Diajukan Sebagai Persyaratan Untuk Menyelesaikan Pendidikan S1 Terapan Teknik Energi
Jurusan Teknik Kimia
Oleh : Ria Fauziah 0610 4041 1418
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ALAT PIROLISIS
(Tinjauan Pengaruh Tekanan LPG terhadap Efisiensi Termal Alat Pirolisis dengan Bahan Baku Cangkang Kelapa Sawit)
OLEH : RIA FAUZIAH
0610 4041 1418
Palembang, Juni 2014
Pembimbing I, Pembimbing II,
Ir. Fatria, M.T Ir. Erlinawati, M.T
NIP.196602211994032001 NIP. 196107051988112001
Mengetahui, Mengetahui,
Ketua Program Studi Ketua Jurusan Teknik Kimia S1 Terapan Teknik Energi
iii Motto :
Dan sungguh, kami telah Menguji orang sebelum mereka, maka Allah pasti mengetahui orang-orang yang benar dan pasti mengetahui orang-orang yang dusta. (QS. Al Ankabut, ayat 3)
Sesungguhnya setiap perbuatan tergantung niatnya. Dan sesngguhnya setiap orang (akan dibalas) berdasarkan apa yang dia niatkan
(HR. Bukhari Muslim)
Jangan pernah berhenti mencoba, yakinkan dalam hati bahwa kesuksesan telah menanti dihadapan kita. (Penulis)
Kupersembahan Untuk :
Allah SWT beserta Rasulnya Ibu dan Alm. Ayah Tercinta Saudara-saudaraku Tersayang
Keluarga Besar Bapak Drs. Muslim Yaroni Ibu Pembimbing I dan Ibu Pembimbing II Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Beserta Staff
di Jurusan Teknik Kimia
Teman – Teman 8 EGA dan 8 EGB Zulkifli Septiyansyah
ABSTRAK
RANCANG BANGUN ALAT PIROLISIS
(Tinjauan Pengaruh Tekanan LPG terhadap Efisiensi Termal Alat Pirolisis dengan Bahan Baku Cangkang Kelapa Sawit)
( Ria Fauziah, 2014, 103 Halaman, 36 Tabel, 37 Gambar, 4 Lampiran )
Pemanfaatan limbah biomassa yang sering digunakan adalah limbah cangkang kelapa sawit yang merupakan limbah yang banyak dijumpai di Indonesia dan dapat diolah menjadi salah satu bahan bakar padat alternatif dan dapat juga digunakan untuk pembuatan asap cair. Proses pirolisis yang dilakukan terhadap cangkang kelapa sawit terjadi didalam tempat pengarangan (pembakaran langsung) yang membutuhkan pengontrolan api sehingga bahan baku yang terdapat dalam ruang pengarangan tidak menjadi abu, selain tempat pengarangan kondensor juga diperlukan untuk menghasilkan asap cair. Variasi tekanan LPG yang digunakan untuk pengontrolan api adalah 239 atm, 240 atm dan 241 atm yang merupakan variabel tak tetap untuk menghitung efisiensi termal, kebutuhan bahan bakar spesifik (SFC) dan untuk mengetahui kualitas dari arang serta asap cair dari cangkang kelapa sawit. Dari hasil perhitungan nilai efisiensi termal menurun seiring dengan bertambahnya laju alir bahan bakar, dimana efisiensi termal optimal pada tekanan LPG 239 atm yaitu 52%, Nilai SFC berbanding terbalik dengan efisiensi termal, yaitu dengan naiknya tekanan LPG maka konsumsi bahan bakar maka juga akan naik, dimana SFC yang optimum terdapat pada tekanan LPG 239 atm yaitu 4483,473 Kcal/Kg Produk. Hasil uji kualitas proksimat arang cangkang kelapa sawit sudah sesuai dengan standar SNI kecuali kadar abu yaitu lebih dari 2,2 % dan untuk kadar air dibawah 7,8% sedangkan untuk kadar zat terbang dan fixed carbon jauh lebih bagus dibandingkan standar SNI yaitu kadar zat terbang dibawah 69,5% dan kadar fixed carbon diatas 20,5%. Hasil analisa kandungan fenol yang didapat dari penelitian ini lebih kecil dari standar penelitian sebelumnya, yaitu jauh lebih kecil dari 0,2 % – 2,9 %.
v ABSTRACT
PROTOTYPE OF PYROLYSIS EQUIPMENT
(The Effect of LPG Preasure to Thermal Efficiency of Pyrolysis Equipment Using Feedstock From Palm Shells)
( Ria Fauziah, 2014, 116 Pages, 36 Tables, 37 Pictures, 4 Appendixes )
The Utilization of waste biomass that is often used is palm shell waste is waste that is often found in Indonesia and can be processed into a solid alternative fuels and can also be used for the manufacture of liquid smoke. Pyrolysis process is carried out on palm shells occur in places authoring (direct combustion) which requires controlling the fire so that the material contained in the mangrove authoring space does not become ashes, besides the authoring condenser is also required to produce liquid smoke. Variations in the preasure of LPG used for controlling the fire is 239 atm, 240 atm and 241 atm which is a fixed variable to calculate the thermal efficiency, specific fuel requirements (SFC) and to determine the quality of the charcoal and smoke liquid from palm shell. From the calculated value of thermal efficiency decreases with the increasing of preasure of LPG, where the optimum thermal efficiency at the LPG’s Preasure of 239 atm it is 52%. SFC value is inversely proportional to the thermal efficiency, that is with increasing LPG’s preasure of the fuel consumption of the fuel will also rise, which the optimum SFC at the LPG’s pressure 239 atm it is 4483,473 Kcal/Kg Product. Proximate quality test of oil palm shell char is appropriate with Indonesian national Standard (SNI) except, quality of ash up to 2,2 % and moisture content less than 7,8 %. Parameter of volatile matter less than 6,5 % and fixed carbon up to 20,5 % are higher than SNI value. Quality test of phenol is lower than based on before research, The range are 0,2 % - 2,9 %.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan
karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan baik
dan tepat pada waktu nya. Laporan dengan judul “Efisiensi Termal Alat Pirolisis
dengan Bahan Baku Cangkang Kelapa Sawit (Pengaruh Laju Alir Bahan Bakar)
disusun dari tanggal 1 April – 5 Juli 2014, yaitu dari Penyusunan Proposal Tugas
Akhir, Perancangan Alat sampai Penyusunan Laporan Tugas Akhir. Tujuan dari
Tugas Akhir ini adalah sebagai persyaratan utama dalam menyelesaikan
Pendidikan S1 Terapan Teknik Energi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri
Sriwijaya.
Pada kesempatan ini juga penulis secara khusus mengucapkan banyak
terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan
Laporan Tugas Akhir, antara lain:
1. RD Kusumanto, S.T, M.T selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya.
2. Firdaus, S.T, M.T, selaku PD I Politeknik Negeri Sriwijaya.
3. Ir. Robert Junaidi, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik
Negeri Sriwijaya.
4. Zulkarnain, S.T, M.T selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia
5. Ir. Fatria, M.T selaku dosen pembimbing I Laporan Tugas Akhir
6. Ir. Erlinawati, M.T selaku Dosen Pembimbing II Laporan Tugas Akhir
7. Ir. Arizal Aswan, M.T selaku Ketua Program Studi S1 Terapan Teknik
Energi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
8. Seluruh Bapak dan Ibu dosen beserta Staff di Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Sriwijaya
9. Ibu dan Alm Ayah yang senantiasa memberi Motivasi dan Dukungan
Moral maupun Materil sehingga Laporan Tugas Akhir ini dapat di
vii
10.Saudara-saudaraku tersayang (Afrizal, M. Zambil, Emilia, Anggi, Rati dan
Fauzun) yang selalu memberikan dukungan moral maupun materil serta
pemberi semangat dalam penyelesaian studi ini.
11.Keluarga besar Bapak Muslim Yaroni yang telah banyak memberikan
bantuan moral dan materil kepada penulis, jasa kalian tidak akan pernah
terlupakan.
12.M. Noble Hidayatullah dan M. Frandonata yang telah banyak membantu
selama praktikum.
13.Zulkifli Septiyansyah yang selalu memberikan motivasi serta bantuan
dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini sehingga dapat terselesaikan
dengan baik.
14.Teman-teman seperjuangan 8 EGA dan 8 EGB yang saling membantu dan
kerjasama dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini belum mendekati
sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran sangat diharapkan untuk
kesempurnaan Laporan ini. Semoga Laporan ini dapat bermanfaat khususnya bagi
penulis sendiri dan umumnya bagi rekan-rekan sekalian yang membaca nya.
DAFTAR ISI
2.5 Proses Pembakaran dan Perpindahan Panas ... 12
2.6 Bioarang ... 16
2.7 Asap Cair ... 17
2.8 Perhitungan Efisiensi Termal Furnace ... 20
2.9 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption/SFC) 22
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendekatan Desain Fungsional ... 23
3.2 Pendekatan Desain Struktural ... 23
3.3 Penelitian Rancang Bangun Alat ... 31
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ... 37
ix BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 48
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 50
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Karakteristik Cangkang Kelapa Sawit ... 6
2. Jenis, Potensi dan Pemanfaatan Limbah Cangkang Kelapa Sawit ... 7
3. Nilai Kalori dari Beberapa Produk Samping Kelapa Sawit (Berdasrkan Berat Kering ... 8
4. Komposisi Gas LPG ... 9
5. Jenis Pirolisis ... 11
6. Perbedaan Antara Konveksi Alamiah dan Konveksi Paksa ... 15
7. Standar Mutu Arang (SNI 19-0428-1989) ... 17
8. Data Desain Ruang Bakar (Furnace) ... 30
9. Hasil Perhitungan Efisiensi Termal dan Specific Fuel Consumption ... 37
10. Produk Hasil Pirolisis Cangkang Kelapa Sawit ... 37
11. Hasil Uji Kualitas Arang Cangkang Kelapa Sawit ... 38
12. Kandungan Fenol dalam Asap Cair ... 38
16. Temperatur Perobaan Pirolisis pada Kondensor dengan Tekanan LPG 239 atm ... 55
xi
18. Temperatur Perobaan Pirolisis pada Kondensor Tekanan LPG
241 atm ... 57
19. Produk yang Dihasilkan dari Proses Pirolisis ... 58
20. Hasil Uji Kualitas Arang Cangkang Kelapa Sawit ... 59
21. Hasil Uji Kandungan Fenol pada Asap Cair ... 59
22. Massa Gas LPG ... 61
23. Neraca Massa pada Furnace (239 atm) ... 66
24. Neraca Massa pada Reaktor dan Kondensor (239 atm) ... 68
25. Neraca Massa pada Furnace (240 atm) ... 72
26. Neraca Massa pada Reaktor dan Kondensor (240 atm) ... 73
27. Neraca Massa pada Furnace (241 atm) ... 76
28. Neraca Massa pada Reaktor dan (241 atm)... 77
29. Nilai a, b, c Komponen Flue Gas ... 82
30. Data Desain Ruang Bakar (Furnace) ... 84
31. Konduktivitas Material Furnace ... 85
32. Konduktivitas Termal dan Tebal dari Material Furnace ... 85
33. Neraca Panas pada Alat Pirolisis (239 atm) ... 92
34. Neraca Panas pada Alat Pirolisis (240 atm) ... 95
35. Neraca Panas pada Alat Pirolisis (241 atm) ... 98
DAFTAR GAMBAR
5. Pengaruh Waktu Karbonisasi terhadap Efisiensi Termal Alat Pirolisis... 39
6. Pengaruh Laju Alir Bahan Bakar terhadap Specific Fuel Consumption (SFC) ... 41
7. Pengaruh Laju Alir Bahan Bakar terhadap Komposisi Proksimat Arang Cangkang Kelapa Sawit ... 42
8. Pengaruh Laju Alir Bahan Bakar terhadap Nilai Kalor Arang Cangkang Kelapa Sawit ... 45
9. Pengaruh Laju Alir Bahan Bakar terhadap Kandungan Fenol dalam Asap Cair ... 46
10. Skema Alat Pirolisis dengan Tekanan LPG 239 atm ... 62
11. Skema Reaktor dan Furnace (239 atm) ... 63
12. Blok Diagram Neraca Massa pada Furnace (239 atm) ... 67
13. Skema Reaktor dan Kondensor (239 atm) ... 67
14. Blok Diagram Neraca Massa pada Reaktor dan Kondensor (239 atm) ... 69
15. Blok Diagram Neraca Massa pada Alat Pirolisis secara Keseluruhan (239 atm) ... 70
16. Skema Alat Pirolisis dengan Tekanan LPG 240 atm ... 71
xiii
18. Blok Diagram Neraca Massa pada Reaktor dan Kondensor (240 atm) ... 73
19. Blok Diagram Neraca Massa pada Alat Pirolisis secara Keseluruhan (240 atm) ... 74
20. Skema Alat Pirolisis dengan Tekanan LPG 241 atm ... 75
21. Blok Diagram Neraca Massa pada Furnace (241 atm) ... 76
22. Blok Diagram Neraca Massa pada Reaktor dan Kondensor (241 atm) ... 77
23. Blok Diagram Neraca Massa pada Alat Pirolisis secara Keseluruhan (241 atm) ... 78
24. Skema Rancangan Blok Diagram Neraca Massa pada Alat Pirolisis ... 79
25. Perpindahan Kalor Melalui Dinding Komposit ... 84
26. Analogi Listrik Melalui Dinding Komposit ... 85
27. Blok Diagram Neraca Panas pada Alat Pirolisis (239 atm) ... 93
28. Grassman Diagram Neraca Panas pada Alat Pirolisis (239 atm) ... 94
29. Blok Diagram Neraca Panas pada Alat Pirolisis (240 atm) ... 96
30. Grassman Diagram Neraca Panas pada Alat Pirolisis (240 atm) ... 97
31. Blok Diagram Neraca Panas pada Alat Pirolisis (241 atm) ... 99
32. Grassman Diagram Neraca Panas pada Alat Pirolisis (241 atm) ... 100
33. Alat Pirolisis ... 101
34. Tempat Keluar Asap Cair... 101
35. Arang Cangkang Kelapa Sawit ... 102
36. Asap Cair ... 102
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Data Hasil Pengamatan ... 52
2. Perhitungan ... 60
3. Gambar-Gambar pada Saat Pembuatan Alat dan Penelitian ... 101
