PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN PROSES ESTERIFIKASI DAN TRANSESTERIFIKASI KAPASITAS TON/TAHUN

(1)

i

TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN PROSES ESTERIFIKASI DAN TRANSESTERIFIKASI KAPASITAS 10.000 TON/TAHUN

OLEH :

THUFEIL ‘AMMAR NIM. I 0517085

YANUAR BEKTI RAMADHAN NIM. I 0517090

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2021

commit to user

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

(2)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN PROSES ESTERIFIKASI DAN TRANSESTERIFIKASI KAPASITAS 10.000 TON/

TAHUN

Oleh :

Thufeil ‘Ammar I0515085

Yanuar Bekti Ramadhan I0515090

Pembimbing II

21-07-2021

Pembimbing I

21-07-2021

Dr. Joko Waluyo, S.T., M.T.

NIP. 198602162014041001

Dr. Bregas Siswahjono T. S., S.T., M.T.

NIP. 197112061999031002

Dipertahankan di depan tim penguji:

1. Dr. Ir. Endah Retno Dyartanti, M.T.

NIP. 196907192000032001

2. Prof. Dr.Eng. Agus Purwanto, S.T.,M.T NIP. 197504111999031001

1. ...

2. ...

Disahkan, Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia FT UNS

Dr. Ir. Adrian Nur, S.T., M.T.

NIP. 197301082000121001

commit to user ii

(3)

iii

LEMBAR KONSULTASI TUGAS AKHIR

Nama NIM

1. Thufeil ‘Ammar I 0515085

2. Yanuar Bekti Ramadhan I 0515090

Judul Tugas Akhir : Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Minyak Jelantah dengan Proses Esterifikasi Dan Transesterifikasi Kapasitas

10.000 Ton/ Tahun

Tanggal mulai pembimbingan : 20 Januari 2021

Pembimbing I : Dr. Bregas Siswahjono T. S., S.T., M.T.

Pembimbing II : Dr. Joko Waluyo, S.T., M.T.

No. Tanggal Konsultasi Paraf

Ket.

Pemb. I Pemb. II 1. 20 Januari 2021 Konsultasi Proposal

2. 26 Januari 2021 Konsultasi spesifikasi bahan baku

3. 2 Februari 2021 Konsultasi neraca massa

4. 9 Februari 2021 Konsultasi data kinetika reaksi 5. 16 Februari 2021 Konsultasi optimasi

reaktor

6. 23 Februari 2021 Konsultasi diagram alir kualitatif 7. 16 Februari 2021 Konsultasi desain

reaktor

8. 2 Maret 2021 Konsultasi desain reaktor

9. 9 Maret 2021 Konsultasi filter press

commit to user

(4)

iv 10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

17 Maret 2021

23 Maret 2021

30 Maret 2021

1 April 2021

6 April 2021

13 April 2021

20 April 2021

22 April 2021

27 April 2021

29 April 2021

4 Mei 2021

6 Mei 2021

11 Mei 2021

Konsultasi

penjadwalan filter press

Konsultasi desain menara distilasi Konsultasi desain menara distilasi Konsultasi desain mixing tank Konsultasi desain dekanter

Konsultasi desain tangki penyimpanan Konsultasi desain heat exchanger Konsultasi desain heat exchanger Konsultasi neraca panas

Konsultasi neraca panas

Konsultasi pompa proses

Konsultasi diagram alir proses

Konsultasi tata letak pabrik

Konsultasi tata letak alat proses

commit to user

(5)

v 24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

13 Mei 2021

18 Mei 2021

20 Mei 2021

24 Mei 2021

26 Mei 2021

31 Mei 2021

3 Juni 2021

8 Juni 2021

11 Juni 2021

14 Juni 2021

17 Juni 2021

21 Juni 2021

25 Juni 2021

28 Juni 2021

Konsultasi utilitas Konsultasi

manajemen

Konsultasi analisis ekonomi

Konsultasi naskah BAB 1

Konsultasi naskah BAB 1 dan BAB 2 Konsultasi naskah BAB 2 dan BAB 3 Konsultasi naskah BAB 3 dan BAB 4 Konsultasi naskah BAB 3 dan 4 Konsultasi naskah BAB 3 dan BAB 4 Konsultasi naskah BAB 4

Konsultasi naskah BAB 4 dan BAB 5 Konsultasi naskah BAB 4 dan BAB 5 Konsultasi naskah BAB 5 dan BAB 6

commit to user

(6)

vii 38.

39.

3 Juli 2021

6 Juli 2021

Konsultasi naskah BAB 6

Konsultasi naskah BAB 6 dan abstrak

• Jumlah konsultasi dengan masing-masing pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk dapat dinyatakan selesai.

Dinyatakan selesai

Tanggal : 8 Juli 2021

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Bregas Siswahjono T. S., S.T., M.T. Dr. Joko Waluyo, S.T., M.T.

NIP. 197112061999031002 NIP. 198602162014041001

commit to user

(7)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah SWT., karena limpahan rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Biodiesel dari Distilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) dengan Katalis Asam Sulfat Kapasitas 86.000 Ton/ Tahun”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orang tua dan keluarga tercinta.

2. Dr. Adrian Nur, S.T., M.T., selaku Kepala Program Studi Sarjana Teknik Kimia FT UNS.

3. Dr. Bregas Siswahjono T. S., S.T., M.T. dan Dr. Joko Waluyo, S.T., M.T.

selaku dosen pembimbing I dan II tugas akhir.

4. Dr. Adrian Nur, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

5. Segenap sivitas akademika Teknik Kimia FT UNS dan teman-teman penulis, yang turut membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Akhir kata penulis mengucapkan semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Apabila ada kesalahan dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis mohon maaf. Kritik dan saran penulis harapkan demi perbaikan laporan yang akan datang.

Surakarta, Juli 2021

Penulis

commit to user

(8)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

LEMBAR KONSULTASI ...iError! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xvi

INTISARI ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ... 1

1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik ... 2

1.2.1 Kebijakan Biodiesel di Indonesia ... 2

1.2.2 Kebutuhan Solar di Indonesia ... 3

1.2.3 Kebutuhan Biodiesel ... 4

1.2.4 Kapasitas Pabrik Tersedia ... 5

1.2.5 Ketersediaan Bahan Baku ... 5

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 6

1.3.1 Faktor Primer ... 8

1.3.2 Faktor Sekunder ... 9

1.4 Tinjauan Pustaka ... 10

1.4.1 Macam-Macam Pembentukan FAME ... 10

1.4.2 Macam-Macam Proses Pemurnian FAME ... 14

1.4.3 Alasan Pemilihan Proses ... 15

1.4.4 Kegunaan Produk ... 16

1.4.5 Sifat Fisik dan Kimia ... 17

BAB II DESKRIPSI PROSES ... 21

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk... 21

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 21

2.1.2 Spesifikasi Produk ... 22 2.2 Konsep Proses ... 22 commit to user

(9)

x

2.2.1 Dasar Reaksi ... 22

2.2.2 Mekanisme Reaksi ... 23

2.2.3 Kondisi Operasi ... 24

2.2.4 Tinjauan Termodinamika ... 25

2.2.5 Tinjauan Kinetika ... 29

2.3 Diagram Alir dan Tahapan Proses ... 31

2.3.1 Diagram Alir Kualitatif ... 31

2.3.2 Diagram Alir Kuantitaif ... 31

2.3.3 Diagram Alir Proses... 31

2.3.4 Tahapan Proses ... 34

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas Total ... 37

2.4.1 Neraca Massa Total ... 37

2.4.2 Neraca Panas Total ... 37

2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses ... 38

2.5.1 Tata Letak Pabrik ... 38

2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses ... 39

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES ... 41

3.1 Tangki Penyimpanan NaOH (T-101) ... 41

3.2 Tangki Penyimpanan Metanol (T-102) ... 42

3.3 Tangki Penyimpanan Asam Sulfat (T-103) ... 43

3.4 Tangki Penyimpanan Minyak Jelantah (T-104) ... 44

3.5 Tangki Penyimpanan Produk (T-105) ... 45

3.6 Filter Press (FP-101) ... 46

3.7 Bak Penampung Cake (BP-101) ... 47

3.8 Reaktor-I (R-101) ... 48

3.9 Reaktor-II (R-102) ... 49

3.10 Reaktor-III (R-103) ... 51

3.11 Reaktor-IV (R-104) ... 52

3.12 Menara Distilasi (MD-101) ... 54

3.13 Condenser (CD-101) ... 56

3.14 Reboiler (RB-101) ... 58 3.15 Accumulator (ACC-101) ... 59 commit to user

(10)

xi

3.16 Cooler 01 (HE-102) ... 60

3.17 Mixing Tank (MT-101) ... 62

3.18 Dekanter (D-101) ... 63

3.19 Pompa (P-101) ... 64

3.20 Pompa (P-102) ... 65

3.21 Pompa (P-103) ... 67

3.22 Pompa (P-104) ... 68

3.23 Pompa (P-105) ... 69

3.24 Pompa (P-106) ... 70

3.25 Pompa (P-107) ... 71

3.26 Pompa (P-108) ... 72

3.27 Pompa (P-109) ... 74

3.28 Pompa (P-110) ... 75

3.29 Pompa (P-111) ... 76

3.30 Pompa (P-112) ... 77

3.31 Pompa (P-113) ... 78

3.32 Pompa (P-114) ... 80

3.33 Pompa (P-115) ... 81

3.34 Pompa Temporary (PT-101) ... 82

BAB IV UTILITAS DAN LABORATORIUM ... 89

4.1 Unit Pendukung Proses ... 89

4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 90

4.1.2 Unit Pengadaan Chilled Water ... 97

4.1.3 Unit Pengadaan Steam ... 99

4.1.4 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 100

4.1.5 Unit Pengadaan Listrik ... 100

4.1.6 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 104 4.2 Laboratorium ... 105 commit to user

(11)

xii

4.2.1 Laboratorium Fisik dan Analitik ... 107

4.2.2 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan ... 110

4.2.3 Analisa Air ... 111

4.3 Unit Pengolahan Limbah ... 111

BAB V MANAJEMEN ... 114

5.1 Bentuk Perusahaan ... 114

5.2 Struktur Organisasi ... 114

5.3 Tugas dan Wewenang ... 116

5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 116

5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 118

5.6 Keselamatan dan Kesehatan Kerja ... 121

5.6.1 Keselamatan Kerja ... 121

5.6.2 Kesehatan Kerja ... 122

BAB VI ANALISA EKONOMI ... 124

6.1 Penaksiran Harga Peralatan... 124

6.2. Dasar Perhitungan ... 125

6.3. Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 126

6.3.1. Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 128

6.3.2. Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 129

6.3.3. Total Capital Investment (TCI) ... 129

6.4. Biaya Produksi Total (Total Production Cost) ... 129

6.4.1. Manufacturing Cost ... 129

6.4.1.1. Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 129

6.4.1.2. Indirect Manufacturing Cost (IMC) ... 130

6.4.1.3. Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 130

6.4.2. General Expense (GE) ... 130

6.5. Keuntungan Produksi ... 131

6.6. Analisa Kelayakan ... 131

6.6.1. % Profit on Sales (POS) ... 131

6.6.2. % Return on Investment (ROI) ... 131

6.6.3. Pay Out Time (POT) ... 131 6.6.4. Break Event Point (BEP) ... 132 commit to user

(12)

xiii

6.6.5. Shut Down Point (SDP) ... 132 6.6.6. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCFROR) atau Internal Rate of

Return (IRR) ... 132 6.7. Kesimpulan Analisa Kelayakan ... 132 DAFTAR PUSTAKA ... 134

commit to user

(13)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel I- 1 Data Konsumsi Bahan Bakar Solar di Indonesia ... 3

Tabel I- 2 Data Produksi, Kebutuhan Domestik, dan Ekspor Biodiesel Indonesia (APROBI, 2020) ... 4

Tabel I- 3 Pabrik Biodiesel dari Minyak Jelantah (APROBI, 2020) ... 5

Tabel I- 4 Sumber Bahan Baku Minyak Jelantah (Mariana, 2010) ... 8

Tabel I- 5 Perbandingan Metode dalam Memproduksi Biodiesel... 14

Tabel II- 1 Harga ΔHfo dan ΔGfo masing-masing komponen (Yaws, 1999) ... 25

Tabel II- 2 Neraca Massa Total... 37

Tabel II- 3 Neraca Panas Total ... 37

Tabel IV- 1 Kebutuhan Air Pendingin ... 96

Tabel IV- 2 Kebutuhan Air untuk Proses ... 96

Tabel IV- 3 Kebutuhan Air untuk Steam ... 96

Tabel IV- 4 Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 97

Tabel IV- 5 Total Kebutuhan Air Sungai ... 97

Tabel IV- 6 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas ... 100

Tabel IV- 7 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan ... 103

Tabel IV- 8 Total Kebutuhan Listrik Pabrik ... 104

Tabel IV- 9 Standar Spesifikasi Biodiesel menurut SNI 7182:2015 ...108

Tabel V- 1 Jadwal Shift Karyawan Minggu Pertama ... 117

Tabel V- 2 Jadwal Shift Karyawan Minggu Kedua ... 117

Tabel V- 3 Jadwal Shift Karyawan Minggu Ketiga ... 117

Tabel V- 4 Jadwal Shift Karyawan Minggu Keempat ... 118

Tabel V- 5 Perincian Jabatan dan Gaji Karyawan Non-Shift... 118

Tabel V- 6 Perincian Jabatan dan Gaji Karyawan Shift ... 120

Tabel VI- 1 Indeks Harga Alat ... 124

Tabel VI- 2 Modal Tetap ... 128

Tabel VI- 3 Modal Kerja ... 129

Tabel VI- 4 Direct Manufacturing Cost ... 129

Tabel VI- 5 Indirect Manufacturing Cost ... 130 Tabel VI- 6 Fixed Manufacturing Cost ... 130 commit to user

(14)

xv

Tabel VI- 7 General Expense ... 130 Tabel VI- 8 Analisa Kelayakan ... 132

commit to user

(15)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar I- 1 Lokasi Pendirian Pabrik ... 7

Gambar II- 1 Skema Reaksi Esterifikasi Pembuatan Biodiesel (Yadav, 2010) .. 23

Gambar II- 2 Skema Reaksi Transesterifikasi Pembuatan Biodiesel ... 24

Gambar II- 3 Diagram Alir Kualitatif ... 32

Gambar II- 4 Diagram Alir Kuantitatif ... 33

Gambar II- 5 Tata Letak Pabrik ... 38

Gambar II- 6 Tata Letak Peralatan Proses ... 39

Gambar II- 7 Diagram Alir Proses ... 40

Gambar IV- 1 Diagram Alir Pengolahan Air Sungai ... 94

Gambar IV- 2 Diagram Alir Refrigerasi ... 98

Gambar IV- 3 Diagram Alir Pengolahan Air Limbah ... 112

Gambar V- 1 Struktur Organisasi Pabrik ... 115

Gambar VI- 1 Regresi Linier CEPCI ... 125

Gambar VI- 2 Analisa Kelayakan Ekonomi... 133

Gambar VI- 3 Analisa Discounted Cash Flow ... 134

commit to user

(16)

xvii INTISARI

Thufeil ‘Ammar, Yanuar Bekti Ramadhan, 2021, Prarancangan Pabrik Biodiesel dari Minyak Jelantah dengan Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi Kapasitas 10.000 Ton/Tahun, Program Studi Sarjana Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Biodiesel adalah minyak yang berasal dari tumbuhan dan lemak hewan serta turunannya mempunyai kemungkinan untuk digunakan sebagai pengganti bahan bakar.

Biodiesel dapat mengurangi penggunaan jumlah bahan bakar fosil sehingga lebih ramah lingkungan. Bahan baku yang digunakan adalah minyak jelantah sisa dari penggorengan.

Pabrik direncanakan akan didirikan di Kawasan Industri Wiajayakusuma, Kota Semarang dengan pertimbangan sumber bahan baku, pasar, dan utilitas. Pabrik yang didirikan berkapasitas 10.000 ton/tahun, perbandingan umpan minyak jelantah terhadap metanol 1:10. Pabrik ini membutuhkan bahan baku minyak jelantah sebanyak 15.079,19 ton/tahun, metanol sebanyak 1.189,19 ton/tahun, asam sulfat sebanyak 285,345 ton/tahun, NaOH sebanyak 257,509 ton/tahun, dan air proses untuk pencucian sebanyak 6.073,13 ton/tahun.

Limbah yang dihasilkan berupa gliserol, air dan garam sebanyak 7.877,83 ton/tahun.

Produk biodiesel dihasilkan dari reaksi esterifikasi antara asam lemak bebas dan metanol dengan katalis asam sulfat dilanjutkan reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan metanol dengan menggunakan katalis natrium hidroksida. Tahapan proses pembuatan biodiesel yaitu pretreatment, reaksi, pemurnian, dan pemisahan. Bahan baku minyak jelantah disaring dalam filter press untuk menghilangkan padatan. Reaktor yang digunakan untuk reaksi esterifikasi dan transesfterifikasi berjumlah masing-masing 2 buah reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). RATB disusun secara seri dan beroperasi pada tekanan 1 bar, temperatur 60^oC. Konversi akhir reaksi esterifikasi 98% sedangakan konversi akhir transesterifikasi 96%. Produk keluar reaktor kemudian masuk ke dalam menara destilasi untuk memisahkan metanol sisa dari senyawa lain (FAME, gliserol, garam). Produk atas menara distilasi yang merupakan metanol dengan impuritas air dialirkan kembali sebagai recycle umpan reaktor. Hasil bawah menara distilasi dialirkan ke mixing tank untuk proses pencucian. Kemudian keluaran mixing tank dialirkan ke dekanter untuk memisahkan produk FAME dengan gliserol dan garam. Sementara, fraksi berat dari dekanter berupa campuran air, sisa metanol, Na2SO4, NaOH, dan gliserol akan diproses di Unit Pengolahan Limbah.

Spesifik konsumsi untuk utilitas terdiri dari unit penyediaan air untuk konsumsi sebanyak 0,396 ton/ton produk, pengadaan air total sebesar 17,16 ton air/ton produk, saturated steam sebanyak 0,37 ton/ton produk (P = 89,6 psia, T = 160^oC), refrigerant sebanyak 0,007 ton/ton produk, air pendingin sebanyak 5,54 ton/ton produk, air proses sebanyak 0,607 ton/ ton produk, udara tekan sebanyak 95,04 m³/ ton produk, tenaga listrik sebesar 0,145 MWh/ton produk dari PLN, bahan bakar batubara subituminous sebanyak 0,0670 ton/ton produk, bahan bakar solar sebanyak 49,6 L/ ton produk, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan.

Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas), struktur organisasi adalah line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 300 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 190 orang.

commit to user

(17)

xviii

Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik biodiesel diperoleh total investasi sebesar Rp 186.422.782.395/tahun dan total biaya produksi Rp 144.602.853.516/tahun. Hasil analisa kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 36,95%

dan setelah pajak 25,86%. POT sebelum pajak 2,13 tahun dan setelah pajak 2,79 tahun, BEP 43,88%, SDP 25,19%, dan DCFROR atau IRR sebesar 26,95%. Berdasar analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik biodiesel dengan kapasitas 10.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.

commit to user