PEMBUATAN BIOGAS DARI HASIL FERMENTASI THERMOFILIK LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SISTEM RECYCLE MENJADI ENERGI LISTRIK UNTUK KAPASITAS 60 TON TBS/JAM

Transkripsi

1 PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOGAS DARI HASIL FERMENTASI THERMOFILIK LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SISTEM RECYCLE MENJADI ENERGI LISTRIK UNTUK KAPASITAS 60 TON TBS/JAM TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia DISUSUN OLEH: VANDI DESRIANDY NIM: DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2

3 KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim Assalammu alaikum Wr. Wb Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, ridho dan karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas Dari Hasil Fermentasi Thermofilik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Sistem Recycle Menjadi Energi Listrik Untuk Kapasitas 60 Ton TBS/Jam. Pra rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. Akhir kata kepuasan dan kebahagian penulis dalam menyelesaikan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan membimbing penulis selama mengerjakan skripsi. Penulis menyadari sepenuhnya tanpa dukungan dan bantuan mereka, penulis tidak mungkin dapat menyelesaikan skripsi ini. Perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Eng. Irvan, MSi sebagai Dosen Pembimbing I sekaligus Ketua Departemen Teknik Kimia FT USU yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Si sebagai Dosen Pembimbing II sekaigus dosen penguji I yang telah membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan skripsi ini. 3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 4. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MSi, Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 5. Ibu Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT sebagai Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan kritik pada Tugas Akhir saya ini. 6. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, MSc sebagai Dosen Penguji III yang telah memberikan saran dan kritik pada Tugas Akhir saya ini.

4 7. Dan yang paling Teristimewa Ayahanda tercinta Yen Rizal dan Ibunda tercinta Dra. Erniati yang selalu sabar dan mendoakan, memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi. 8. Seluruh staf pengajar dan pengurus administrasi Departemen Teknik Kimia. 9. Rekan seperjuangan Febriansyah A.R, atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini dalam suka dan duka. 10. Teman-teman seperjuang penulis, Juki purnomo, Rizky martua Hsb, Edenta Ginting, Ahmad Syahrun Hsb, Alexander, Edwin Fauzi, Rendy ramadhan, yang tergabung dalam kelompok PASKAS, Cristopel Tobing, Rossi Wedana Tarigan dan teman-teman Eks-D semua yang terus menyemangati dan selalu berbagi ilmu kepada penulis selama penyusunan skripsi. 11. Para pembimbing tambahan, Halim Cahjadi, ST, Riki Handoko, ST, Azlansyah, ST, Amalia Yolanda, ST, Senafati, ST, Dahyat, ST, yang telah memotivasi dan membantu dalam kelengkapan bahan penyusunan skripsi. 12. Pasukan LPPM yaitu bg Joel Gondes, Elton Jhon Situmeang, Dedy Anwar, Alfy syahrin, nanta blak-blakan, Basril, dan Jhon Almer. dan adik-adik junior 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 semua yang telah memberikan bantuan dan doa kepada penulis. 13. 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. Terima kasih. Medan, 20 Juli 2011 Penulis, Vandi Desriandy

5 INTISARI Palm Oill Mill Effluent (POME) merupakan hasil buangan limbah cair kelapa sawit yang mempunyai kandungan senyawa glukosa, protein dan karbohidrat tinggi dan apabila diolah dengan baik maka dapat menghasilkan Biogas. Biogas ini selanjutnya akan mengalami proses purifikasi sebelum disintesa menjadi senyawa kimia baru yang secara luas dibutuhkan dalam kehidupan manusia, Selama ini biogas dikenal hanya dimanfaatkan sebagai bahan bakar keperluan rumah tangga khususnya untuk memasak saja, padahal biogas bisa juga dimanfaatkan sebagai sumber energi pembangkit generator listrik. Pra rancangan pabrik pembuatan Biogas menjadi energi listrik ini direncanakan menghasilkan listrik dengan kapasitas 84,56 MWh/hari dan beroperasi selama 365 hari dalam satu tahun. Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di Perbaungan, Sumatera Utara dengan luas areal m 2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 37 orang dengan melakukan kerjasama dengan PTPN IV Adolina dalam hal pengolahan limbah. Hasil evaluasi ekonomi Pabrik Pembuatan Biogas menjadi Energi listrik ini sebagai berikut: Total Modal Investasi : Rp ,- Total Biaya Produksi : Rp ,- Hasil Penjualan : Rp ,- Laba Bersih : Rp ,- Profit Margin (PM) : 57,56 % Break Even Point (BEP) : 41,49 % Return on Investment (ROI) : 42,15 % Pay Out Time (POT) : 2,37 tahun Return on Network (RON) : 70,25 % Internal Rate of Return (IRR) : 59,8 % Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Biogas menjadi energi listrik ini layak untuk didirikan

6 DAFTAR ISI Hal KATA PENGANTAR...i INTISARI... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xi BAB I PENDAHULUAN... I Latar Belakang... I Rumusan Masalah... I Tujuan Pra Rancangan Pabrik... I Manfaat Pra Rancangan Pabrik... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II Pengertian Biogas... II Sejarah Biogas... II Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Anaerobik... II Temperatur... II Derajat Keasaman (ph)... II Ketersediaan Unsur Hara... II Alkalinitas... II Tahapan Metabolisme dalam Degradasi Anarobik... II Hidrolisis... II Asidogenesis... II Asetogenesis... II Metagenesis... II Palm Oill Mill Effluent (POME)... II Pengaruh Sistem Recycle Terhadap Proses Pengolahan POME... II Kegunaan Biogas... II Deskripsi Proses dan Sifat-sifat Bahan Baku dan Produk... II-11

7 BAB III BAB IV Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas dari Hasil Fermentasi Thermofilik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Sistem Recycle... II Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk... II Ferro Klorida (FeCl 2 )... II Natrium Karbonat (NaHCO 3 )... II Nikel (II) Klorida (NiCl 2 )... II Kobalt (II) Klorida (CoCl 2 )... II Kalium Karbonat (K 2 CO 3 )... II Air (H 2 O)... II Metana (CH 4 )... II Karbondioksida (CO 2 )... II-15 NERACA MASSA...III Tangki Neutralisasi...III Tangki Pencampur...III Reaktor Fermentasi...III Bak Sedimentasi...III Water Trap...III Desulfurisasi...III Generator...III-3 NERACA ENERGI... IV Tangki Neutraliser (M-112)... IV Tangki Pencampur (M-122)... IV Fermentor (R-210/R-220)... IV-1 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN... V Bak Umpan POME (BP-01)... V Pompa Umpan POME (P-01)... V NaHCO 3 Screw Conveyor (T-01)... V FeCl 2 Screw Conveyor (T-02)... V Tangki Neutralisasi (M-01)... V Pompa Neutralisasi (P-02)... V-3

8 5.7 Pompa Sedimentasi (P-05)... V Pompa Sedimentasi (P-06)... V Tangki Pencampur (M-02)... V Pompa Umpan Fermentor I (P-04)... V Fermentor I (R-01)... V Pompa Umpan Reaktor Floating Roof (P-03)... V Bioreaktor Floating roof (R-02)... V Tangki Sedimenatsi (RC-01/02)... V Water Trap(DT-01)... V Desulfuriser (D-01)... V Generator (GE-01)... V Kompresor... V Turbin... V-9 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA... VI Instrumentasi... VI Tujuan Pengendalian... VI Syarat Perancangan Pengendalian... VI Keselamatan Kerja Pabrik... VI-13 BAB VII UTILITAS... VII Kebutuhan Uap (Steam)... VII Kebutuhan Listrik... VII Limbah Pabrik Pembuatan Biogas... VII-4 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK... VIII Lokasi Pabrik... VIII Faktor Primer/Utama... VIII Faktor Sekunder... VIII Tata Letak Pabrik... VIII Perincian Luas Tanah... VIII-8 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN... IX Organisasi Perusahaan... IX Bentuk Organisasi Garis... IX Bentuk Organisasi Fungsionil... IX-2

9 9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf... IX Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf... IX Manajemen Perusahaan... IX Bentuk Hukum Badan Usaha... IX Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab... IX Struktur Tenaga Kerja... IX Pembagian Struktur Tenaga Kerja... IX Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan... IX Hak dan Kewajiban Karyawan... IX Keselamatan Kerja... IX-11 BAB X EVALUASI EKONOMI... X Modal Investasi... X Modal Investasi Tetap/Fixed Capital Investment (FCI)... X Modal Kerja/Working Capital (WC)... X Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC)... X Biaya Tetap (BT)/Fixed Cost (FC)... X Biaya Variabel (BV)/Variable Cost (VC)... X Total Penjualan (Total Sales)... X Bonus Perusahaan... X Perkiraan Rugi/Laba Usaha... X Analisa Aspek Ekonomi... X Profit Margin (PM)... X Break Even Point (BEP)... X Return On Investment (ROI)... X Pay Out Time (POT)... X Return On Network (RON)... X Internal Rate of Return (IRR)... X-7 BAB XI KESIMPULAN... XI-1 DAFTAR PUSTAKA... xi

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komposisi Biogas... II-1 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Limbah Cair POME... II-8 Tabel 2.3 Karakteristik Limbah POME dan Baku Mutu Limbah... II-9 Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Neutralisasi...III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa Tangki Pencampur...III-1 Tabel 3.3 Neraca Massa Reaktor Fermentasi...III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa Bak Sedimentasi...III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa Water Trap...III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa Desulfurisasi...III-3 Tabel 3.7 Neraca Massa Generator...III-3 Tabel 4.1 Neraca Energi Tangki Neutraliser (M-01)... IV-1 Tabel 4.2 Neraca Energi Tangki Pencampur (M-02)... IV-1 Tabel 4.3 Neraca Energi Fermentor (R-01/R-02)... IV-II Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Intrumentasi pada Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas Sebagai sumber energi Listrik... VI-8... Tabel 7.1 Kebutuhan Uap... VII-1 Tabel 7.2 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan... VII-2 Tabel 7.3 Kebutuhan Daya pada Unit Proses... VII-3 Tabel 7.4 Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit... VII-4 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah... VIII-8 Tabel 9.1 Pembagian Shift Karyawan... IX-8 Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya... IX-8 Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan per 1 shift... IX-9 Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Unsur Atom... LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas Panas Beberapa Senyawa Pada 298,25 o C... LB-2 Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Gas... LB-3 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas Cair... LB-3 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan... LB-3 Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al... LB-4

11 Tabel LB.7 Perhitungan Energi Masuk ke dalam Tangki Neutraliser... LB-5 Tabel LB.8 Perhitungan Energi Keluar dari Tangki Neutraliser... LB-6 Tabel LB.9 Perhitungan Energi Alur Recycle dari Tangki Sedimentasi... LB-7 Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar Tangki Pencampur (M-122)... LB-7 Tabel LB.11 Entalpi POME Yang Keluar dari Fermentor... LB-9 Tabel LB.12 Entalpi Biogas Yang Keluar dari Fermentor... LB-9 Tabel LD.1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya... LD-1 Tabel LD.2 Harga Indeks Marshall dan Swift... LD-2 Tabel LD.3 Estimasi Harga Peralatan Proses... LD-5 Tabel LD.4 Biaya Sarana Transportasi... LD-8 Tabel LD.5 Perincian Gaji Pegawai... LD-10 Tabel LD.6 Perincian Biaya Kas... LD-11 Tabel LD.7 Perincian Modal Kerja... LD-12 Tabel LD.8 Aturan Depresiasi Sesuai UU RI No. 17 Tahun LD-13 Tabel LD.9 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UU RI No. 17 Tahun LD-14 Tabel LD.10 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)... LD-22

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Fermentasi Metana Pada Proses Anaerobik... II-7 Gambar 2.2 Flowsheet Proses Pembuatan Gas Hidrogen dari Biogas... II-17 Gambar 6.1 Sebuah Loop Pengendalian... VI-3 Gambar 6.2 Suatu Proses Terkendali... VI-3 Gambar 6.3 Instrumentasi pada Pompa... VI-9 Gambar 6.4 Instrumentasi pada Tangki Cairan... VI-9 Gambar 6.5 Instrumentasi pada Tangki Cairan... VI-10 Gambar 6.6 Instrumentasi pada tangki fermentasi... VI-10 Gambar 6.7 Instrumentasi pada Floating Roof... VI-11 Gambar 6.8 Instrumentasi pada Tangki Pengendapan... VI-11 Gambar 6.9 Instrumentasi pada Drain tank... VI-12 Gambar 6.10 Instrumentasi pada Tangki Desulfurisasi... VI-12 Gambar 6.11 Generator... VI-13 Gambar 6.12 Tingkat Kerusakan di Suatu Pabrik... VI-14 Gambar 8.1 Peta Lokasi Pabrik Biogas... VIII-5 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Perusahaan... IX-6 Gambar LD.1 Harga Peralatan untuk Tangki Pelarutan... LD-4 Gambar LD.2 Kurva Break Even Point Pabrik Pembuatan Biogas... LD-23

13 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI... LD-1