalis NaOH yang beroperasi pada suhu 60°C dan tekanan 1 atm, perbandingan mol CPO : metanol, 1 : 6 dengan koversi 98%. Reaksi terjadi di dua buah RATB dengan proses transesterifikasi dan fasenya cair-cair. Reaksinya eksotermis dilengkapi coil pendingin.
Luas tanah yang diperlukan sebesar 7365 m2 dan jumlah tenaga kerja sebanyak 155 orang. Kebutuhan CPO 16.342,75 kg/jam, metanol 3.708,02 kg/jam dan katalis NaOH 163,43 kg/jam. Kebutuhan air dipenuhi dari Sungai Bontang sebesar 15.737,28 kg/jam, bahan bakar solar 208,01 L/jam, udara tekan sebanyak 150 m3/jam dan kebutuhan listrik 521 kW. Pabrik akan dididirikan di Bontang, Kalimantan Timur.
Hasil analisis ekonomi, diperoleh FCI sebesar Rp. 587.128.680.758. MC per tahun adalah sebesar Rp. 910.236.044.378. Maka keuntungan yang diperoleh sebelum pajak sebesar Rp. 139.286.037.645 per tahun, sedangkan keuntungan sesudah pajak sebesar Rp. 104.464.528.233 per tahun. Didapatkan hasil Percent ROI sebelum pajak 23,7%, sesudah pajak 17,8%, POT sebelum pajak yakni 2,97 tahun dan sesudah pajak 3,60 tahun. BEP 54,62% dan SDP sebesar 25,93% serta DCF 27,59%. Dari evaluasi tersebut, bahwa Pabrik Biodiesel ini layak untuk didirikan.
ABSTRACT
Indonesia is an oil -producing countries. Due to the limited number of
refineries owned for producing fuel oil (BBM), Indonesia had to import fuel to
their domestic needs. Biodiesel is a fuel from vegetable oil with a purity of 98%.
Biodiesel is designed with a capacity of 130,000 tonnes/year using raw materials
palm oil and methanol with NaOH catalyst that operates at a temperature of 60°C
and 1 atmosphere of a pressure, the mole ratio CPO : methanol, 1 : 6 with the
conversion of 98%. The reaction occurs in two RATB the transesterification
process and liquid phase. The reaction was exothermic include cooling coil.
The land area required for 7365 m2 and total workforce of 155 people.
CPO needs 16342.75 kg/hr, methanol 3.708,02 kg/hr and NaOH catalyst
163.43 kg/hr. The water needs from the Bontang River at 15737.28 kg/h, the
diesel fuel 208,01 L/h , the compressed air is 150 m3/h and 521 kW electricity needs . The plant will be build in Bontang, East Kalimantan.
The results of economic analysys obtained FCI Rp. 587,128,680,758. MC
per year is Rp. 910,236,044,378. Then profits before tax Rp. 139,286,037,645 per
year, while profit after tax Rp. 104,464,528,233 per year. Results of Percent ROI
before tax of 23.7%, and 17.8% after tax, before tax POT is 2.97 years and 3.60
years after tax . BEP and SDP 54.62% and amounted to 25.93% and 27.59% of
DCF. From these evaluations, that Biodiesel is feasible to apply.
vii MOTTO
‘Sesungguhnya, kemudahan itu selalu disertai kesukaran. Maka, ketika kamu telah menyelesaikan satu urusan, hendaklah kamu segera menyelesaikan urusan yang
lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah, kamu menyerah (Q.S. Al-Insyirah : 6-8)’
‘God will give as we think, not as we imagine (the power of mindset)’
‘No matter how many mottos touch one’s heart, it willbe meaningless if they’re
only touched then leave without any commitment to move’
‘Kun Faya Kun’
‘Pendidikan merupakan senjata paling ampuh yang bisa digunakan untuk mengubah dunia (Nelson Mandela)’
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.
Teruntuk kedua orang tuaku yang selalu mendoakanku agar selalu berusaha dan berikhtiar menjalani tugas akhir sebagai mahasiswa Strata Satu Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Adik-adikku yang kusayangi, terima kasih atas doa dan dukungan darimu yang memberi semangat kepadaku untuk mengerjakan tugas akhir.
Para Dosen Pembimbing yang selalu meluangkan waktunya untuk memberi bimbingan padaku.
Para Dosen Penguji yang telah memberikan kesempatan untuk mengaplikasikan 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 130.000 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. Ibu Ir. 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. Ayah, Ibu dan adik yang selalu memberikan doa, dukungan serta motivasi yang tiada henti, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
dan motivasinya selama penyusunan tugas akhir ini, sukses selalu untuk kalian semua.
7. My besties Tika, Cuprak, Jonn, Pri, Sijeng dan special someone yang telah memberikan dorongan semangat serta doanya.
8. Teman-teman Kos MP 2 lantai 2 (Devi, Rina, Linda, Kiki, Asri, Mira, Maria, Iin, Dewinta).
9. Teman-teman Wisma Afiyah (Devi, Fitri, Sijeng, Sima, Arum, Dewi, Tika). 10. 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, Maret 2016
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
INTISARI ... v
ABSTARCT ... 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
1.2Penentuan Kapasitas Pabrik ... 2
1.2.1 Prediksi Kebutuhan Biodiesel ... 3
1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ... 3
1.2.3 Kapasitas Pabrik Biodiesel ... 4
1.3Pemilihan Lokasi Pabrik ... 5
1.3.1 Letak Sumber Bahan Baku ... 5
1.3.2 Pemasaran Produk ... 6
1.3.3 Transportasi ... 6
1.3.4 Tenaga Kerja ... 6
1.3.5 Utilitas ... 6
1.3.6 Faktor Pendukung Dalam Pemilihan Lokasi Pabrik ... 7
1.4Tinjauan Pustaka... 7
1.4.1 Macam-macam Proses ... 7
1.4.2 Kegunaan 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 ... 19
2.2.1 Dasar Reaksi ... 19
2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 20
2.2.3 Kondisi Operasi ... 21
2.2.4 Tinjauan Termodinamika ... 22
2.2.5 Tinjauan Kinetika... 24
2.3Langkah Proses ... 24
2.4Neraca Massa dan Neraca Panas ... 29
2.4.1 Neraca Massa ... 29
2.4.2 Neraca Panas ... 37
2.5Tata Letak Pabrik dan Peralatan ... 44
2.5.1 Tata Letak Pabrik ... 44
2.5.2 Tata Letak Peralatan ... 49
BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 53
3.1 Akumulator... 53
3.2 Collecting Tank ... 53
3.3 Cooler-01 ... 54
3.4 Cooler-02 ... 55
xiii
3.8 Evaporator 01 ... 58
3.9 Evaporator 02 ... 59
3.10 Heat Exchanger 01 ... 60
3.11 Heat Exchanger 02 ... 60
3.12 Kondensor ... 61
3.13 Mixer 01 ... 62
3.14 Mixer 02 ... 63
3.15 Netralizer ... 64
3.16 Pompa 01-18 ... 65
3.34 Reaktor 01-03 ... 74
3.35 Reboiler... 76
3.36 Rektifikasi ... 77
3.37 Silo ... 79
3.38 Tangki Biodiesel ... 79
3.39 Tangki CPO ... 80
3.40 Tangki Gliserol ... 81
3.41 Tangki HCl ... 82
3.42 Tangki Metanol ... 83
BAB IV UNIT UTILITAS DAN LABORATORIUM ... 84
4.1Unit Utilitas ... 84
4.1.1 Unit Penyediaan dan Pengolahan Air ... 85
4.1.2 Unit Penyediaan Steam ... 106
4.1.3 Unit Penyediaan Listrik ... 107
4.1.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 110
4.1.5 Unit Penyediaan Udara Tekan ... 112
4.1.6 Unit Pengolahan Limbah ... 112
4.2Laboratorium ... 113
4.2.1 Program Kerja Laboratorium ... 113
4.2.2 Penanganan Sampel ... 114
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
5.5Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 128
5.5.1 Penggolongan Jabatan ... 128
5.5.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 129
5.6Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 131
5.7Manajemen Produksi ... 132
5.7.1 Perencanaan Produksi ... 132
5.7.2 Pengendalian Produksi ... 134
BAB VI ANALISA EKONOMI ... 136
xv
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 ... 142
6.5.1 Total Capital Investment ... 142
6.5.2 Total Product Cost ... 144
6.5.3 Analisis Ekonomi ... 145
BAB VIII KESIMPULAN ... 151
DAFTAR PUSTAKA ... 152
LAMPIRAN ... 154
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ... 27
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ... 28
Gambar 2.3 Tata Letak Pabrik Biodiesel ... 48
Gambar 2.4 Tata Letak Peralatan Proses ... 52
Gambar 4.1 Skema Pengolahan Limbah ... 113
Gambar 4.2 Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ... 118
Gambar 5.1 Struktur Organisasi Perusahaan Biodiesel ... 135
Gambar 6.1 Hubungan antara Cost Index dan Tahun ... 138
Gambar 6.2 Analisa Kelayakan Ekonomi ... 150
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) ... 22
Tabel 2.4 Neraca Massa (M-11) ... 29
Tabel 2.5 Neraca Massa (R-11A) ... 30
Tabel 2.6 Neraca Massa (R-11B) ... 30
Tabel 2.7 Neraca Massa (R-11C) ... 31
Tabel 2.8 Neraca Massa (H-11) ... 31
Tabel 2.9 Neraca Massa (M-12) ... 32
Tabel 2.10 Neraca Massa (H-12) ... 32
Tabel 2.11 Neraca Massa (V-11) ... 33
Tabel 2.12 Neraca Massa (M-21) ... 33
Tabel 2.13 Neraca Massa (F-31) ... 34
Tabel 2.14 Neraca Massa (V-12) ... 34
Tabel 2.15 Neraca Massa (D-11) ... 35
Tabel 2.16 Neraca Massa Total ... 36
Tabel 2.17 Neraca Panas (M-11) ... 37
Tabel 2.18 Neraca Panas (E-11) ... 37
Tabel 2.19 Neraca Panas (E-12) ... 38
Tabel 2.20 Neraca Panas (R-11A) ... 38
Tabel 2.21 Neraca Panas (R-11B) ... 39
Tabel 2.22 Neraca Panas (R-11C) ... 39
Tabel 2.23 Neraca Panas (H-11) ... 40
Tabel 2.24 Neraca Panas (M-12) ... 40
Tabel 2.25 Neraca Panas (H-12) ... 41
Tabel 2.26 Neraca Panas (V-11) ... 41
Tabel 2.28 Neraca Panas (M-21) ... 42
Tabel 2.29 Neraca Panas (F-31) ... 43
Tabel 2.30 Neraca Panas (V-12) ... 43
Tabel 2.31 Neraca Panas (D-11) ... 44
Tabel 2.32 Luas Tanah dan Bangunan Pabrik Biodiesel ... 46
Tabel 4.1 Daftar Kebutuhan Air Pendingin ... 104
Tabel 4.2 Daftar Kebutuhan Steam ... 104
Tabel 4.3 Daftar Kebutuhan Air Sanitasi ... 105
Tabel 4.4 Daftar Kebutuhan Air Proses ... 105
Tabel 4.5 Konsumsi Listrik untuk Keperluan Proses ... 107
Tabel 4.6 Konsumsi Listrik untuk Unit Pendukung Proses (Utilitas) ... 108
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 ... 130
Tabel 6.1 Indeks Harga pada Thaun 1995-2014 ... 137
Tabel 6.2 Fixed Capital Investment ... 143
Tabel 6.3 Working Capital ... 143
Tabel 6.4 Manufacturing Cost ... 144
Tabel 6.5 General Expenses ... 145
Tabel 6.6 Fixed Cost ... 147
Tabel 6.7 Variable Cost ... 147
Tabel 6.8 Regulated Cost ... 148
Tabel 9.1 Data Neraca Massa Reaktor (R-11A) ... 154
Tabel 9.2 Hasil Perhitungan Optimasi Reaktor (R-11A) ... 156
Tabel 9.3 Harga Optimasi Reaktor (R-11A) ... 157
