PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN
STATIC IN-LINE MIXER TERHADAP
PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT
SKALA PILOT PLANT
SKRIPSI
Oleh
Juliananta Sitepu
080405060
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2013
PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN
STATIC IN-LINE MIXER TERHADAP
PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT
SKALA PILOT PLANT
SKRIPSI
Oleh
Juliananta Sitepu
080405060
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2013
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN STATIC IN-LINE MIXER TERHADAP PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SKALA
PILOT PLANT
yang dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, Agustus 2013
Juliananta Sitepu NIM 080405060
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Laju Alir Volumetrik Umpan Static In-Line Mixer Terhadap Performance Bioreaktor Pada Pembuatan Biogas Dari Limbah Cair Kelapa Sawit Skala Pilot Plant”, berdasarkan hasil penelitian yang
penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini:
Penelitian ini dapat diaplikasikan dalam skala pabrik untuk mengurangi biaya pada penggunaan alat pencampur.
Penelitian ini bermanfaat bagi lingkungan dalam pengolahan limbah cair kelapa sawit yang membahayakan biota air di lingkungan masyarakat
Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam jurnal yang berjudul “Pengaruh Distribusi Temperatur Umpan Masuk Static In-Line Mixer Terhadap
Performance Bioreaktor Pada Pembuatan Biogas Dari Limbah Cair Kelapa
Sawit Skala Pilot Plant” di Departemen Teknik Kimia.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada:
1. Ir. Bambang Trisakti, M.Si selaku Dosen Pembimbing 2. Metawater Co. Ltd. – Jepang sebagai Penyandang Dana. 3. Mr. Yoshimasa Tomiuchi dari Metawater Co.Ltd.
iv
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Agustus 2013
Penulis
Juliananta Sitepu
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Orang tua penulis, Bapak dan Mamak yang telah memberikan bantuan baik moril maupun materil bagi penulis.
2. Saudari penulis, Ade floren sia br sitepu yang telah memberi semangat dan saran dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Rekan-rekan LPPM Comunity, Bang Zoeladi, Alfy, Dedy, Basril, Jhon
Almer, Riki Handoko, ST, Elton J.M.S, ST, Febriansyah, ST, dan Vandi, ST.
4. Teman Sejawat terutama stambuk 2008, adik dan abang/kakak senior Teknik Kimia yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Juliananta Sitepu NIM: 080405060
Tempat / Tanggal Lahir: Turangi / 27 Juli 1990 Nama Orang Tua: Paruliaan Batin Sitepu
Alamat Orang Tua: Lingk VII BANTEN P.KUALA,Kec Kuala
Asal Sekolah
SD Methodist Kuala Tahun 1996 – 2002
SMP Negeri 1 Kuala 2002 – 2005
SMA Negeri 1 Kuala Tahun 2005 – 2008 Pengalaman Organisasi / Kerja
1. HIMATEK FT-USU periode 2011 – 2012 sebagai Angoota Bidang Sosial & Rohani
ABSTRAK
Potensi Indonesia sebagai negara produsen CPO terbesar kedua didunia sangatlah menjanjikan dalam industri biogas. Hal ini disebabkan potensi dari POME (Palm Oil Mill Effulent)yang merupakan limbah cair dari kolam fat fit yang dapat di diproduksi menjadi biogas. Produksi biogas pada kondisi thermofilik anaerobik dengan recyle 34% dilakukan dalam empat tangki utama yaitu tangki preparasi,tangki pencampur(mencampur POME keluaran tangki preparasi dengan recyle), bioreaktor dan tangki pengendapan(gravity thickner). Tanki pencampur biasanya terdiri dari satu buah tangki besar dan motor pengaduk serta agitator. Dimana untuk setiap kapasitas yang diolah tentu membutuhkan ukuran tangki, jenis motor dan agitator yang sedikit berbeda. Hal ini sedikit kurang efisien jika ditinjau dari sisi proses, dimana proses itu sendiri harus bersifat lunak terhadap kapasitas. Penelitiaan ini bertujuan menggantikan peranan mixing tank dengan static in line mixing dan dilihat pengaruhnya pada peformance bioreaktor dan produksi biogas. Pengujian yang dilakukan adalah analisa TS dan VS, pH dan M-Alkalinity, dan COD serta mengukur produksi biogas yang terbentuk. Penilaian kualitas pencampuran dari parameter ts(total solid) & vs(volatil solid) dimana hasil keluaran static inline mixer dan mixing tank dibandingkan dengan nilai teoritisnya (regresi). Hasil yang didapat dari perbandingan tersebut dinilai dengan R (keakuratan regresi 0,9-1 ) a.(0,978), b.(0,976), c.(0,992), d.(0,989).
viii
ABSTRACT
Indonesia as the second country for production CPO in the world is very potesially in biogas industry. Something make it very potensial is POME (Palm Oil Effulent).POME is the most important in biogas because it can be change to biogas. Production biogas is in thermofilik anaerob with recyle sludge 34% through in four tank. They are pretreatment tank, mixing tank, bioreactor, and gravity thickner.The mixing tank is a tank with motor (machine), impeller and any baffle. For the diffrent capacity production, the old specification of mixing tank can be change actually the size of tank. For this reason is very important to change mixing tank with a specifik agitator what can fill or answer this problem. The agitator may answer the problem is a static in line mixer.The research focusses on the capacity of static in line mixing to mix POME from pretreatment tank with the recyle sludge from gravity thickner and see this mixing effect to peformance bioreactor and production biogas.The parameter of the research are TS & VS, ph,and M-alkalinity, COD. The quality of mixing could be described with plot between the data (ts &vs) from mix tank or static in line mixing with a theoritical data ( take from regresion). R (accurate of regrsion) are accepted with scale1(0.9-1), and the result are a.(0,978), b.(0,976), c.(0,992), d.(0,989). The value is good.
Keywords : POME, static in-line mixer, biogas, TS, VS
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiv
DAFTAR LAMPIRAN xv
DAFTAR SINGKATAN xvi
DAFTAR SIMBOL xvii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 3 1.3 TUJUAN PENELITIAN 3 1.4 MANFAAT PENELITIAN 3 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1 PERKEBUNAN KELAPA SAWIT 5 2.2 LIMBAH PABRIK KELAPA SAWIT 7 2.3 PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) 8 2.3.1 SPESIFIKASI PALM OIL MILL EFFLUENT 8 2.3.2 PENGOLAHAN PALM OIL MILL EFFLUENT 9 2.4 ALTERNATIF KONVERSI POME MENJADI BIOGAS 10 2.5 MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS 11 2.6 PARAMETER FERMENTASI 12 2.7 FERMENTASI ANAEROBIK 14
x
2.8 NILAI POTENSIAL BIOGAS 15 2.9 BERBAGAI PENELITIAN FERMENTASI POME
MENJADI BIOGAS YANG TELAH DILAKUKAN 15 2.10 FERMENTASI POME DENGAN RECYCLE SLUDGE 19 2.11 MIXING TANK 21 2.12 STATIC MIXER 23 2.13 STATIC IN-LINE MIXER DALAM PENELITIAN 23 2.14 BERBAGAI PENELITIAN YANG MENGGUNAKAN
STATIC MIXER 31
2.15 STUDI PILOT PLANT 32 2.16 ANALISA EKONOMI 33 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 35 3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 35
3.2 BAHAN 35 3.2.1 BAHAN UTAMA 35 3.2.2 BAHAN ANALISA 35 3.3 PERALATAN 35 3.3.1 PERALATAN UTAMA 35 3.3.1.1 TANGKI UMPAN 35 3.3.1.2 BIOREAKTOR 37 3.3.1.3 STATIC IN-LINE MIXER 38 3.3.1.4 TANGKI PENGENDAP 39 3.3.1.5 TANGKI PENANGKAP BIOGAS 41 3.3.1.6 KOMPRESR DAN TANGKI
BERTEKANAN TINGGI 42 3.3.1.7 GAS METER 43 3.3.1.8 CONTROL PANEL 43 3.3.2 PERALATAN ANALISA 44 3.4 TAHAPAN PENELITIAN 44 3.4.1 PROSEDUR PENGAMBILAN SAMPEL 44 3.4.2 PROSEDUR PEMBUATAN METAL SOLUTION 44 3.4.3 PREPARASI UMPAN 45
3.4.4 LOADING UP DAN OPERASI TARGET 45 3.4.5 PENGUJIAN SAMPEL 45 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 48
4.1 PENGARUH PENGGUNAAN
STATIC INLINE MIXER TERHADAP TS DAN VS 48 4.2 PERFORMANCE BIOREAKTOR BERDASARKAN
NILAI TS & VS 51 4.3 PRODUKSI BIOGAS 53 4.4 ALKALINITAS DAN DERAJAT KEASAMAN
(pH) BIOREAKTOR 54
4.5 PENGARUH PERUBAHAN COD TERHADAP
PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 57
5.1 KESIMPULAN 57
5.2 SARAN 58
DAFTAR PUSTAKA 59
LAMPIRAN A 62
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Blok Diagram Pengolahan TBS Menjadi CPO 7 Gambar 2.2 POME dari PKS PTPN IV Adolina 10 Gambar 2.3 Sketsa neraca massa Fermentasi POME dengan Recycle
Sludge 19
Gambar 2.4 Jenis Pola Aliran pada Static Mixer 23 Gambar 2.5 Rancangan Static In-Line Mixer dalam Penelitian 24 Gambar 2.6 Skema Static In-Line Mixer yang Sesuai dengan Kelenjar Kista 24 Gambar 2.7 Pola Aliran untuk Nilai Reynold 110 Aliran dari Kiri ke Kanan 25 Gambar 2.8 Pola Aliran untuk Nilai Reynold 100, c/D = 0,5, Aliran dari
Kiri ke Kanan 25
Gambar 2.9 Pola Aliran c/D = 0,7 25 Gambar 2.10 Pola Aliran c/D = 0,5 26 Gambar 2.11 Pola Aliran c/D = 0,3 26 Gambar 2.12 Faktor Friksi Vs Angka Reynold 26 Gambar 2.13 Faktor Friksi Vs Angka Reynold pada Variasi Nilai c/D 27 Gambar 2.14 Grafik Bilangan Reynold Vs CoV 27 Gambar 2.15 Kesimpulan 28 Gambar 2.16 Bentuk dari SSC, YNU dan YMX (Atas ke Bawah) 30 Gambar 2.17 Skema Penelitian Visualisasi Tri-Helical Static Mixer 31 Gambar 2.18 Langkah-langkah Pengembangan Scale Up 32 Gambar 3.1 Tangki Umpan 36 Gambar 3.2 Tangki Bioreaktor 38 Gambar 3.3 Static In-Line Mixer Selesai Pabrikasi 39 Gambar 3.4 Tangki Pengendap 40 Gambar 3.5 Tangki Penangkap Biogas 41 Gambar 3.6 Kompresor dan Tangki Bertekanan Tinggi 42 Gambar 3.7 Gas Meter 43 Gambar 3.8 Control Panel 43
Gambar 4.1 Grafik perbandingan kualitas pencampuran antara Static inline mixer dengan Mixing tank berdasarkan
perubahan nilai TS & VS 48 Gambar 4.2 Grafik pengaruh penggantian Static inline mixer
terhadap perubahan nilai TS & Vs Fermentor 51 Gambar 4.3 Grafik pengaruh penggantian Static inline mixer
terhadap laju alir produksi biogas 53 Gambar 4.4 Grafik pengaruh pengantian static in line mixer terhadap nilai
alkalinitas dan derajat keasaman (pH) fermentor 54 Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Perubahan COD terhadap Penggunaan
Static In-Line Mixer 56 Gambar B.1 Penentuaan data regresi 68
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit 2006-2011 5 Tabel 2.2 Volume dan Nilai Ekspor Kelapa Sawit Tahun 2006-2010 6 Tabel 2.3 Karakteristik POME dari Sampel Adolina 8 Tabel 2.4 Komposisi Biogas 11 Tabel 2.5 Kondisi Optimum Produksi Biogas 12 Tabel 2.6 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik 14 Tabel 2.7 Kesetaraan biogas dengan sumber lain 15 Tabel 2.8 Berbagai Penelitian fermentasi POME menjadi
Biogas yang telah dilakukan 17 Tabel 2.9 Spesifikasi Pembuatan dan Biaya Static In-Line Mixer 33 Tabel 2.10 Spesifikasi Pembuatan dan Biaya Static In-Line Mixer 34 Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki Umpan 36 Tabel 3.2 Spesifikasi Bioreaktor 37 Tabel 3.3 Spesifikasi Static In-Line Mixer 38 Tabel 3.4 Spesifikasi Tangki Pengendapan 39 Tabel 3.5 Spesifikasi Tangki Penangkap Biogas 41 Tabel 3.6 Kompresor dan Tangki Bertekanan Tinggi 42 Tabel A.1 Data Kadar TS dari Feed Tank, Gravity Thickener
dan Static In-Line Mixer 62 Tabel A.2 Tabel A.1 Data Kadar TS dari Feed Tank,
Gravity Thickener dan Static In-Line Mixer 63 Tabel A.3 M-Alkalinity dan pH Bioreaktor 64 Tabel A.4 Laju Produksi Biogas 65 Tabel A.5 Kadar TS dan VS Bioreaktor 66
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman LAMPIRAN A DATA HASIL PERCOBAAN 62
A.1 DATA TS DAN VS PILOT PLANT UNTUK PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER 62 A.2 DATA PARAMETER PENGUKURAN PADA PILOT PLANT BIOGAS 64
LAMPIRAN B CONTOH HASIL PERHITUNGAN 68 B.1 NILAI REGRESI 68 B.2 PERHITUNGAN KADAR TOTAL SOLID (TS) 69 B.3 PERHITUNGAN KADAR VOLATIL SOLID (VS) 69 B.4 PERHITUNGAN BILANGAN REYNOLD TANGKI BERPENGADUK 70
xvi
DAFTAR SINGKATAN
POME Palm Oil Mill EffluentCPO Crude Palm Oil
TKKS Tandan Kosong Kelapa Sawit TBS Tandan Buah Segar
HRT Hydraulic Retention Time
TS Total Solid
VS Volatil Solid
PKS Pabrik Kelapa Sawit
PTPN Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara
BOD Biochemical Oxygen Demand
COD Chemical Oxygen Demand
pH Power of Hydrogen
SIM Static in Line Mixer MT Mixing Tank
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Ha Luas areal suatu perkebunan
NH4-N Amonium mg/L
VFA Asam lemak yang menguap mg/L n-Hex Normal Heksana mg/L
C Karbon % H Hidrogen % N Nitrogen % S Belerang % P Posfor % CH4 Metana L/hari CO2 Karbon dioksida H2S Hidrogen sulfida O2 Oksigen CO Karbon monoksida H2O Air NRe Bilangan Reynold
SSC Bentuk static in-line mixer YNU Bentuk static in-line mixer YMX Bentuk static in-line mixer L/D Panjang per diameter C/N Rasio karbon per nitrogen HCl Asam klorida
NaHCO3 Natrium bikarbonat
Fe Besi Ni Nikel Co Cobalt
Kecepatan putaran Rpm
Vol Volume Liter
xviii
T Temperatur 0C
Q Panas KJ
m Massa Kg
Cp Kapasitas panas (KJ.Kg-1.0C-1)