TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK BIOGAS DARI PALM OIL MILL EFFLUENT (POME)
KAPASITAS 1.312.000 M3/TAHUN
Oleh:
Diah Ayu Fitriani I 0506018
Manis Yuliani I 0506030
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2011
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, hanya karena rahmat dan berkat-Nya, Penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) Kapasitas 1.312.000 m3/ Tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini Penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, sudah sepantasnya Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan materi dan semangat yang senantiasa diberikan.
2. Ir. Paryanto, M.S. selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Endah Retno D., M.T.
selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.
3. Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. dan Wusana Agung W., S.T., M.T., selaku penguji.
4. Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS.
5. Ir. Endah Retno D., M.T. dan Enny Kriswiyanti A., S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik.
6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, Penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun.
Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi Penulis dan pembaca sekalian.
Surakarta, April 2011 Penulis
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Lembar Pengesahan ... ii
Kata Pengantar ... iii
Daftar Isi... iv
Daftar Tabel ... v
Daftar Gambar... vi
Intisari ... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik... 1
1.2 Penentuan Kapasitas Rancangan Pabrik ... 2
1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ... 3
1.4 Tinjauan Pustaka ... 5
1.4.1 Palm Oil Mill Effluent ... 5
1.4.2 Biogas ... 6
1.4.2.1 Langkah-Langkah Pembentukan Biogas……… 7
1.4.2.2 Parameter Fermentasi………. 8
1.4.2.3 Fermentasi Anaerobik……… 10
1.4.2.4 Macam-Macam Proses Pembuatan Biogas…… 11
1.4.2.5 PemilihaN Proses……… 12
1.4.2.6 Kegunaan Produk………. 12
1.4.3 Sifat-Sifat Fisis dan Sifat Kimia ... 13
1.4.3.1 Bahan Baku……… 13
1.4.3.2 Produk……… 13
BAB II DESKRIPSI PROSES... 18
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ... 18
2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ... 18
2.1.2 Spesifikasi Produk Utama... 18
2.2 Spesifikasi Bahan Pembantu ... 19
2.2.1 Ferro Klorida (FeCl2) ... 19
2.2.2 Natrium Bikarbonat (NaHCO3) ... 19
2.2.3 Urea (H2NCONH2) ... 19
2.3 Tinjauan Proses……….. 20
2.3.1 Tinjauan Termodinamika………. 20
2.3.2 Tinjauan Kinetika Reaksi………. 23
2.4 Deskripsi Alir Proses dan Tahapan Proses ... 24
2.4.1 Diagram Alir Proses ... 24
2.4.2 Tahapan Proses... 28
2.4.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku ... 28
2.4.2.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku ... 28
2.4.2.3 Tahap Pembentukan Produk ... 29
2.4.2.4 Tahap Pemurnian……….. 29
2.5 Neraca Massa dan Neraca Panas ... 31
2.5.1 Neraca Massa ... 31
2.5.2 Neraca Panas ... 38
2.6 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ... 45
2.6.1 Lay Out Pabrik... 45
2.6.2 Lay Out Peralatan Proses ... 48
BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES ... 51
3.1 Mixer ... 51
3.2 Reaktor ... 52
3.3 Absorber... 53
3.4 Regenerator... 54
3.5 Tangki ... 56
3.6 Hopper ... 60
3.7 Silo ... 61
3.8 Belt Conveyor... 62
3.9 Bucket Elevator ... 63
3.10 Heat Exchanger... 64
3.11 Pompa... 65
3.12 Blower ... 68
BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM... 69
4.1 Unit Pendukung Proses ... 69
4.1.1 Unit Pengadaan Air ... 70
4.1.1.1 Air Pendingin... 70
4.1.1.2 Air Umpan Boiler ... 71
4.1.1.3 Air Proses……… 74
4.1.1.4 Air Konsumsi Umum dan Sanitasi ... 74
4.1.2 Unit Pengadaan Steam ... 77
4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan ... 79
4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ... 80
4.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas... 81
4.1.4.2 Listrik untuk Penerangan... 82
4.1.4.3 Listrik untuk AC ... 84
4.1.4.4 Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi . 85 4.1.4.5 Listrik untuk PTPN III……….. 85
4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ... 86
4.2 Laboratorium ... 87
4.2.1.1 Kandungan Senyawa Organik dalam Bahan Baku…… 88
4.2.1.2 Menganalisa Komponen-Komponen Biogas…………. 88
4.2.1.3 Analisa Air... 89
4.3 Unit Pengolahan Limbah... 90
4.3.1 Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL)... 91
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN... 93
5.1 Bentuk Perusahaan ... 93
5.2 Struktur Organisasi ... 94
5.3 Tugas dan Wewenang ... 97
5.3.1 Pemegang Saham ... 97
5.3.2 Dewan Komisaris ... 98
5.3.3 Dewan Direksi ... 98
5.3.4 Staf Ahli ... 99
5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ... 100
5.3.6 Kepala Bagian... 100
5.3.7 Kepala Seksi ... 104
5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 104
5.4.1 Karyawan Non Shift ... 104
5.4.2 Karyawan Shift atau Ploog... 105
5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah ... 106
5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ... 107
5.6.1 Penggolongan Jabatan ... 107
5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ... 107
5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ... 110
BAB VI ANALISIS EKONOMI ... 112
6.1 Penaksiran Harga Peralatan ... 118
6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ... 118
6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment) ... 120
6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) ... 121
6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ... 122
6.3.1 Manufacturing Cost... 122
6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ... 122
6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ... 122
6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) ... 123
6.3.2 General Expense (GE) ... 123
6.4 Keuntungan Produksi ... 124
6.5 Analisis Kelayakan... 126
Daftar Pustaka ... viii Lampiran
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Komposisi Limbah Cair PMKS ... 5
Tabel 1.2 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerob ... 11
Tabel 2.+DUJDǻ+IoGDQǻ*Io ……….. 20
Tabel 2.2 Neraca Massa Mixer (M-01) ……… 31
Tabel 2.3 Neraca Massa pada Reaktor-01 (R-01) ……… 32
Tabel 2.4 Neraca Massa pada Absorber-01 (ABS-01) ……….. 33
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Regenerator-01 (REG-01) ……… 34
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Absorber 02 (ABS-02) ……… 35
Tabel 2.7 Neraca Massa pada Regenerator 02(REG-02) ………. 36
Tabel 2.8 Neraca Massa Total ………. 37
Tabel 2.9 Neraca Panas pada Mixer -01 (M-01) ………. 38
Tabel 2.10 Neraca Panas pada Reaktor (R-01) ……… 39
Tabel 2.11 Neraca Panas pada Absorber-01 (ABS-01) ……… 40
Tabel 2.12 Neraca Panas Absorber 02 (ABS-02) ………. 41
Tabel 2.13 Neraca Panas pada Regenerator-01 (REG-01) ……….. 42
Tabel 2.14 Neraca Panas pada Regenerator 02(REG-02) ……… 43
Tabel 2.15 Neraca Panas Total ……… 44
Tabel 4.1 Kebutuhan Air Proses ……….. 75
Tabel 4.2 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas …………. 80
Tabel 4.3 Jumlah Lumen berdasarkan Luas bangunan ……… 84
Tabel 4.4 Jumlah Total Kebutuhan Listrik Pabrik ……….. 85
Tabel 5.1 Jumlah Karyawan Menurut Jabatannya ……….. 108
Tabel 5.2 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ………. 110
Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ………. 119
Tabel 6.2 Modal Tetap ………. 120
Tabel 6.3 Modal Kerja ………. 121
Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost ……….. 122
Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost ……… 122
Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost ……… 123
Tabel 6.7General Expense ……….. 123
Tabel 6.10 Analisis Kelayakan ... 125
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Pembuatan Biogas... 26
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Pembuatan Biogas ……....…………. 27
Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik ... 47
Gambar 2.5 Tata Letak Alat ………... 50
Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Biogas...………...… 97
Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ... 117
Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan ... 126
INTISARI
Diah Ayu Fitriani & Manis Yuliani, 2011, Prarancangan Pabrik Biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) Kapasitas 1.312.000 m3/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Biomethana yang sering dikenal sebagai biogas merupakan bahan bakar alternatif yang berpotensi tinggi untuk dikembangkan. Biogas dapat dibuat dari berbagai macam bahan seperti kotoran sapi, limbah cair tahu, dan POME (Palm Oil Mill Effluent). Bahan baku biogas pada Prarancangan pabrik ini adalah POME (Palm Oil Mill Effluent). POME merupakan limbah dari pengolahan CPO (Crude Palm Oil) milik PTPN III (PT. Perkebunan Nusantara) di daerah Torgamba. Prarancangan Pabrik Biogas ini akan didirikan di daerah KotaPinang Labuhan Batu, Sumatra Utara dengan kapasitas 1.312.000 m3/th. Pada Prarancangan pabrik ini, biogas digunakan sebagai bahan bakar untuk memenuhi kebutuhan listrik PTPN III sebesar 450 kW.
Proses pembuatan biogas terdiri dari 3 unit yaitu unit persiapan bahan baku, unit proses dan unit pemurnian produk. Pada persiapan bahan baku, POME yang berasal dari PTPN III dinetralkan dengan menggunakan NaHCO3di dalam mixer (M-01). POME yang telah netral masuk ke unit proses. Di unit proses, POME mengalami proses fermentasi di dalam Reaktor Tangki Berpengaduk dengan menggunakan proses batch pada kondisi tekanan 1 atm dan suhu 35 oC. Proses fermentasi ini antara lain proses hidrolisis, prose asetogenik dan proses metanogenik. Gas yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian masuk ke dalam unit pemurnian produk. Pada unit pemurnian produk, CO2dan H2S diserap MDEA di dalam absorber 01 (ABS-01) sedangkan NH3diserap dengan air di dalam absorber 02 (ABS-02).
Limbah cair keluaran reaktor dapat digunakan sebagai pupuk cair organik.
Unit pendukung proses didirikan untuk menunjang proses produksi yang terdiri dari unit penyediaan air, steam, tenaga listrik, penyediaan bahan bakar, serta unit pengolahan limbah. Agar mutu bahan baku dan kualitas produk tetap terkendali, maka keberadaan laboraturium sangat diperlukan. Dalam pabrik biogas ini terdapat tiga buah laboraturium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan.
Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift .
Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik biogas diperoleh bahwa total investasi (TCI) sebesar US$ 4.875.697 dan total biaya produksi (Production Cost) US$
4.693.566. Dari analisa kelayakan diperoleh hasil ROI sebelum pajak 37,68 % dan setelah pajak 28,26 %. POT sebelum pajak 2,2 tahun dan setelah pajak 2,8 tahun, BEP 58,11 %, SDP 34,38 % dan DCF sebesar 27,10 %. Dari hasil analisa di atas, maka dapat disimpulkan bahwa Prarancangan Pabrik Biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) layak
untuk didirikan.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagian besar penduduk Indonesia masih mengandalkan sektor pertanian dan peternakan untuk menggerakkan roda perekonomian. Tanpa disadari, produk-produk pertanian dan peternakan tersebut menghasilkan hasil sampingan yang belum banyak mendapatkan perhatian, bahkan dianggap sebagai sampah yang tidak dimanfaatkan. Pada umumnya, limbah tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif, yaitu dari biomassa.
Sumber energi biomassa berasal dari bahan organik. Apabila biomassa tersebut dimanfaatkan untuk menghasilkan energi, maka energi tersebut disebut dengan bioenergi.
Biogas yang dikenal oleh masyarakat lebih banyak dihasilkan dari pengolahan kotoran ternak atau kotoran manusia. Sebenarnya biogas juga bisa dihasilkan dari biomassa yang lain. Gas metana (CH4) yang merupakan komponen utama biogas (50-75%) (www.wikipedia.org) adalah gas yang dihasilkan dari perombakan anaerobik senyawa-senyawa organik, seperti limbah cair kelapa sawit. Secara alami gas ini dihasilkan pada kolam-kolam pengolahan limbah cair Pabrik Kelapa Sawit (PKS).
Produksi biogas dengan bahan limbah cair pabrik kelapa sawit memberikan berbagai keuntungan diantaranya pengurangan jumlah padatan organik, jumlah mikrobia pembusuk yang tidak diinginkan, serta kandungan
racun dalam limbah.
Selama ini biogas hanya dikenal sebagai bahan bakar untuk keperluan rumah tangga khususnya memasak saja. Padahal biogas juga bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik. Kebutuhan biogas akan semakin meningkat seiring dengan konsumsi listrik di Indonesia yang setiap tahunnya terus meningkat karena peningkatan pertumbuhan ekonomi nasional. Oleh karena itu pendirian pabrik biogas sangat diperlukan untuk memenuhi sebagian besar kebutuhan listrik industri dan sebagai sumber energi yang diharapkan dapat membuka lapangan kerja baru.
1.2 Kapasitas Pabrik
Dalam pemilihan kapasitas pabrik biogas ada pertimbangan yang perlu diperhatikan yaitu ketersediaan bahan baku yang berupa limbah cair pabrik kelapa sawit. Limbah cair ini diperoleh dari hasil pengolahan kelapa sawit PT Perkebunan Nusantara III (PTPN III), Kotapinang, Pelabuhan Batu Sumatra Utara yang merupakan salah satu sentra pengembangan kelapa sawit nasional di Indonesia. Pada tahun 2006 PTPN III menghasilkan Tandan Buah Segar kelapa sawit sebanyak 30 ton/jam (www.adb.orgDocuments...36557- INO-TACR-AppendixVIII.pdf ).
Satu ton Tandan Buah Segar (TBS) menghasilkan 600-700 kg limbah cair (www.ipard.comart_perkebunan.com). Sehingga limbah cair yang dihasilkan PTPN III dengan kapasitas produksi 30 ton TBS/jam sebesar 18.000 – 21.000 kg/jam.
Pabrik biogas didirikan untuk memenuhi kebutuhan listrik Pabrik
Kelapa Sawit PTPN III kapasitas 30 ton/jam dengan daya listrik yang dibutuhkan adalah sebesar 450 kW. Untuk memenuhi kebutuhan listrik di PTPN III dan kebutuhan listrik pabrik biogas diperhitungkan listrik sebesar 600 kW dibutuhkan POME sebanyak 7.294 kg/jam.
Kapasitas produksi “Prarancangan Pabrik Biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME)” dengan bahan baku POME sebesar 7294 kg/jam adalah 1.312.000 m3/th.
1.3 Lokasi Pabrik
Penentuan lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan dan kelangsungan dari industri, baik pada masa sekarang maupun pada masa yang akan datang karena hal ini berpengaruh terhadap faktor produksi dan distribusi dari pabrik yang didirikan. Pemilihan yang tepat mengenai lokasi pabrik harus memberikan suatu perhitungan biaya produksi dan distribusi yang minimal serta pertimbangan sosiologi, yaitu pertimbangan dalam mempelajari sikap dan sifat masyarakat di sekitar lokasi pabrik.
Berdasarkan faktor-faktor tersebut maka pabrik pembuatan biogas sebagai sumber energi listrik ini direncanakan berlokasi di Kotapinang, Labuhan Batu Sumatra Utara. Dasar pertimbangan dalam pemilihan lokasi pabrik ini adalah:
a. Bahan Baku
Suatu pabrik sebaiknya berada di daerah yang dekat dengan sumber bahan baku. Bahan baku direncanakan diperoleh dari pabrik kelapa sawit milik PTPN III yang terletak di Kotapinang, Pelabuhan Batu Sumatra
Utara.
b. Transportasi
Lokasi yang dipilih dalam rencana pendirian pabrik ini merupakan kawasan perkebunan kelapa sawit dan bersebelahan dengan pabrik kelapa sawit, sehingga distribusi bahan baku dapat berjalan dengan lancar yaitu dengan menggunakan pompa yang akan terhubung dengan tangki penampung limbah cair kelapa sawit.
c. Kebutuhan tenaga listrik bahan bakar
Dalam pendirian suatu pabrik, tenaga listrik dan bahan bakar adalah faktor penunjang yang paling penting. Kebutuhan tenaga listrik untuk operasi awal pabrik dapat diperoleh dari Perusahaan Listritk Negara (PLN) wilayah Sumatra Utara. Sedangkan untuk seterusnya pabrik akan menggunakan listrik yang diproduksi sendiri.
d. Kebutuhan air
Air merupakan kebutuhan penting bagi suatu pabrik kimia, baik untuk keperluan proses maupun untuk keperluan lainnya. Sumber air proses dapat diperoleh dengan mengambil air dari air sungai yang ada di daerah Sumatra Utara.
e. Tenaga Kerja
Tenaga kerja merupakan modal untuk pendirian suatu pabrik.
Dengan ditambahnya plant di PTPN III diharapkan dapat menyerap tenaga kerja potensial yang cukup banyak di daerah tersebut. Tenaga kerja di daerah ini meliputi tenaga kerja terdidik maupun tidak terdidik
serta tenaga kerja terlatih maupun tidak terlatih.
1.4 Tinjauan Pustaka
1.4.1 Palm Oil Mill Effluent (POME)
Palm Oil Mill Effluent (POME) merupakan limbah cair yang dihasilkan oleh Pabrik Minyak Kelapa Sawit (PMKS) berasal dari air kondensat pada proses sterilisasi, air dari proses klarifikasi, air hydrocyclone, dan air pencucian. Jumlah air pembuangan tergantung pada system pengolahan, kapasitas olah pabrik dan keadaan peralatan klarifikasi. Limbah cair PMKS mengandung bahan organik yang relatif tinggi dan tidak bersifat toksik karena tidak menggunakan bahan kimia dalam proses ekstraksi minyak.
Tabel 1.1 Komposisi Limbah Cair PMKS
Parameter Nilai
Ph 4
Suhu (oC) 50
BOD (g/l) 21,28
COD (g/l) 34,72
Total nitogen (g/l) 0,041 Padatan tersuspensi (g/l) 31,17 Minyak & lemak kasar (g/l) 0,003075
(www.pphp.deptan.go.id.B3olah limbah keapa sawit)
1.4.2 Biogas
Biogas merupakan gas campuran metana (CH4), karbondioksida (CO2) dan gas lainnya yang didapat dari hasil penguraian material organik seperti kotoran hewan, kotoran manusia, tumbuhan oleh bakteri pengurai metanogen pada sebuah biodigester. Proses penguraian material organik terjadi secara anaerob (tanpa oksigen).
Ada tiga kelompok bakteri yang berperan dalam proses pembentukan biogas, yaitu:
1. Kelompok bakteri fermentatif: Steptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae
2. Kelompok bakteri asetogenik: Desulfovibrio
3. Kelompok bakteri metana: Mathanobacterium, Mathanobacillus, Methanosacaria, dan Methanococcus
Bakteri methanogen secara alami dapat diperoleh dari berbagai sumber seperti: air bersih, endapan air laut, sapi, kambing, lumpur (sludge) kotoran anaerob ataupun TPA (Tempat Pembuangan Akhir).
Selama beberapa tahun, masyarakat pedesaan di seluruh dunia telah menggunakan biodigester untuk mengubah limbah pertanian dan peternakan yang mereka miliki menjadi bahan bakar gas. Pada umumnya, biodigester dimanfaatkan pada skala rumah tangga. Namun tidak menutup kemungkinan untuk dimanfaatkan pada skala yang lebih besar (komunitas). Biodigester mudah untuk dibuat dan dioperasikan. Beberapa keuntungan yang dimiliki oleh biodigester bagi rumah tangga dan
komunitas antara lain:
x Mengurangi penggunaan bahan bakar lain (minyak tanah, kayu, dsb) oleh rumah tangga atau komunitas
x Menghasilkan pupuk organik berkualitas tinggi sebagai hasil sampingan
x Menjadi metode pengolahan sampah (raw waste) yang baik dan mengurangi pembuangan sampah ke lingkungan (aliran air/sungai) x Meningkatkan kualitas udara karena mengurangi asap dan jumlah
karbodioksida akibat pembakaran bahan bakar minyak/kayu bakar x Secara ekonomi, murah dalam instalasi serta menjadi investasi yang
menguntungkan dalam jangka panjang
(www.kamase.org) 1.4.2.1 Langkah-Langkah Pembentukan Biogas
Secara umum, langkah-langkah pembentukan biogas ada 3 yaitu : 1. Hidrolisis
Pada langkah pertama, bahan organik secara enzimatis diuraikan oleh enzim ekstraselular (selulosa, amilase, proteinase, dan lipase) mikroorganisme. Bakteri mendekomposisi rantai panjang karbohidrat, protein dan lemak menjadi bagian yang lebih pendek. Sebagai contoh, polisakarida diubah menjadi monosakarida. Protein dibagi menjadi peptida dan asam amino.
2. Asidifikasi
Bakteri penghasil asam, terlibat dalam langkah kedua,
menkonversi hasil fermentasi menjadi asam asetat (CH3COOH), hidrogen (H2) dan karbon dioksida (CO2). Bakteri ini bersifat anaerobik dan dapat tumbuh di bawah kondisi asam. Untuk menghasilkan asam asetat, mereka membutuhkan oksigen dan karbon.
Untuk ini, mereka menggunakan oksigen larut dalam larutan atau oksigen terikat. Selain itu, bakteri penghasil asam menciptakan suatu kondisi anaerobik yang penting bagi mikroorganisme penghasil metana. Setelah itu, terjadi penguraian senyawa dengan berat molekul yang rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan metana.
3. Pembentukan Metana
Bakteri penghasil metana, terlibat dalam langkah ketiga, mendekomposisi senyawa dengan berat molekul rendah. Sebagai contoh, digunakan hidrogen, karbon dioksida, dan asam asetat untuk membentuk CH4 dan CO2. Di bawah kondisi alami, mikroorganisme penghasil metana bersifat anaerobik dan sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan.
1.4.2.2 Parameter Fermentasi
Pada dasarnya efisiensi produksi biogas sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor meliputi : suhu, derajat keasaman (pH), konsentrasi asam- asam lemak volatil, nutrisi (terutama nisbah karbon dan nitrogen), zat racun, waktu retensi hidrolik, kecepatan bahan organik, dan konsentrasi amonia.
1. Alkalinitas
Alkalinitas limbah cair dapat dihasilkan dari hidrokarbon, karbonat (CO32-
) dan bikarbonat (HCO3-
) yang berikatan dengan kalsium, magnesium, kalium dan amonia. Alkalinitas limbah cair membantu mempertahankan pH agar tidak mudah berubah yang disebabkan oleh penambahan asam. Selain itu, alkalinitas juga mempengaruhi pengolahan zat-zat kimia dan biologi serta dibutuhkan sebagai nutrisi bagi mikroba. Kadar alkalinitas diperoleh dengan menitrasi sampel dengan larutan standar asam dan diperoleh hasil dalam satuan mg/L CaCO3.
2. pH
Konsentrasi ion-hidrogen merupakan kualitas parameter yang penting di dalam limbah cair. pH dapat diartikan sebagai eksistensi dari kehidupan mikroba di dalam limbah cair (biasanya bernilai 6 - 9).
Limbah cair memiliki pH yang sulit diatur karena adanya proses pengasaman pada limbah cair.
3. Nutrisi
Nutrisi bagi pertumbuhan mikroba dalam limbah cair umumnya adalah nitrogen dan fosfor (NP). Untuk mendapatkan sludge yang kecil pada proses anaerobik, maka diperlukan kadar NP yang cukup. Oleh karena itu, penambahan N dan/atau P yang dibutuhkan tergantung dari substrat dan nilai dari SRT (Solid Retention Time). Biasanya jumlah nutrisi yang dibutuhkan seperti NP dan sulfur (S) pada rentang 10-13, 2-
2,6 dan 1-2 mg/100 mg limbah. Namun, agar metanogenesis yang terjadi maksimum, konsentrasi NPK biasanya 50, 10, dan 5 mg/L. Kandungan N dapat diperoleh dari berbagai macam senyawa, salah satunya NH4HCO3(amonium hidrogen karbonat).
4. Logam Terlarut
Logam terlarut sangat penting di dalam proses fermentasi limbah cair, terutama pada proses metanogenesis, karena berfungsi sebagai nutrisi penting bagi pertumbuhan mikroba. Kandungan logam terlarut yang direkomendasikan pada pengolahan limbah cair seperti besi, kobalt, nikel dan seng adalah 0,02; 0,004; 0,003 dan 0,002 mg/g produksi asam asetat. Sedangkan kadar logam terlarut yang direkomendasikan per liter reaktor adalah 1 mg FeCl2; 0,1 mg CaCl2; 0,1 mg NiCl2; dan 0,1 mg ZnCl2. Penambahan logam-logam ini meningkatkan aktifitas mikroba dan sangat menguntungkan pada proses anaerobik untuk limbah cair.
(Burton, 2003) 1.4.2.3 Fermentasi Anaerobik
Fermentasi anaerob berarti selama proses fermentasi tidak ada udara yang masuk di dalam reaktor. Fermentasi anaerob memiliki beberapa keuntungan dan kerugian, yang ditunjukkan pada tabel 1.2:
Tabel 1.2 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik
No Keuntungan Kerugian
1. Energi yang dibutuhkan sedikit Membutuhkan waktu pembiakan yang lama 2. Produk samping yang dihasilkan sedikit Membutuhkan
penambahan senyawa alkalinity
3. Nutrisi yang dibutuhkan sedikit Tidak mendegradasi senyawa nitrogen dan fosfor
4. Dapat menghasilkan senyawa methana yang merupakan sumber energi yang potensial
Sangat sensitif terhadap efek dari perubahan temperatur
5. Hanya membutuhkan reaktor dengan volume yang kecil
Menghasilkan senyawa yang beracun seperti H2S.
(Burton, 2003) 1.4.2.4 Macam – macam Proses Pembuatan Biogas
Macam – macam proses pembuatan biogas ada tiga, yaitu : 1. Proses Phsycrophillic
Proses pembuatan biogas secara Phsycrophilic berjalan pada suhu rendah yaitu 10 oC. Bakteri yang bekerja pada proses ini ditemukan di daerah subtropis
2. Proses Mesophillic
Proses pembuatan biogas secara Mesophillic berlangsung pada suhu 10- 50oC. Bakteri yang bekerja pada proses ini ditemukan di daerah tropis 3. Proses Thermophilic
Proses pembuatan biogas secara Thermophilic berlangsung pada suhu 50- 80oC. Bakteri yang bekerja pada proses ini ditemukan di daerah tambang minyak yang berasal dari perut bumi
(www.uwityangyoyo.com) 1.4.2.5 Pemilihan Proses
Proses yang dipilih dalam pembuatan biogas pada pabrik ini adalah proses Mesophillic. Pemilihan proses ini didasarkan pada kondisi iklim di Indonesia. Indonesia merupakan daerah yang beriklim tropis, sehingga cocok untuk proses pembuatan biogas secara Mesophillic.
1.4.2.6 Kegunaan Produk
Komponen utama dari biogas adalah metana (CH4) sehingga dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif. Contohnya untuk bahan bakar memasak dan pembangkit listrik. Selain itu limbah dari pembuatan biogas dapat digunakan sebagai pupuk organik baik cair maupun padat.
1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia 1.4.3.1 Bahan Baku
Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit
Karakteristik Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit :
Parameter : Nilai
pH : 4
Suhu (oC) : 50
BOD (g/l) : 21,28
COD (g/l) : 34,72
Total nitogen (g/l) : 0,041 Padatan tersuspensi (g/l) : 31,17 Minyak & lemak kasar (g/l) : 0,003075
(www.pphp.deptan.go.id.B3olah limbah kelapa sawit) 1.4.3.2 Produk
Karakteristik kandungan Biogas a. Gas Metana (CH4)
x Berat molekul : 16,04 g/mol x Titik didih : -161,4 oC x Titik leleh : -182,6 oC x Spesific gravity : 0,415-164
(Perry, 1997) x Reaksi pembakaran sempurna gas metana menghasilkan gas karbon
dioksida dan uap air
CH4+ O2 CO2+ H2O
x Reaksi halogenasi gas metana menghasilkan klorometan dan HCl CH4+ Cl2 CH3Cl + HCl
(Fessenden, 1989) b. Gas Karbon Dioksida (CO2)
x Berat molekul : 44,01 g/mol x Titik didih : -78,5 oC
x Titik leleh : -56,6 oC pada 5,2 atm
(Perry,1997) x Karbon dioksida bereaksi dengan natrium hidroksida membentuk
natrium karbonat
NaOH + CO2 Na2CO3+ H2O
(Vogel,1985) c. Gas Hidrogen Sulfida (H2S)
x Berat molekul : 34,08 g/mol x Titik didih : -59,6 oC x Titik leleh : -82,9 oC
(Perry,1997) x Merupakan reduktor dalam reaksi redoks
x Reaksi antara H2S dengan HNO3membentuk endapan belerang dan gas NO serta H2O
3H2S + 2HNO3 3S + 2NO + 4H2O
(Vogel,1985) d. Gas Ammonia (NH3)
x Berat molekul : 17,032 x Titik didih : -33,35 oC x Titik beku : -77,7 oC x Kelarutan dalam air, % berat
Pada 0oC : 42,8 Pada 20oC : 33,1 Pada 40oC : 23,4 Pada 60oC : 4,1 x Specific grafity
Pada -40oC : 0,69 Pada 0oC : 0,63 Pada 4oC : 0,58
x Amonia mengalami disosiasi mulai pertama kali pada 450-500oC dan tekanan 1 atm
x Oksidasi NH3pada suhu tinggi akan menghasilkan N2dan air 2NH3+ KMnO2 2KOH + 2MnO2+ 2H2O + N2
x Amonia dengan klorin dapat dianggap reaksi oksidasi 2NH3+ 2 Cl2 N2+ 6NH4Cl
(Perry, 1997)
1.4.3.3 Bahan Pembantu 1.4.3.3.1 Ferro Klorida (FeCl2)
x Berat molekul : 126,7 gr/mol x Titik lebur : 677 oC
x Kelarutan dalam air : 64,4 gr/100 ml pada 10 oC 105,7 gr/100 ml pada 100 oC
x Densitas : 3,16 gr/cm3
x Agen flokulan dalam pengolahan air limbah buangan x Tidak larut dalam tetrahidrofuran
x Merupakan padatan paramagnetik
(www.wikipedia.com) 1.4.3.3.2 Natrium Bikarbonat (NaHCO3)
x Berat molekul : 84,0079 gr/mol x Titik lebur : 500 C (323 K) x Densitas : 2,159 gr/cm3
x Kelarutan dalam air : 7,89 g / 100 ml pada 180 C x Tingkat kebasaan (pKb) : -2,43
x Berwarna padatan putih
x Merupakan senyawa ampoterik x Bersifat endotermis
(www.wikipedia.com)
1.4.3.3.3 Urea (H2NCONH2)
x Berat molekul : 60,07 gr/mol x Titik lebur : 132,7- 135 0C x Densitas : 1,323 gr/cm3
x Kelarutan dalam air : 108 gr/100 ml pada 20 0C 733 gr/100 ml pada 100 0C x Tingkat keasaman (pKa) : 0,18
x Tingkat kebasaan (pKb) : 13,82 x Berupa padatan berwarna putih x Kristal berbentuk prismatik
(www.wikipedia.com)
BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku
Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit
Karakteristik Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit :
Parameter : Nilai
Ph : 4
Suhu (oC) : 50
BOD (g/l) : 21,28
COD (g/l) : 34,72
Total nitogen (g/l) : 0,041 Padatan tersuspensi (g/l) : 31,17 Minyak & lemak kasar (g/l) : 0,003075
(www.pphp.deptan.go.id.B3olah limbah kelapa sawit) 2.1.2 Spesifikasi Produk
Karakteristik Biogas
x Berat Molekul : 26,763 kg/kgmol
x Komposisi :
CH4 = 54,31 % CO2 = 37, 81 % H2S = 0,42 %
NH3 = 7,46 %
x Densitas :1,06 kg/m3 2.2 Spesifikasi Bahan Pembantu
2.2.1 Ferro Klorida (FeCl2) Karakteristik FeCl2:
x Berat molekul : 126,7 gr/mol
x Kemurnian : 98,5 %
x Impuritas : 1,5 % H2O
(www.alibaba.com) 2.2.2 Natrium Bikarbonat (NaHCO3)
Karakteristik NaHCO3:
x Berat molekul : 84,0079 gr/mol
x Kemurnian : 99,975 %
x Impuritas : 0,005 % K
0,02 % Ca 2.2.3 Urea (H2NCONH2)
Karakteristik H2NCONH2:
x Berat molekul : 60,07 gr/mol
x Kemurnian : 46,2 % N
(www.alibaba.com)
2.3 Tinjauan Proses
Proses pembuatan biogas adalah proses fermentasi anaerobik dengan bahan baku limbah cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit yang difermentasikan dalam Reaktor Tangki Berpengaduk (RTB) pada kondisi anaerob pada suhu 35 – 55 OC, tekanan 1 atm. Reaksi yang terjadi dalam pembentukan biogas :
C13H25O7N3S + 6 H2Oĺ 6,5 CH4+ 6,5 CO2+ 3 NH3+ H2S
(Deublin, 2008) 2.3.1 Tinjauan Termodinamika
Tinjauan secara termodinamika digunakan untuk mengetahui sifat reaksi (eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible/irreversible).
Untuk menentukan reaksi eksotermis atau endotermis, panas reaksi dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar (¨+Io) pada P = 1 atm dan T = 25oC.
Tabel 2.1 Harga ¨+Iodan¨*Io
Komponen ¨+Io, kJ/mol ¨*Io, kJ/mol
CH4 -74,85 -50,490
CO2 -393,5 -394,370
NH3 - 45,900 -45,898
H2S -20,600 -33,440
C13H25O7N3S - 1.412,090 -50,490
H2O -241,800 -228,590
(Perry, 1997)
Pada proses pembentukan biogas terjadi reaksi berikut :
C13H25O7N3S + 6 H2Oĺ 6,5 CH4+ 6,5 CO2+ 3 NH3+ H2S i. Panas reaksi standar (¨+Uo)
¨+Uo=¨+Ioproduk -¨Hforeaktan
¨+Uo= (6,5.¨+IoCH4+ 6,5.¨+IoCO2+ 3.¨+IoNH3+ 1.¨+Io H2S) – (1.¨+IoC13H25O7N3S + 6.¨+IoH2O)
¨+Uo= [6,5.(-74,85) + 6,5.( -393,500) + 3.( - 45,900) + 1.(-20,600)] – [1.(-1.412,090) +6(-241,800)]
¨+Uo= -393,685 kJ/mol
Karena¨+Uobernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.
ii. Konstanta kesetimbangan (K) pada keadaan standar 'Gfo= - RT ln K
Dimana:
'Gfo : Energi Gibbs pada keadaan standar , J/mol
¨+Uo: Panas reaksi, J/mol K : Konstanta Kesetimbangan T : Suhu standar =298 K
R : Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K sehingga'Godari reaksi tersebut adalah : 'Gfo ='Gfoproduk-'Gforeaktan
= (6,5.'Gfo
CH4 + 6,5.'Gfo
CO2 + 3.'Gfo
NH3 +
1.'Gfo
H2S) – (1.'Gfo
C13H25O7N3S + 6.'Gfo
H2O)
= [6,5.(-50,490) + 6,5.(-394,370) + 3.(-45,898) +1.( - 33,440) ] – [ 1.( -50,490) + 6.(- 228,590)]
= - 8,14 x 102kJ/mol
= - 8,14 x 105J/mol
RT K ǻ*I
ln
o
298 =
K 298 . J/mol.K 8,314
J/mol 10
8,14u 5
= 328,3836
K298 = 4,1227E+142
iii. Konstanta kesetimbangan (K) pada T = 35oC = 308 K
¸¸¹
·
¨¨©
§
1 2 0
1 2
T 1 T
1 R ǻ+U K
lnK
¸¸¹
·
¨¨©
§
1 2 0 1
2 T
1 T
1 R exp ǻ+U
K K
Dengan :
K1 = Konstanta kesetimbangan pada 298 K K2 = Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi T1 = Suhu standar (25oC = 298 K)
T2 = Suhu operasi (35oC = 308 K) R = Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K
¨+Uo= Panas reaksi standar pada 298 K
»¼
« º
¬ ª
¸¸¹
·
¨¨©
§
298K
1 K 308
1 J/mol.K 8,314
J/mol 393,685 exp
142 1227
,
2 4 E
K
K2 = 4,8079E+140
Karena harga konstanta kesetimbangan K>>1, maka reaksi berlangsung searah, yaitu ke kanan (irreversible).
2.3.2 Tinjauan Kinetika Reaksi
Model Monod dapat digunakan untuk tinjauan kinetika pada proses fermentasi anaerobik. Model matematika ini dapat ditunjukkan sebagai berikut:
Cs K
Cs
s m
P u P
Dimana : P = kecepatan spesifik pertumbuhan mikroorganisme (/jam) Pm = kecepatan spesifik maksimum pertumbuhan
mikroorganisme (/jam); 0,014583 (/jam) Cs = konsentrasi substrat (g/l)
Ks = konstanta Monod (g/l); 0,16 g/l (pada suhu 35OC)
(Burton, 2003) Kecepatan pertumbuhan mikroorganisme dapat ditulis dengan rumus:
Cc rg Pu
Dimana : rg = kecepatan pertumbuhan mikroorganisme (g/l.jam) Cc = konsentrasi sel (g/l)
(Fogler, 2008) Untuk menghitung kecepatan pembentukan biogas maka bisa diasumsi kecepatan pembentukan biogas = kecepatan pertumbuhan mikroorganisme.
Sehingga didapat rumus sebagai berikut:
s s
c s m
C K
C rg C
ra
u
P u
) 1 (
) 1 (
X C
K
C X ra C
AO s
c AO
m
u
P u
Dari rumus diperoleh –ra = 0,3334 g/l.jam -ra = k CA
Dengan data-data tersebut di atas, maka niai k dapat dihitung.
Waktu reaksi:
t = 80,8874 jam
2.4 Deskripsi Alir Proses dan Tahapan Proses 2.4.1 Diagram Alir Proses
³
x
A ra
C dx t
0 0
³
u
x
A s
A m A
x C
K
x C
ra C dx t
0
0 0 0
) 1 (
) 1 (
³
ux
A m
A
A dx
x C ra
x C C Ks
t
0 0
0
0 (1 )
) 1 (
»¼ º
«¬ ª
u
³
³
x x
m A
m s
A ra
dx x
C ra
dx C K
t
0 0 0
0
1 ) 1 (
»¼
« º
¬
ª
3499 , 0
8965 , 0 9075
, 10
16 , 0 ) 8965 , 0 1 17 ln(
, t 31
»¼
« º
¬ ª
u
m A
m s
A ra
x C
ra K C x
t
0 0
) 1 ln(
Diagram alir prarancangan pabrik biogas dari limbah cair pengolahan kelapa sawit, Palm Oil Mill Effluent (POME) dapat ditunjukan dalam dua macam, yaitu :
a. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.1 ) b. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.2 )
7
$%6 5(*
0
5 7
$%6 5(*
77
*DPEDU'LDJUDP$OLU.XDOLWDWLI3HPEXDWDQ%LRJDVGDUL3DOP2LO0LOO(IIOXHQW 320(
R& DWPR& DWPR& DWP
R& DWP
R& DWP
R& DWP R& DWP
R& DWP R& DWP .HWHUDQJDQ 77DQJNL3HQDPSXQJ 77DQJNL3HQDPSXQJ 77DQJNL3HQDPSXQJ 77DQJNL3HQDPSXQJ 77DQJNL3HQDPSXQJ 00L[HU 55HDNWRU $%6$EVRUEHU $%6$EVRUEHU 5(*6WULSHU 5(*6WULSHU
R& DWP
R& DWP
R& DWP R& DWP
7
R& DWP
R& DWP R& DWPR& DWPR& DWPR& DWP R& DWP
2.4.2 Tahapan Proses
2.4.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku
Bahan baku limbah cair hasil pengolahan kelapa sawit (Palm Oil Mill Effluent, POME) disimpan pada fase cair dengan suhu 35oC dan tekanan 1 atm dalam tangki penyimpanan (T-01). Natrium bicarbonat (NaHCO3) disimpan pada fase padat dengan suhu 35oC dan tekanan 1 atm dalam silo penyimpanan bahan baku (S-01). Sedangkan urea (CO(NH2)2) dan Fero klorida (FeCl2) drum penyimpanan.
Bahan baku POME diperoleh dari unit pengolahan kelapa sawit milik PTPN III Torgamba Kabupaten Labuhan Batu Sumatra Utara.
Natrium bicarbonat (NaHCO3) diperoleh dari suplier VWR Singapore Pte Ltd 18 Gul Drive Singapore 629468, Indonesia dengan kemurnian 99,975
%. Kebutuhan FeCl2diperoleh dari suplier Jiangyin Yujie Environmental Protection Technology Co., Ltd dengan kemurnian 98,5 % dan kebutuhan urea (CO(NH2)2) diperoleh dari PT. Suplindo88, Medan, Sumatra Utara dengan kandungan N2sebanyak 46,2 %.
2.4.2.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku
Pada tahap ini bertujuan untuk menyiapkan bahan baku limbah cair hasil pengolahan pabrik kelapa sawit (POME), natrium bicarbonat (NaHCO3), fero klorida (FeCl2), urea (CO(NH2)2) dan inokulum. Natrium bicarbonat yang berfungsi sebagai alkalinity untuk menetralkan limbah cair POME karena proses fermentasi berlangsung dengan baik dalam pH 6-8, dari S-01 diangkut menggunakan belt conveyor (BC-01) menuju
mixer (M-01) , untuk dilarutkan dengan POME yang dipompa dari tangki penyimpan (T-01). POME yang telah dinetralkan dengan natrium bikarbonat (NaHCO3) kemudian dipompakan ke tangki penyimpan (T-02) 2.4.2.3 Tahap Pembentukan Produk
Limbah cair, POME (Palm Oil Mill Effluent) yang telah dinetralkan pH-nya dari tangki penyimpan T-02 kemudian dipompakan menuju reaktor (R-01). Ke dalam reaktor juga ditambahkan inokulum dan nutrisi FeCl2 dan CO(NH2)2.. Fermentor yang digunakan adalah jenis tangki batch berpengaduk dengan suhu operasi 35OC dengan hydraulic retention time 4 hari. Reaksi pembentukan biogas dalam reaktpr:
C13H25O7N3S + 6 H2O ĺ&+4+ 3 NH3+ H2S + 6,5 CO2
Dari proses fermentsi limbah cair hasil pengolah kelapa sawit dihasilkan gas CH4, CO2, NH3dan H2S. Sedangkan sisa proses fermentasi sebagian ditinggal di dalm reaktor (sebagai inokulum) dan sisanya dianfaatkan sebagai pupuk organik cair yang dialirkan ke tangki penyimpan T-03.
2.4.2.3 Tahap Pemurnian Biogas
Komposisi biogas yang dihasilkan adalah gas metana (CH4) 38,3827 %, karbon dioksida (CO2) 38,1762 %, ammonia (NH3) 17,5807 % dan hidrogen sulfida (H2S) 5,8604 %. Untuk memperoleh biogas dengan kadar CH4 tinggi, campuran ini dimurnikan dengan menggunakan 2 absorber. Absorber pertama ABS-01 berfungsi untuk menyerap CO2 dan H2S menggunakan larutan amine MDEA 48,9 %. Biogas diumpankan
pada kolom absorber pada suhu 35 oC dan tekanan 1 atm. Gas masuk dari bagian bawah absorber sedangkan larutan amine MDEA 48,9 % masuk melalui bagian atas menara pada suhu 35oC. Larutan amine yang kaya CO2keluar dari bagian bawah absorber diumpankan ke regenerator larutan amine (REG-01). Pada regenerator MDEA ditambahkan steam yang berfungsi untuk memanaskan larutan amine. Gas CO2 dan uap air akan keluar dari bagian atas regenerator. Gas yang keluar dari kolom regenerator akan di dibuang ke atmosfer sedangkan larutan amine yang sudah bersih dari CO2 keluar dari bagian bawah kolom regenerator dialirkan pada alat penukar panas untuk didinginkan dan kemudian diumpankan lagi ke kolom absorber (ABS-01).
Biogas yang telah dimurnikan dari CO2 dan H2S diumpankan ke absorber -02 (ABS-02) untuk dipisahkan dari kandungan NH3 dengan menggunakan air (H2O) sebagai penyerap. Air dialirkan dari bagian atas kolom absorber pada suhu 35oC. Air yang kaya NH3 keluar dari bagian bawah absorber kemudian dialirkan ke regenerator - 02 (REG-02) pada bagian atas. Pada regenerator dialirkan udara dengan ratio udara: air = 21.000 m3/m3. Udara dimasukkan ke regenerator (REG-02) pada suhu 35oC dan tekanan 1 atm. Air yang telah dibersihkan dari NH3keluar dari bagian bawah regenerator kemudian dialirkan lagi ke kolom absorber untuk menyerap NH3dari biogas. Biogas yang telah dimurnikan dari NH3 dialirkan ke tangki penampungan biogas (T-05). Komposisi biogas yang dihasilkan setelah proses pemurnian adalah 79,85 % CH4,15,88 % CO2,
0,61 % H2S dan 3,66 % NH3.
2.5 Neraca Massa dan Neraca Panas
Produk = Biogas 54,31 % CH4
Kapasias perancangan = 1.312.000 m3/tahun Satu tahun produksi = 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari = 24 jam 2.5.1 Neraca Massa
2.5.1.1 Neraca Massa Tiap Alat
a. Neraca Massa pada Mixer (M-01)
Tabel 2.2 Neraca Massa pada Mixer (M-01)
Komponen Arus masuk (kg/jam) Arus keluar (kg/jam)
1 2 3
N2 0,2947 0,0000 0,2947
C13H25O7N3S 224,0519 0,0000 224,0519
Minyak dan lemak 0,0221 0,0000 0,0221
H2O 7.069,6313 0,0000 7.069,6313
NaHCO3 0,0000 27,6608 27,6608
K 0,0000 0,0014 0,0014
Ca 0,0000 0,0055 0,0055
Total
7.294,0000 27,6677 7.347,5701
7.321,6677 7.321,6677
b. Neraca Massa pada Reaktor – 01 (R-01) Tabel 2.3 Neraca Massa pada Reaktor -01 (R-01)
Komponen Arus asuk (kg/batch) Arus keluar (kg/batch)
4 5 6 7 8
CO2 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 3.754,0335
CH4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1.368,3755
NH3 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 670,2183
H2S 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 446,3923
N2 7,0731 0,0000 0,0000 7,0731 0,0000
C13H25O7N3S 5.377,2448 0,0000 0,0000 556,7700 0,0000 Minyak & lemak 0,5304 0,0000 0,0000 0,5304 0,0000
H2O 169.671,1493 0,0024 0,0000 168.252,6095 0,0000
NaHCO3 663,8598 0,0000 0,0000 663,8598 0,0000
FeCl2 0,0000 0,1725 0,0000 0,0000 0,0000
CO(NH2)2 0,0000 0,0000 3,3607 0,0000 0,0000
K 0,0332 0,0000 0,0000 0,0332 0,0000
Ca 0,1328 0,0000 0,0000 0,1328 0,0000
Total
175.720,0234 0,1749 3,3607 169.484,5419 6.239,0196
175.723,5616 175.723,5616
c. Neraca Massa pada Absorber (ABS-01)
Tabel 2.4 Neraca Massa pada Absorber -01 (ABS-01)
Komponen
Arus Masuk (kg/jam) Arus Keluar (kg/jam)
9 11 10 12
CH4 57,0156 0,0000 57,0156 0,0000
CO2 156,4181 0,0000 31,2836 0,0000
H2S 18,5997 0,0000 0,9300 0,0000
NH3 27,9258 0,0000 27,9258 0,0000
MDEA 0,0000 1.161,9222 0,0000 761,7524
HS- 0,0000 0,0000 0,0000 17,1461
MDEAH+ 0,0000 0,0000 0,0000 403,5594
HCO3-
0,0000 0,0000 0,0000 173,4936
H2O 0,0000 1.220,0356 0,0000 1.168,8104
Total
259,9592 2.381,9577 117,1550 2.524,7619
2.641,9169 2.641,9169
d. Neraca Massa pada Regenerator -01 (REG-01)
Tabel 2.5 Neraca Massa pada Regenerator -01 (REG-01)
Komponen
Arus Masuk (kg/jam) Arus Keluar (kg/jam)
12 13 11 14
CH4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
CO2 0,0000 0,0000 0,0000 122,6318
H2S 0,0000 0,0000 0,0000 17,3163
NH3 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
MDEA 761,7524 0,0000 1.153,9188 0,0000
HS- 17,1461 0,0000 0,3429 0,0000
MDEAH+ 403,5594 0,0000 8,0712 0,0000
HCO3-
173,4936 0,0000 3,4699 0,0000
H2O 1.168,8104 1.607,6113 1.216,1550 1.610,4674
Total
2.524,619 1.607,6113 2.381,9577 1.750,4155
4.132,3732 4.132,3732
e. Neraca Massa pada Absorber -02 (ABS-02)
Tabel 2.6 Neraca Massa pada Absorber -02 (ABS-02)
Komponen
Arus Masuk (kg/jam) Arus Keluar (kg/jam)
10 22 15 16
CH4 57,0156 0,0000 57,0156 0,0000
CO2 31,2836 0,0000 31,2836 0,0000
NH3 27,9258 0,2434 2,7926 25,3766
H2S 0,9300 0,0000 0,9300 0,0000
H2O 0,0000 182,2806 0,0000 182,2806
Total
117,1550 182,5240 92,0218 207,6571
299,6790 299,6790
f. Neraca Massa pada Regenerator -02 (REG-02)
Tabel 2.7 Neraca Massa pada Regenerator -02 (REG-02)
Komponen
Arus Masuk (kg/jam) Arus Keluar (kg/jam)
16 19 22 20
CH4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
CO2 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
NH3 25,3766 0,0000 0,2538 25,1228
H2S 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
N2 0,0000 328,2296 0,0000 328,2296
O2 0,0000 99,6659 0,0000 99,6659
H2O 182,2806 0,0000 182,2806 0,0000
Total
207,6571 427,8956 182,5343 453,0184
635,5527 635,5527
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
2.5.2 Neraca Panas
2.5.1.2 Neraca Panas Tiap Alat
a. Neraca Panas pada Mixer (M-01)
Tabel 2.9 Neraca Panas pada Mixer (M-01)
Komponen Input (kJ/jam)
Output (kJ/jam)
Q1 Q2 Qs Q3
C13H25O7N3S 13.795,1978 0,0000 0,0000 298,4085 H2O 296.132,4390 0,0000 0,0000 13.795,1978 NaHCO3 0,0000 69,7878 5669,4600 301.573,2740
K 0,0000 0,0113 0,0000 0,0115
Ca 0,0000 0,0660 0,0000 0,0672
Total 315.666,9591 315.666,9591
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
b. Neraca Panas pada Reaktor (R-01)
Tabel 2.10 Neraca Panas pada Reaktor -01 (R-01)
Komponen Panas Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q4 Q5 Q6 Qr Q8 Q7
CO2 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 2250,1512 0,0000
CH4 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 2133,6158 0,0000
NH3 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 971,6519 0,0000
H2S 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 307,3257 0,0000
C13H25O7N3S 4.478,30 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 51,3517 H2O 296.068,89 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 480567,7705
NaHCO3 333,765 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 333,7649
FeCl2 0,0000 0,0775 0,0000 0,0000 0,0000 0,1265
K 0,0113 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0180
Ca 0,0660 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,1080
CO(NH2)2 0,0000 0,0000 3,8163 0,0000 0,0000 6,1604
Panas reaksi 0,0000 0,0000 0,0000 185.737 0,0000 0,0000
Total
300.881,03 0,0775 3,8163 185.737 5.662,7446 480.959,3
486.622,0446 486.622,0446
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
c. Neraca Panas pada Absorber -01 (ABS-01)
Tabel 2.11 Neraca Panas pada Absorber -01 (ABS-01)
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q9 Q11 Qr Q10 Q12
CH4 1.301,3077 0,0000 0,0000 3.798,1848 0,0000
CO2 1.371,8786 0,0000 0,0000 1.198,1071 0,0000
NH3 591,9011 0,0000 0,0000 28,6772 0,0000
H2S 187,4121 0,0000 0,0000 1.629,2604 0,0000
H2O 0,0000 50.337,6460 0,0000 0,0000 139.708,34
C5H13NO2 0,0000 29.356,4338 0,0000 0,0000 58.794,60 HCO3-
0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 13.056,23
HS- 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1.363,88
C5H13NO2H+ 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 26.740,97 panas reaksi 0,0000 0,0000 1.214,1528 0,0000 0,0000
Total
3.452,4995 79.694,0797 1.214,1528 6.654,2294 198.502,94
205.157,1741 205.157,1741
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
d. Neraca Panas pada Absorber -02 (ABS-02)
Tabel 2.12 Neraca Panas pada Absorber -02 (ABS-02)
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q10 Q22 Qs Q15 Q16
CH4 1.301,308 0,0000 0,0000 1.370,1378 0,0000
CO2 411,564 0,0000 0,0000 384,2480 0,0000
NH3 591,901 4,0166 0,0000 112,3049 476,9320
H2S 9,371 0,0000 0,0000 9,3639 0,0000
H2O 0,0000 7.910,6835 0,0000 0,0000 7.900,6998
panas pelarutan 0,0000 0,0000 24,8429 0,0000 0,0000
Total
2.314,1432 7.914,7000 24,8429 1.876,0546 8.377,6318
10.253,6860 10.253,6860
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
e. Neraca Panas pada Regenerator -01 (REG-01)
Tabel 2.13 Neraca Panas pada Regenerator -01 (REG-01)
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q12 Q13 Qr Q11 Q14
H2O (g) 0,0000 373.613,5200 0,0000 0,0000 213.261,1200
H2S 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1.323,5770
CO2 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 7,244,0380
H2O (l) 139.708,3431 0,0000 0,0000 170.432,1941 0,0000 C5H13NO2
58.794,6016 0,0000 0,0000 100.395,9582 0,0000
HCO3-
13.056,2318 0,0000 0,0000 325,1752 0,0000
HS-
1.363,8771 0,0000 0,0000 32,4835 0,0000
C5H13NO2H+
26.740,9698 0,0000 0,0000 6311,6851 0,0000
panas reaksi 0,0000 0,0000 119.570,3830 0,0000 0,0000
Total
239.664,0234 373.613,5200 119.570,3830 271.817,4961 246.600,4710
613.277,5445 613.277,5445
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
f. Neraca Panas pada Regenerator -02 (REG-02)
Tabel 2.14 Neraca Panas pada Regenerator -02 (REG-02)
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q16 Q19 Qs Q17 Q20
N2 0,0000 3.530,5622 0,0000 0,0000 3.499,6106
O2 0,0000 951,9282 0,0000 0,0000 1.138,0976
NH3 476,9320 0,0000 0,0000 4,6665 461,9855
H2O 7.9100,7000 0,0000 0,0000 7.731,1664 0,0000
panas penguapan 0,0000 0,0000 24,5957 0,0000 0,0000
Total
8.377,6318 4.482,4904 24,5957 7.735,8329 5.099,6937
12.860,1222 12.860,1222
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
g. Neraca Panas Total
Tabel 2.15 Neraca Panas total
Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)
Q1 309927,6368 0,0000
Q2 69,8652 0,0000
Q5 0,0775 0,0000
Q6 3,8163 0,0000
Q7 0,0000 480.954,2217
Q15 0,0000 1.876,0550
Q19 4.482,4904 0,0000
Q21 13.423,1568 0,0000
Q23 0,0000 13.414,8136
Qreaksi 185.737,0532 0,0000
Qreaksi pada absorber 122.010,5948 0,0000
Qreaksi pada striper 0,0000 119.570,3830
Q air pendingin 0,0000 191.444,0194
Qabsorbsi NH3 24,8429 0,0000
Qabsorbsi NH3pd striper 0,0000 12.860,1222
Total 635.654,6911 615.815,4732
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
2.6 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses 2.6.1. Lay Out Pabrik
Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja dari para karyawan serta keselamatan proses.
Pada prarancangan pabrik ini, tata letak dari pabrik dapat dilihat pada Gambar 2.3. Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik ini adalah (Vilbrandt, 1959) : 1. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa
mendatang.
2. Fakor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas, bahan yang mudah meledak dan jauh dari asap atau gas beracun.
3. Sistem konstruksi yang direncanakan adalah outdoor unutk menekan biaya bangunan dan gedung, dan juga iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara outdoor.
4. Lahan terbatas sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian pengaturan ruangan/lahan.
Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu (Vilbrandt, 1959) :
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
1. Daerah administrasi/perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol
Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual.
2. Daerah proses
Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.
3. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk
Merupakan daerah untuk tempat bahan baku dan produk.
4. Daerah gudang, bengkel dan garasi
Merupakan daerah yang digunakan untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.
5. Daerah utilitas
Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
Gambar 2.3 Lay Out Pabrik
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
2.6.2 Lay Out Peralatan Proses
Lay out peralatan proses adalah tempat dimana alat-alat yang digunakan dalam proses produksi. Tata letak peralatan proses pada prarancangan pabrik ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik biogas, antara lain (Vilbrandt, 1959) :
1. Aliran udara
Aliran udara di dalam dan di sekitar peralatan proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.
2. Cahaya
Penerangan sebuah pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.
3. Lalu lintas manusia
Dalam perancangan lay out peralatan perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dengan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki.
Keamanan pekerja selama menjalankan tugasnya juga diprioritaskan.
4. Pertimbangan ekonomi
Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.
5. Jarak antar alat proses
Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan.
Kapasitas 1.312.000 m
3/tahun
BAB III
SPESIFIKASI ALAT PROSES
3.1 Mixer
Kode : M-01
Fungsi : Melarutkan NaHCO3 dengan POME (Palm Oil Mill Effluent)
Tipe : Tangki vertikal berpengaduk Kondisi operasi
- Tekanan - Suhu
: 1 atm : 35oC Spesifikasi pengaduk
- Jenis pengaduk - Diameter - Kecepatan - Daya
: Turbin 6 blade dengan 4 baffle : 0,383 m
: 55 rpm : 1 hp
- Material : Carbon Steel SA 283 Grade C Diameter mixer : 1,150 m
Bentuk head : Torispherical dished head Tebal head : 0,005 m
Tinggi head : 0,246 m Tinggi total mixer : 1,641 m
