PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN DAN PENCAIRAN BIOGAS
DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT
DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 18.750 KG/HARI
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH:
NIM: 050405010
APRIANA RAHMADANI
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 6.187,5 m3/Tahun. Tugas Akhir ini
dikerjakan sebgai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MSi sebagai Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Indra Surya, M.Sc sebagai co-Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Irvan, MSi sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.
4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.
5. Bapak M. Hendra S. Ginting, ST, MT, Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Ibunda tercinta, yang senantiasa teguh dalam memperjuangkan kuliah penulis hingga selesai.
7. Almarhum Ayahanda tercinta, yang senantiasa sabar dan pengertian dalam penantian kelulusan ini, meski akhirnya belum sempat menggapainya.
8. Saudara kandung penulis, Putra, si kembar bang Gun, Ari dan seluruh keluarga besar di Batang Kuis.
9. Keponakan penulis, Melly Aprilia Kanahaya, Lisa Oktari, Naufal Tara Habib, Muhammad Rehfandy.
10. Partner penulis, Alviah Nadya Sari Simbolon, atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.
11. Teman-teman penulis, Lady Marissa Febriana, Harini Romaito, Meri Analis, Ovita Apni, Rhini wulandary, M. Izni Harahap, Rudiansyah, Indra Azmi Marpaung yang terus menyemangati penulis selama penyusunan skripsi.
12. Para senior Penulis, Rusmiati, Salhayani, Rizki Hakiki, Shofia Rija Napitupulu, Rahma Del Fitri, Fahmi Arief Nst, Amri Suteja yang telah memotivasi dan membantu dalam kelengkapan bahan penyusunan skripsi. 13. Para Junior Penulis, Hanifah Wita Utami, Irma Suraya, Afiifah
Radhiyatullah, Ayu Ridaniati Bangun, Novita Indriani, Cut Anastasia, Febrina Lia Gultom, Fitriah Sari Nst, Arma Sari Trg, Muharimah Nst, Amalia Noor Zafira, Reviana Revitasari, Mahdalena, Sri widya Astuti, Nurul Azmi, Ika Herawati Hsb.
14. Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum namanya.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan, Juni 2010 Penulis
Apriana Rahmadani 050405010
INTISARI
Biogas cair sebagai alternatif pengganti bahan bakar, terutama liquidified
natural gas, sangat menjanjikan dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini.
Dalam skala perdagangan nasional dan internasional biogas cair merupakan salah satu komoditas ekonomi yang meningkat jumlah permintaannya dari tahun ke tahun. Pembuatan biogas cair menggunakan bahan baku limbah cair kelapa sawit karena selain dapat mengurangi pencemaran lingkungan juga dapat bernilai ekonomis.
Biogas cair berbahan baku limbah cair kelapa sawit diproduksi dengan kapa-sitas 18.750 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncana-kan beroperasi di desa Siabu, Kecamatan Bangkinang Barat, Kabupaten Kampar, Provinsi Riau, dengan luas area 4.345 m2, tenaga kerja yang diperlukan sebanyak 113 orang, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem organisasi garis dan staf.
Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit adalah sebagai berikut:
- Modal investasi : Rp. 64.372.283.607,- - Biaya Produksi : Rp. 38.167.903.382,- - Hasil Penjualan : Rp. 78.916.096.050,- - Laba Bersih : Rp. 38.167.903.382,- - Profit Margin : 51,38 %
- Break Even Point : 46,64 % - Return on Investment : 44,12 % - Pay Out Time : 2,27 tahun - Return on Network : 73,53 % - Internal Rate of Return : 62,89 %
Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ini layak didirikan.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...i
INTISARI ...iii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR GAMBAR ...x
DAFTAR TABEL ...xi BAB I PENDAHULUAN ...I-1
1.1 Latar Belakang ...I-1 1.2 Perumusan Masalah...I-2 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ...I-2 1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik ...I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...II-1
2.1 Pengertian Biogas ...II-1 2.2 Sejarah Biogas ...II-2 2.3 Langkah-langkah Pembentukan Biogas ...II-3 2.4 Parameter Fermentasi ...II-4 2.4.1 Alkalinitas ...II-4 2.4.2 pH ...II-5 2.4.3 Nutrisi ...II-5 2.4.4 Logam Berat Terlarut ...II-5 2.5 Fermentasi Anaerobik ...II-5 2.6 Nilai Potensial Biogas ...II-6 2.7 Limbah Cair Kelapa Sawit ...II-6 2.8 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas
dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...II-9 2.9 Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk ...II-11
2.9.1 Metana (CH4) ...II-11
2.9.2 Karbon Dioksida (CO2) ...II-12
2.9.3 Ferro Klorida (FeCl2) ...II-12
2.9.4 Seng Klorida (ZnCl2) ...II-13
2.9.6 Urea (CO(NH)2) ...II-14
2.9.7 Air (H2O) ...II-14
2.9.8 Propana (C3H8)...II-14
2.10 Perhitungan Mikroba yang Dibutuhkan ...II-15 BAB III NERACA MASSA ...III-1
3.1 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-110) ...III-1
3.2 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202) ...III-1 3.3 Bak Netralisasi (F-107) ...III-1 3.4 Reaktor Fermentasi (R-207) ...III-2 3.5 Filter Press ...III-2 3.6 Membran Kontaktor (D-310) ...III-2 3.7 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...III-3 3.8 Flash Drum (F-406) ...III-3 BAB IV NERACA ENERGI ...IV-1 4.1 Reaktor Fermentasi (R-210) ...IV-1 4.2 Cooler I (E-301) ...IV-1 4.3 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ...IV-1 4.4 Kompresor ...IV-2 4.5 Cooler II (E-402) ...IV-2 4.6 Cooler III (E-403) ...IV-2 4.7 Ekspander (G-410) ...IV-2 4.8 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-202) ...IV-3
4.9 Tangki Pencampur Nutrisi (M-110) ...IV-3 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...V-1
5.1 Bak Penampungan Limbah (F-101) ...V-1 5.2 Screening (H-102) ...V-1 5.3 Bak Penampung (F-103) ...V-2 5.4 Bucket Elevator (L-104) ...V-2 5.5 Bak Pencampur NaHCO3 (M-110) ...V-2
5.6 Bak Netralisasi (F-106) ...V-3 5.7 Pompa I (L-107) ...V-3 5.8 Pompa II (L-108) ...V-4
5.9 Bak Pencampur Nutrisi (M-202)...V-4 5.10 Tangki Penyimpan Nutrisi (F-203) ...V-4 5.11 Pompa III (L-201) ...V-5 5.12 Reaktor Fermentasi (R-210) ...V-5 5.13 Tangki Penyimpanan Propana (F-408) ...V-6 5.14 Cooler I (E-301) ...V-7 5.15 Pompa IV (L-206) ...V-7 5.16 Filter Press (H-204) ...V-7 5.17 Bak Penampung Ampas Cair (F-207) ...V-7 5.18 Membran Kontaktor (D-310) ...V-8 5.19 Bak Air (F-303) ...V-8 5.20 Bak Penampungan Air Bekas...V-8 5.21 Pompa V (L-305)...V-9 5.22 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-306) ...V-9 5.23 Kompresor (G-401) ...V-10 5.24 Cooler II (E-402) ...V-10 5.25 Tangki Penyimpanan Propana Bekas (F-409) ...V-10 5.26 Cooler III (E-403)...V-8 5.27 Ekspander (G-410) ...V-10 5.28 Flash Drum (F-405)...V-10 5.29 Tangki Penyimpanan Metana Cair (F-406) ...V-11 5.30 Tangki Penyimpanan Off Gas (F-407) ...V-11 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ...VI-1
6.1 Instrumentasi ...VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ...VI-5 6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan dan Pencairan
Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VI-6 6.3.1 Pencegahan terhadap Kebakaran dan Peledakan ...VI-6 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ...VI-7 6.3.3 Keselamatan Kerja terhadap Listrik ...VI-8 6.3.4 Pencegahan terhadap Gangguan Kesehatan ...VI-8 6.3.5 Pencegahan terhadap Bahaya Mekanis ...VI-8
BAB VII UTILITAS ...VII-1 7.1 Kebutuhan Air ...VII-1 7.1.1 Screening ...VII-4 7.1.2 Sedimentasi ...VII-4 7.1.3 Klarifikasi ...VII-4 7.1.4 Filtrasi ...VII-5 7.2 Kebutuhan Listrik ...VII-7 7.3 Kebutuhan Bahan Bakar ...VII-8 7.4 Uit Pengolahan Limbah ...VII-9 7.5 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-10 7.5.1 Screening (SC) ... VII-10 7.5.2 Pompa Screening (PU-01) ... VII-10 7.5.3 Bak Sedimentasi (BS)... VII-11 7.5.4 Pompa Sedimentasi (PU-02) ... VII-11 7.5.5 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) ...VII-11
7.5.6 Pompa Alum (PU-03) ...VII-11 7.5.7 Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2CO3] (TP-02) ...VII-12
7.5.8 Pompa Soda Abu (PU-04) ...VII-12 7.5.9 Clarifier (CL) ...VII-12 7.5.10 Tangki Filtrasi (TF) ...VII-13 7.5.11 Pompa Filtrasi (PU-05) ...VII-13 7.5.12 Tangki Utilitas I (TU-01) ...VII-13 7.5.13 Pompa Tangki Utilitas I (PU-06) ...VII-14 7.5.14 Tangki Pelarutan Kaporit (TP-03) ...VII-14 7.5.15 Pompa Kaporit (PU-08) ...VII-14 7.5.16 Tangki Utilitas-2 (TU-02) ...VII-15 7.5.17 Pompa Domestik (PU-09) ...VII-15 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ... VIII-1
8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-3 8.3 Perincian Luas Tanah ... VIII-4 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ... IX-1
9.1 Organisasi Perusahaan ... IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis ... IX-2 9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil ... IX-2 9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ... IX-3 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf ... IX-3 9.2 Manajemen Perusahaan ... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ... IX-5 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung jawab ... IX-6 9.5 Struktur Tenaga Kerja ... IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Pendidikan ... IX-10 9.7 Hak dan Kewajiban Karyawan... IX-11 9.8 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja... IX-14 9.9 Keselamatan Kerja ... IX-15 BAB X ANALISA EKONOMI ... X-1
10.1 Modal Investasi ... X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap / Fixed Capital
Investment (FCI) ... X-1
10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ... X-2 10.2 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ... X-4 10.2.1 Biaya Tetap / Fixed Cost (FC)... X-4 10.2.2 Biaya Variabel / Variable Cost (VC) ... X-4 10.3 Total Penjualan / Total Sales ... X-5 10.4 Bonus Perusahaan ...X-5 10.5 Perkiraan Laba / Rugi Perusahaan ...X-5 10.6 Analisa Aspek Ekonomi ...X-5 10.6.1 Profit Margin (PM) ...X-5 10.6.2 Break Even Point (BEP)...X-5 10.6.3 Return on Investment (ROI) ...X-6 10.6.4 Pay Out Time (POT) ...X-6 10.6.5 Return on Network (RON) ...X-7 10.6.6 Internal Rate of Return (IRR)...X-7 BAB XI KESIMPULAN ...XI-1
DAFTAR PUSTAKA ...xiii LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ...LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI ...LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ...LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS ...LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ...LE-1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 6.1 Instrumentasi pada Alat ... VI-4 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan
Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VIII-5 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas
dari Limbah Cair Kelapa Sawit ... IX-16 Gambar LC-1 Sketsa bar screening ... LC-3 Gambar LD-1 Sketsa bar screening ... LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage)
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Biogas ... II-1 Tabel 2.2 Kondisi Optimum Produksi Biogas ...II-4 Tabel 2.3 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik ...II-6 Tabel 2.4 Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain ...II-6 Tabel 2.5 Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS ...II-7 Tabel 2.6 Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS ...II-7 Tabel 2.7 Karakteristik Limbah PMKS dan Baku Mutu Limbah ...II-9 Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pencampur NaHCO3 ...III-1
Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Nutrisi ...III-1 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Bak Netralisasi ...III-1 Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Fermentasi ...III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa pada Membran Kontaktor ...III-2 Tabel 3.6 Neraca Massa pada Tangki Penampung Gas Metana ...III-2 Tabel 3.7 Neraca Massa pada Flash Drum ...III-2 Tabel 4.1 Neraca Energi pada Reaktor Fermentasi ...IV-1 Tabel 4.2 Neraca Energi pada Cooler I ...IV-1 Tabel 4.3 Neraca Energi pada Tangki Akumulasi Gas Metana ...IV-1 Tabel 4.4 Neraca Energi pada Cooler II ...IV-2 Tabel 4.5 Neraca Energi pada Cooler II ...IV-2 Tabel 4.6 Neraca Energi pada Heat Exchanger –I...IV-2 Tabel 4.7 Neraca Energi pada Heat Exchanger –II ...IV-2 Tabel 4.8 Neraca Energi pada Throttle ... IV-3 Tabel 6.1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik
Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VI-3 Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ...VII-1 Tabel 7.2 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan ...VII-3 Tabel 7.3 Kualitas Air pada Sungai Batang Ulak ...VII-3 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah... VIII-4 Tabel 9.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan ... IX-9
Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan ... IX-11 Tabel LB.1 Nilaikontribusi Unsur Atom ... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K) ... LB-2 Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) ... LB-2 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) ... LB-2 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kJ/mol)... LB-3 Tabel LB.6 Data Air Pendingin yang Digunakan ... LB-3 Tabel LB.7 Energi yang masuk ke dalam Fermentor ... LB-4 Tabel LB.8 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari Fermentor ... LB-5 Tabel LB.9 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari Fermentor... LB-5 Tabel LB.10 Energi yang masuk menuju cooler I ... LB-6 Tabel LB.11 Energi yang keluar dari cooler I ... LB-6 Tabel LB.12 Energi yang masuk menuju tangki akumulasi ... LB-7 Tabel LB.13 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki akumulasi .... LB-7 Tabel LB.14 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki akumulasi ... LB-7 Tabel LB.15 Energi yang masuk menuju cooler II ... LB-10 Tabel LB.16 Energi yang keluar dari cooler-II ... LB-10 Tabel LB.17 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari cooler-II ... LB-11 Tabel LB.18 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari cooler-II ... LB-12 Tabel LB.19 Energi yang masuk ke tangki pencampur NaHCO3 ... LB-14
Tabel LB.20 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki
pencampur NaHCO3 ... LB-15
Tabel LB.21 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki
pencampur NaHCO3 ... LB-15
Tabel LB.22 Energi yang masuk ke tangki pencampur nutrisi ... LB-16 Tabel LB.23 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki
pencampur nutrisi ... LB-17 Tabel LB.24 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki
pencampur nutrisi ... LB-17 Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ... LE-1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ... LE-3 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ... LE-6 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas ... LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi... LE-9 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ... LE-12 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ... LE-13 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ... LE-14 Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17
Tahun 2000 ...LE-16 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 .LE-16
