DISKRIPSI PROSES Prarancangan Pabrik Biodiesel Dari Crude Palm Oil (Cpo)Dan Metanol Kapasitas 700.000 Ton/Tahun.

(1)

BAB II

DISKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1.Spesifikasi bahan baku

a. CPO (Minyak Sawit)

Untuk membuat biodiesel dengan kualitas baik, maka bahan baku

utama trigliserida yang dipergunakan juga harus sesuai dengan

standar. Spesifikasi minyak sawit yang akan dipergunakan adalah

sebagai berikut:

Metanol yang diperoleh dari PT. Kaltim Metanol Industri memiliki

spesifikasi sebagai berikut:

Rumus molekul : CH3OH

Berat molekul, : 32,04 g/mol

Wujud, cair (30ºC, 1atm) : cair

Warna : tak berwarna

(2)

Densitas, : 753 kg/m3

No. 04-7182-2006 agar dapat dijual. Spesifikasi biodiesel tersebut

adalah sebagai berikut:

Nama : Biodiesel

Rumus molekul : C19H36O2

Kandungan sulfur : 0,012% berat

Kandungan nitrogen : 7 ppm

Panas pembakaran : -17500 Btu/lb, -40510 kJ/kg

Bilangan iodin : 100-120 g/mL

Kandungan abu : 0,01% berat

Bilangan setana : 59,7

Kemurnian : 98%

b. Produk Samping

Sedangkan spesifikasi gliserol juga disesuaikan dengan standar mutu

(Syah, 2006). Spesifikasinya adalah sebagai berikut:

Nama : Gliserol

Rumus Molekul : C3H8O3

Berat Molekul : 92,09382 g/mol

Wujud : Cair

(3)

Densitas : 1,261 g/cm3

Vskositas : 1449 cP

Kelarutan : larut sempurna dalam air dan alkohol

Kemurnian : 50%

2.1.3.Spesifikasi katalis dan bahan pembantu

a. Natrium Hidroksida

Pada prinsipnya, proses transesterifikasi adalah mengeluarkan glicerin dari

minyak dan mereaksikan asam lemak bebasnya dengan alkohol (metanol) menjadi

alkohol ester atau biodiesel. Reaksi ini merupakan reaksi dapat balik yang pada

(4)

C57H104O6 + 3CH3OH ↔ 3C19H36O2 + C3H8O3 ...(5)

Minyak sawit Metanol Biodiesel Gliserol

Alkohol yang digunakan dalam reaksi ini adalah metanol. Pada umumnya alkohol

dengan atom C lebih sedikit mempunyai kereaktifan yang lebih tinggi daripada

alkohol dengan atom C lebih banyak.

Sedangkan mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :

Katalis

a. Mula-mula minyak sawit atau CPO (Trigliserida) bereaksi dengan

metanol menghasilkan Digliserida(DG) dan Biodiesel

TG + 3CH3OH ↔ DG + 3C19H36O2 ...(6)

b. Pada reaksi ke dua, Digliserida (DG) bereaksi dengan alkohol yang

lain menghasilkan Monogliserida (MG)dan Biodiesel

DG + 3CH3OH ↔ MG + 3C19H36O2 ...(7)

c. Kemudian pada reaksi ketiga, Monogliseridabereaksi dengan alkohol

yang ketiga menghasilkan Gliseroldan Biodiesel

MG + 3CH3OH ↔ C3H8O3 + 3C19H36O2 ...(8)

2.2.2.Kondisi operasi

Pada proses transesterifikasi minyak sawit (CPO) dengan metanol

berlangsung pada suhu 60oC dan tekanan 1 atm dengan knversi 98% dan produk

yang dihasilkan memiliki kemurnian 98%.

2.2.3.Tinjauan termodinamika

Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan secara eksotermis atau

endotermis maka perlu pembuktian dengan menggunakan panas.

reaksi (ΔHo

) yang dapat ditentukan dengan :

(5)



f C3H8O3 = -159,16 kJ/mol

(http:cea.grc.nasa.gov)

Jika maka reaksi bersifat eksotermis

Jika maka reaksi bersifat endotermis



f C3H8O3 + 3f C19H36O2) – [f C57H104O6 + 3 f CH3OH]

= {-159,16 + (3 x -180,063)} – {520,076 + (3 x -200,94)} kJ/mol

= -782,093 kJ/mol

Dari harga sebesar –782,093 kJ/mol dapat disimpulkan bahwa pada

reaksi tersebut adalah reaksi eksotermis. Untuk mengetahui reaksi pembentukan

biodisel termasuk reaksi reversibel atau irreversibel, maka harus dihitung harga

dari tetapan kesetimbangan (K).

Diketahui data-data sebagai berikut :

(6)

Dari hasil diatas tampak bahwa harga K >>> 1 sehingga reaksi yang terjadi

merupakan reaksi reversibel.

2.2.4.Tinjauan kinetika

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

C57H104O6 + 3CH3OH ↔ 3C19H36O2 + C3H8O3 ...(9)

Dari penelitian (D.Darnoko dan Munir Cheryan, 2000) diperoleh harga konstanta

kecepatan reaksi : k = 3,32 /jam

Dengan k = konstanta kecepatan reaksi

2.2.5.Langkah proses

Secara keseluruhan proses pembuatan biodisel dengan proses kontinyu

dapat dilaksanakan melalui tiga tahap:

1. Proses penyiapan bahan baku

Bahan baku yang digunakan dalam pabrik biodisel adalah minyak sawit

(CPO) yang disimpan dalam tangki (TP-01) dari truk pengangkut menggunakan

pompa (P-02) dan metanol dengan kadar 96% disimpan dalam tangki (TP-02) dari

truk dialirkan menggunakan pompa (P-01), sedangkan katalis yang digunakan

adalah NaOH yang disimpan di silo (SL-01) dari truk dipindahkan menggunakan

belt conveyor (BC-02) dan bucket elevator (BE-01) Bahan baku dipanaskan

terlebih dahulu dengan tujuan menyesuaikan kondisi operasi dalam reaktor.

Mula-mula bahan baku minyak sawit yang berasal dari tangki penyimpan (TP-02)

dipompakan dengan pompa (P-05) menuju heat exchanger (HE-01). Pada

(HE-01) minyak sawit dinaikkan sehunya dari 30oC menjadi 60oC, dari

heat exchanger (HE-01) minyak sawit dimasukkan ke dalam reaktor alir tangki

berpengaduk. Metanol dari tangki penyimpan (TP-01) dialirkan ke mixer

menggunakan pompa (P-04) dicampur dengan NaOH dari silo (SL-01) yang

dipindahkan menggunakan belt conveyor (BC-02) dan bucket elevator (BE-02).

Di dalam mixer (M-01), NaOH dan metanol diaduk dengan kecepatan

pengadukan 248 rpm sampai terbentuk Natrium metoksida. Perbandingan mol

(7)

suhunya menjadi 60oC dengan heat exchanger (HE-02) kemudian

Sodium methoxide dimasukkan ke dalam reaktor menggunakan pompa (P-06).

2. Proses reaksi transesterifikasi

Proses reaksi pembuatan biodiesel adalah proses reaksi transesterifikasi,

dimana proses ini dilakukan dengan menggunakan reaktor alir tangki

berpengaduk (RATB) yang disusun seri. Dari hasil optimasi dihasilkan jumlah

reaktor 3 buah yaitu (R-01), (R-02), (R-03) dengan suhu operasi 60oC dan tekanan

1 atm. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

C57H104O6 + 3CH3OH ↔ 3C19H36O2 + C3H8O3 ...(10)

Reaksi tersebut termasuk reaksi eksotermis. Oleh karena itu dalam perancangan

reaktor digunakan pendingin koil, sehingga suhu operasi di dalam reaktor tetap

dalam kondisi yang diinginkan yaitu sekitar 60oC.

3. Proses pemisahan dan pemurnian produk

Produk yang keluar dari reaktor (R-03) dialirkan menuju menuju dekanter

(DK-01) untuk melakukan proses pemisahan pertama antara biodiesel dan

gliserol, setelah itu hasil bawah dekanter dialirkan tangki pengencer (PN-01)

menggunakan pompa (P-07) Di dalam tangki pencuci (PN-01) campuran

Biodiesel ditambah air dari utilitas dengan jumlah 16.152,768 kg/jam yang

berfungsi untuk mempermudah pemisahan Biodiesel. Kemudian setelah itu

produk hasil dari tangki pencuci dialirkan menuju dekanter (DK-02)

menggunakan Pompa (P-08) berfungsi untuk memisahkan Biodiesel dari produk

samping gliserol, dan NaOH. Hasil atas dari dekanter (DK-01) dan (DK-02)

berupa campuran antara Biodiesel, dan minyak sawit dialirkan menggunakan

pompa (P-09) ke Tangki biodiesel (TP-04). Hasil bawah dialirkan ke dalam

Netraliser (NT-01) menggunakan pompa (P-10) untuk dicampur dengan HCl dari

tangki HCl (TP-03) dialirkan menggunakan pompa (P-11) yang berfungsi untuk

(8)

Dari netraliser produk masuk ke dalam Flash Drum (FD-01) untuk

memisahkan antara metanol dan air sebagai hasil atas dan dialirkan ke tangki

penyimpan metanol (TP-05) yang nantinya akan bisa digunakan kembali sebagai

bahan baku atau dijual kembali, dengan hasil bawah Flash Drum (FD-01) yaitu

gliserol dan NaCl sebagai produk samping yang kemudian diturunkan suhunya

menjadi 50ºC menggunakan Cooler dan masuk ke dalam tangki penyimpanan

(9)

(10)

(11)

(12)

Hendri Susanto

2.3. Neraca Massa dan Neraca Panas

2.3.1.Neraca Massa

1. Kapasitas prancangan per tahun = 700.000 ton/tahun

2. Waktu operasi dalam 1 tahun = 330 hari

2.3.2.Neraca Massa Alat Proses

Satuan = kg/jam

1. Neraca massa mixer

Tabel 2 Neraca Massa mixer

Komponen Masuk Keluar

Arus 1 Arus 2 Arus 4

METHANOL 22.281,6399 - 22.281,6399

NaOH - 982,0426 982,0426

H2O 522,1535 - 522,1535

Sub total 22.803,7934 982,0426 23.785,8361

Total 23.785,8361 23.785,8361

2. Neraca massa reaktor 1

Tabel 3 Neraca Massa di Reaktor 1

Komponen Reaktor I

Masuk Keluar

METHANOL 22.281,6399 14.148,8414

TRIGISERIDA 98.204,2649 26.515,1515

NaOH 982,0426 982,0426

H20 564,7783 564,7783

BIODIESEL - 72.030,0952

GLISEROL - 7.792,6628

(13)

3. Neraca Massa Reaktor 2

Komponen Reaktor II

Masuk Keluar

METHANOL 14.148,8414 11.351,3815

TRIGISERIDA 26.515,1515 1.856,0606

NaOH 982,0426 982,0426

H20 564,7783 564,7783

BIODIESEL 72.030,0952 96.806,4746

GLISEROL 7.792,6628 10.473,1253

TOTAL 122.033,5718 122.033,8629

4. Neraca Massa Reaktor 3

Komponen Reaktor III

Masuk Keluar

METHANOL 11.351,3815 11.145,0312

TRIGISERIDA 1.856,0606 37,1212

NaOH 982,0426 982,0426

H20 564,7783 564,7783

BIODIESEL 96.806,4746 98.634,0656

GLISEROL 10.473,1253 10.670,8454

(14)

Hendri Susanto

5. Neraca Massa Dekanter 1

Tabel 6 Neraca Massa di Dekanter 1

Arus 10 Atas Bawah

METHANOL 11.145,0312 - 11.145,0312

TRIGLISERIDA 37,1212 18,5606 18,5606

NATRIUM HIDROKSIDA 982,0426 - 982,0426

AIR 564,7783 - 564,7783

METIL ESTER] 98.634,0656 49.317,0328 49.317,0328

GLISEROL 10.670,8454 - 10.670,8454

Sub total 122.033,8843 49.335,5934 72.698,2909

Total 122.033,8843 122.033,8843

6. Neraca Massa Tangki Pengencer

Tabel 7 Neraca Massa Tangki Pengencer

METHANOL 11.145,0312 - 11.145,0312

TRIGLISERIDA 18,5606 - 18,5606

NATRIUM HIDROKSIDA 982,0426 - 982,0426

AIR 564,7783 16.152,7685 16.717,5468

METIL ESTER] 49.317,0328 - 49.317,0328

GLISEROL 10.670,8454 - 10.670,8454

SUB TOTAL 72.698,2909 16.152,7685 88.851,0595

(15)

7. Neraca Massa Dekanter 2

Tabel 8 Neraca Massa di Dekanter 2

Sub total 88.851,0595 49.335,5934 39.515,4661

Total 88.851,0595 88.851,0595

8. Neraca Massa Netralizer

Tabel 9 Neraca Massa Netralizer

Sub total 39.515,4661 918,5052 40.434,2708

(16)

Hendri Susanto

9. Neraca Massa Flash Drum

Tabel 10 Neraca Massa Flash Drum

METHANOL 11.145,0312 10.926,6663 218,3649

H2O 17.183,2767 16.937,6503 245,6264

GLISEROL 10.670,8454 - 10.670,8454

Sub Total 38.999,1533 27.864,3166 11.134,8367

(17)

10.Neraca Massa Total

Tabel 11 Neraca Massa Total

Komponen masuk keluar

arus 1 arus 2 arus 3 arus 10 arus 14 Arus 8 Arus 12 Arus 16 arus 17

Metanol 22.281,6399 10.926,6663 218,3649

Trigliserida 98.204,2649 18,5606 18,5606 16.937,6503

NaOH 982,0426

H2O 522,1535 42,6248 16.152,7685 23,2865 245,6264

Biodiesel 49.317,0328 49.317,0328

Gliserol 10.670,8454

HCl 895,2187

NaCl 1.435,1175

Sub Total 22.803,7934 982,0426 98.246,8896 16.152,7685 918,5052 49.335,5934 49.335,5934 27.864,3166 12.569,9542

(18)

Hendri Susanto

2.3.3.Neraca Panas

1. Neraca Panas Mixer

Tabel 12 Neraca Panas Mixer

Komponen Q Masuk Q Keluar

Arus Arus

Metanol 139.612,1809 139.612,1809

Air 13.328,8602 13.328,8602

Natrium hidroksida 6.293,7591 6.293,7591

TOTAL 159.234,8002 159.234,8002

2. Neraca Panas Heat Exchanger 1

Tabel 13 Neraca Panas Heat Exchanger 1

METANOL 139.612,1809 832.418,5969

AIR 13.328,8602 79.488,1433

NATRIUM HIDROKSIDA 6.293,7591 64.547,4670

Panas Yang Dibutuhkan 770.521,1600 -

TOTAL 929.755,9602 976.454,2073

3. Neraca Panas Heat Exchanger 2

Tabel 14 Neraca Panas Heat Exchanger 2

TRIGISERIDA 165.164,6288 1.096.022,8455

AIR 1.088,0700 6.488,5718

Panas Yang Dibutuhkan 882.758,2200 -

(19)

4. Neraca Panas Reaktor 1

Tabel 15 Neraca Panas di Reaktor 1

Komponen Reaktor I

Q Masuk Q Keluar

METANOL 832.418,5969 528.585,8090

TRIGISERIDA 1.096.138,4159 295.957,3723

AIR 85.976,9714 85.976,9714

METIL ESTER - 1.715.244,9324

GLISEROL - 368.054,8530

SUB TOTAL 2.079.081,4512 3.058.367,4052

PANAS REAKSI 97.248.686,6672 -

BEBAN PENDINGIN - 96.269.400,4569

TOTAL 99.327.768,1183 99.327.767,8621

5. Neraca Panas Reaktor 2

Komponen Reaktor II

Q Masuk Q Keluar

METANOL 528.585,8090 424.075,6542

TRIGISERIDA 295.957,3723 20.717,0161

AIR 85.976,9714 85.976,9714

METIL ESTER 1.715.244,9324 2.305.242,1962

GLISEROL 368.054,8530 494.655,6388

SUB TOTAL 3.058.367,4052 3.395.214,9436

PANAS REAKSI 34.502.878,4624 -

(20)

Hendri Susanto 6. Neraca Panas Reaktor 3

Komponen Reaktor II

Q Masuk Q Keluar

METANOL 424.075,6542 416.366,6256

TRIGISERIDA 20.717,0161 414,3403

AIR 85.976,9714 85.976,9714

METIL ESTER 2.305.242,1962 2.348.762,4245

GLISEROL 494.655,6388 503.994,1483

SUB TOTAL 3.395.214,9436 3.420.061,9771

PANAS REAKSI 2.544.458,6120 -

TOTAL 5.939.673,5556 5.939.673,5556

7. Neraca Panas Dekanter 1

Tabel 18 Neraca Panas di Dekanter 1

METANOL 416.366,6256 - 416.366,6256

TRIGISERIDA 414,3403 207,1702 207,1702

NATRIUM HIDROKSIDA 64.547,4670 - 64.547,4670

AIR 85.976,9714 - 85.976,9714

METIL ESTER 2.348.762,4245 1.174.381,2122 1.174.381,2122

GLISEROL 503.994,1483 - 503.994,1483

Sub total 3.420.061,9771 1.174.588,3824 2.245.473,5947

(21)

8. Neraca Panas Dekanter 2

Tabel 19 Neraca Panas di Dekanter 2

METANOL 416.366,6256 - 416.366,6256

TRIGISERIDA 207,1702 207,1702 -

NATRIUM HIDROKSIDA 64.547,4670 - 64.547,4670

AIR 2.544.935,0976 - 2.544.935,0976

METIL ESTER 1.174.381,2122 1.174.381,2122 -

GLISEROL 503.994,1483 - 503.994,1483

SUB TOTAL 4.704.431,7209 1.174.588,3824 3.529.843,3385

TOTAL 4.704.431,7209 4.704.431,7209

9. Neraca Panas Netralizer

Tabel 20 Neraca Panas Netralizer

METANOL 416.366,6256 - 416.366,6256

TRIGISERIDA - - -

NATRIUM HIDROKSIDA 64.547,4670 - -

AIR 2.544.935,0976 3.544,9350 2.548.480,0326

METIL ESTER - - -

GLISEROL 503.994,1483 - 1.366.704,6401

HIDROGEN KLORIDA - 103.450,4389 -

NATRIUM HIDROKSIDA - - 106.804,4199

SUB TOTAL 3.529.843,3385 106.995,3739 4.438.355,7182

PANAS REAKSI - 801.517,0058 -

(22)

Hendri Susanto

10. Neraca Panas Flash Drum

Tabel 21 Neraca Panas Flash Drum

METANOL 416.366,6256 198.109,7460 69.199,3377

AIR 156.875,6720 27.843,4016 332.995,3393

GLISEROL 1.366.704,6401 - 5.540.685,1759

SUB TOTAL 1.939.946,9377 225.953,1476 5.942.879,8529

BEBAN PANAS 4.228.886,0628 6.168.833,0006

(23)

2.4. Tata Letak Pabrik dan Peralatan

2.4.1.Tata Letak Pabrik

Tata letak merupakan pengatuiran yang optimal dari seperangkat fasilitas

dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting dalam mendapatkan efisiensi,

keselamatan dari pekerja dan proses. Untuk mendapatkan kondisi yang optimal,

maka hal-hal yang perlu dipertimbangkan antara lain :

1. Perluasan pabrik dan kemungkinan penambahan bangunan

Perluasan pabrik harus sudah termasuk dalam perhitungan awal agar

masalah kebutuhan tempat tidak timbul di kemudian hari. Area khusus sudah

harus disediakan untuk menambah kapasitas pabrik atau untuk mengolah

produksinya sendiri menjadi produk lain.

2. Keamanan

Keamanan terhadap kemungkinan adanya bahaya kebakaran, ledakan,

asap atau gas beracun harus diperhatikan dalam penempatan alat pengaman

seperti hidran dan penampung air yang cukup. Tangki penyimpan bahan atau

produk yang berbahaya harus diletakkan di area yang khusus serta perlu adanya

jarak antar bangunan. Hal ini untuk memberikan pertolongan serta jalan bagi

pekerja untuk menyelamatkan diri.

3. Luasan areal yang tersedia

Harga tanah merupakan faktor yang sangat penting untuk menentukan

kemampuan suatu pabrik untuk menyediakan area tanah. Apabila harga terlalu

tinggi maka perlu efisiensi dalam pemakaian ruangan, agar dapat menghemat

waktu.

4. Instalasi dan utilitas

Pemasangan dan distribusi yang baik dari gas, udara, steam dan listrik

akan membantu mempermudah kerja dari alat. Penempatan peralatan proses

sedemikian diatur sedemikian rupa agar pekerja dengan mudah menjangkaunya

sehingga dapat menjamin kelancaran operasi.

Secara garis besar tata letak pabrik dapat dibagi menjadi beberapa

(24)

Hendri Susanto

a. Daerah administrasi/ perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol.

Daerah adminiastrasi merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik

yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol

merupakan pusat pengendalian proses dan produk yang akan dijual.

b. Daerah proses, merupakan daerah tempat alat proses diletakkan dan

tempat proses berlangsung.

c. Daerah pergudangan umum, bengkel dan garasi.

(25)

(26)

Hendri Susanto

2.5.1.Tata Letak Peralatan

Tata letak peralatan adalah tempat kedudukan alat yang digunakan dalam

proses produksi. Tata letak alat proses harus dirancang sedemikian rupa untuk

menjamin kelancaran proses produksi dan keamanan serta kenyamanan pekerja.

Dalam perancangan tata letak peralatan proses ada beberapa hal yang harus

dipertimbangkan, yaitu :

1. Aliran bahan baku dan produk

Aliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan

ekonomis yang besar dan kelancaran serta keamanan produksi dapat terjamin.

Selain itu yang perlu diperhatikan adalah elevasi pipa, pemipaan di permukaan

tanah agar tidak menganggu lalu lintas kerja.

2. Aliran udara

Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan untuk

kelancaran proses. Hal ini untuk menghindari terjadinya pemampatan udara pada

suatu tempat yang dapat membahayakan keselamatan kerja. Selain itu perlu juga

diperhatikan arah hembusan angin.

3. Cahaya

Penerangan pda seluruh area pabrik harus memadai. Pada tempat proses

yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu penerangan yang lebih.

4. Lalu lintas manusia

Lalu lintas manusia perlu diperhatikan agar pekerja dapat menjangkau

seluruh area proses dengan cepat dan mudah sehingga jika terjadi gangguan

dengan mudah dapat segera diatasi.

5. Biaya operasi

Penempatan alat-alat proses yang tepat dapat menekan biaya operasi dan

menjamin kelancaran dan keamanan produksi sehingga dapat menguntungkan dari

segi ekonomi.

6. Jarak antar alat proses

(27)