RANCANG BANGUN TUNGKU PIROLISA UNTUK MEMBUAT KARBON AKTIF DENGAN BAHAN BAKU CANGKANG KELAPA SAWIT KAPASITAS 10 KG

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN TUNGKU PIROLISA UNTUK MEMBUAT KARBON AKTIF DENGAN BAHAN BAKU CANGKANG KELAPA SAWIT KAPASITAS 10 KG Idrus Abdullah Masyhur 1, Setiyono 2 1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pancasila, Jakarta, Indonesia 2 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pancasila, Jakarta, Indonesia Kata kunci: Cangkang Kelapa Sawit, Pirolisis, Arang Aktif penulis: Idrus.abdullahmasyhur@gmail.com stymayo@gmail.com Abstract Seiring dengan perkembangan teknologi industri di Indonesia, produksi arang aktif di Indonesia pada tahun 1993 baru mencapai ton dengan konsumsi terbesar di dalam negeri oleh sektor industri minyak nabati, industri gula, ethanol dan pengolahan limbah. Pada beberapa spesifikasi tertentu untuk arang aktif, Indonesia masih mengimpor dari beberapa Negara lain sebanyak 2000 ton/tahun. Arang aktif adalah karbon tak berbentuk yang diolah secara khusus untuk menghasilkan luas permukaan yang sangat besar, berkisar antara m 3 /gr. Luas permukaan yang besar dari struktur dalam pori-pori karbon aktif dapat dikembangkan, struktur ini memberikan kemampuan karbon aktif menyerap (adsorb) gas-gas dan uap-uap dari gas dan dapat mengurangi zat-zat dari liquida. Pirolisis adalah kasus khusus termolisis. Pirolisis ekstrim, yang hanya meninggalkan karbon sebagai residu, disebut karbonisasi. Pada alat ini dibuat sebuah tungku pembuat karbon aktif dengan proses pengarangan dan aktifasi yang dapat dilakukan dalam satu wadah, dengan dimensi dari reaktor pirolisis berupa jari-jari reaktor 130 mm, tinggi reaktor 500 mm, jarak antara reaktor dan castable 50 mm, ketebalan castable 64 mm, tinggi keseluruhan tungku pirolisis 1330 mm, diameter saluran gas buang 144 mm. Dengan ketebalan plat untuk reaktor adalah 5 mm dan ketebalan plat untuk bodi luar tungku adalah 8 mm. 1. Pendahuluan Seiring dengan perkembangan teknologi industri di Indonesia, produksi arang aktif di Indonesia pada tahun 1993 baru mencapai ton dengan konsumsi terbesar di dalam negeri oleh sektor industri minyak nabati, industri gula, ethanol dan pengolahan limbah. Pada beberapa spesifikasi tertentu untuk arang aktif, Indonesia masih mengimpor dari beberapa Negara lain sebanyak 2000 ton/tahun. Di PTPN XIII Kabupaten Pasir, industri minyak sawit di kawasan tersebut setiap harinya menghasilkan limbah berupa cangkang kelapa sawit dan tandan kosong yang pemanfaatannya masih sangat minim. Setiap harinya dihasilkan cangkang sebanyak 7% per ton (50,4 ton) dan tandan kosong sejumlah 22% per ton (158,4 ton). Dengan meningkatnya perkebunan kelapa sawit di Indonesia dari ± Ha pada tahun 1980 menjadi ±10 juta Ha pda tahun 2014 (Gambar 1). Sedangkan produksi Crude Palm Oil (CPO) meningkat dari ± ton pada tahun 1980 menjadi ±29 juta ton pada tahun 2014 (Gambar 2). Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 141

2 Gambar 1 : Perkembangan Luas Perkebunan Kelapa Sawit. Gambar 2 : Perkembangan CPO Indonesia Pertumbuhan produksi CPO Indonesia yang begitu cepat merubah posisi Indonesia pada pasar minyak sawit dunia. Pada tahun 2006, Indonesia berhasil menggeser Malaysia menjadi produsen CPO terbesar dan pada tahun 2014 pangsa Indonesia mencapai 53% dari produksi CPO dunia sedangkan Malaysia berada di posisi kedua dengan pangsa 33% seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3 : Perubahan Pangsa Indonesia dalam Prosuksi Minyak Sawit Dunia (*Produksi CPO dunia). Dari data yang didapatkan di atas kita dapat mengetahui bahwa cangkang kelapa sawit pada tahun 1965 sebesar ton, tahiun 1980 sebesar ton dan tahun ton ini merupakan sebagian dari limbah yang dihasilkan dari pengolahan industri minyak kelapa sawit yang pemanfaatannya belum maksimal. Pengolahan cangkang kelapa sawit menjadi arang aktif merupakan salah satu alternatif cara untuk menambah nilai ekonomis dari limbah tersebut. Selama ini pabrik pengolahan minyak goreng kelapa sawit menggunakan karbon aktif untuk menghilangkan bau, karbon aktif yang digunakan masih dibeli oleh pabrik pengolahan minyak goreng masih dibeli dengan harga tinggi. Arang aktif adalah karbon tak berbentuk yang diolah secara khusus untuk menghasilkan luas permukaan yang sangat besar, berkisar antara m 3 /gr [4]. Luas permukaan yang besar dari struktur dalam pori-pori karbon aktif dapat dikembangkan, struktur ini memberikan kemampuan karbon aktif menyerap (adsorb) gas-gas dan uap-uap dari gas dan dapat mengurangi zat-zat dari liquida. Daya serap karbon aktif akan semakin kuat bersamaan dengan meningkatnya konsentrasi dari aktifator yang ditambahkan. Hal ini memberikan pengaruh yang kuat untuk Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 142

3 mengikat senyawa-senyawa tar keluar melewati mikro pori-pori dari karbon aktif sehingga permukaan dari karbon aktif tersebut semakin lebar atau luas yang mengakibatkan semakin besar pula daya serap karbon aktif tersebut. Pada prakteknya di lapangan, pembuatan karbon aktif masih menggunakan metode konvensional. Metode ini masih menggunakan kiln drum dengan bahan baku yang dipadatkan didalamnya. Pada proses pembakarannya masih banyak material lain seperti daun kering atau sabut yang dibasahi dengan minyak yang diletakkan di dasar kiln untuk memancing api sebagai awal dari sumber pembakaran. Segera setelah tempurung pada dasar kiln terbakar, api mulai merambat ke bagian atas di tempat bahan baku berada. Gambar 4 : Tungku Konvensional. Pada proses konvensional masih banyak sekali terdapat kekurangan seperti asap pekat yang terlihat banyak secara kasat mata, panas pada bodi karena tidak adanya insulator, serta perlunya pemindahan bahan baku setelah proses pengarangan ke kiln untuk proses aktivasi. 2. Identifikasi Masalah 2.1 Rumusan Masalah Rumusan masalah yang didapatkan dari latar belakang diatas adalah sebagai berikut: 1. Masih minimnya pemanfaatan limbah cangkang kelapa sawit di Indonesia. 2. Belum adanya sebuah tungku pembuat karbon aktif yang metode pembuatannya dalam satu wadah tanpa harus memindahkan arang dari wadah proses pengarangan ke wadah proses aktifasinya. 3. Pembuatan karbon aktif secara konvensional masih menggunakan wadah yang terbuka dan belum memiliki saluran untuk gas buang yang baik. 2.2 Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada rancang bangun ini antara lain sebagai berikut: 1. Jenis cangkang kelapa sawit yang akan dijadikan arang pada tungku pirolisis adalah tipe dura dengan massa jenis 500 kg m. 2. Kapasitas tungku pirolisis yang akan dibuat adalah sebesar 10 kg, dengan menggunakan metode pirolisa untuk pembuatan arangnya dan bahan bakar yang digunakan adalah LPG dengan tekanan standar 145 psi. 3. Perhitungan perancangan mengenai pembuatan tungku pirolisis untuk membuat cangkang kelapa sawit pada tugas akhir ini hanya mencakup perhitungan untuk menentukan dimensi Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 143

4 reaktor pirolisis, dimensi tebal castable, diameter pipa gas buang serta perhitungan untuk mengetahui komsumsi gas LPG selama alat dioperasikan. 4. Pembuatan desain 3D, skema perambatan panas pada castable, skema aliran panas di ruang bakar dan gambar teknik pada alat ini menggunakan software SolidWorks. 5. Pengujian pada alat ini hanya dibatasi pada pengujian kinerja pada alat saja dan tidak membahas pada pengujian rambatan panas, pengujian kualitas karbon aktif serta pengujian efisiensi bahan bakar. 2.3 Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai dari rancang bangun tungku pirolisis ini adalah sebagai berikut: 1. Merancang dan mendapatkan dimensi dari tungku pirolisis untuk pembuatan arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan kapasitas 10 kg. 2. Dapat mengetahui laju alir gas buang dari ruang bakar tungku pirolisis dan mengetahui konsumsi gas LPG yang digunakan selama alat beroperasi. 3. Membuat tungku pembuat karbon aktif dengan bahan baku cangkang kelapa sawit dengan menggunakan metode pirolisa dengan kapasitas 10 kg. 4. Membuat tungku pembuat karbon aktif dimana proses pengarangan dan proses aktifasinya dapat dilakukan dalam satu wadah yang sama. 2.4 Cangkang Kelapa Sawit Kelapa sawit merupakan salah satu komoditas yang menjadi andalan di Indonesia yang perkembangannya cukup pesat. Dalam induatri pengolahan kelapa sawit atau Crude Palm Oil (CPO) akan diperoleh limbah industri. Limbah ini digolongkan menjadi limbah cair, padat, dan gas. Salah satu limbah padatnya adalah cangkang kelapa sawit itu sendiri. Cangkang kelapa sawit merupakan salah satu limbah yang jumlahnya mencapai 60% dari produksi minyak inti. Limbah cangkang kelapa sawit berwarna hitam keabuan, bentuk tidak beraturan, dan memiliki kekerasan cukup tinggi. Gambar 4 : Cangkang Kelapa Sawit. Cangkang sawit mengandung selulosa sebesar 45% dan hemiselulosa sebesar 26% yang baik untuk dimanfaatkan sebagai arang aktif [8]. Bahan organik yang mengandung lignin, hemiselulosa, dan selulosa dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif karena sangat efektif mengadsorpsi limbah cair. Selain itu lignin dan selulosa sebagian besar tersusun dari unsur karbon yang pada umumnya dapat dijadikan karbon. Cangkang sawit termasuk bahan berlignoselulosa berkadar karbon tinggi dan memiliki massa jenis lebih daripada kayu sebesar 1,4 g/ml. Dimana semakin besar massa jenis bahan baku, daya serap arang aktif yang dihasilkan akan semakin besar sehingga baik untuk dijadikan arang aktif. Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 144

5 Tabel 1: Karakteristik Cangkang Kelapa Sawit. No. Parameter Hasil (%) 1. Kadar air 7,8 2. Kadar abu 2,2 3. Kadar yang menguap 69,5 4. Karbon aktif murni 20,5 2.6 Pirolisis Dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Pirolisis adalah kasus khusus termolisis. Pirolisis ekstrim, yang hanya meninggalkan karbon sebagai residu, disebut karbonisasi. Proses ini merupakan peruraian dengan bantuan panas tanpa adanya oksigen atau dengan jumlah oksigen yang terbatas. Biasanya terdapat tiga produk dalam proses pirolisis yakni: gas (uap organik), pirolisis oil, dan arang. Uap organik yang dihasilkan mengandung karbon monoksida, metana, karbon dioksida, tar yang mudah menguap dan air. Uap organik kemudian dikondensasikan menjadi cairan. Cairan hasil pirolisis dikenal sebagai bio-oil. Tabel 2 : Jenis Pirolisis. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil pirolisis : 1) Suhu Pirolisis Suhu pirolisis berpengaruh terhadap hasil pirolisis, karena dengan bertambahnya suhu maka proses peruraian semakin sempurna. 2) Waktu Pirolisis Waktu pirolisis berpengaruh terhadap kesempatan untuk bereaksi.waktu pirolisis yang panjang akan meningkatkan hasil cair dan gas, sedangkan hasil padatnya akan menurun. Waktu yang dibutuhkan tergantung pada jumlah dan jenis bahan yang diproses. 3) Kadar Air Bahan Kadar air bahan yang tinggi akan menyebabkan timbulnya uap air dalam proses pirolisis yang mengakibatkan tar tidak bisa mengembun di dalam pendingin sehingga waktu yang digunakan untuk pemanasan semakin banyak. 4) Ukuran Bahan Ukuran bahan tergantung dari tujuan pemakaian, hasil arang dan ukuran alat yang digunakan. Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 145

6 2.7 Metode Metode yang digunakan dalam rancang bangun ini adalah : Studi literatur. Analisa data untuk penentuan dimensi tungku Proses analisa data dan pembuatan tungku Proses uji kinerja tungku pirolisis 3. Hasil Perhitungan Untuk mengetahui jumlah massa bahan bakar LPG yang digunakan untuk membuat arang cangkang kelapa sawit pada tungku pirolisis, dengan nilai kalor cangkang kelapa sawit sebesar 29021,98 kj kg dan dengan jumlah cangkang kelapa sawit yang akan di jadikan arang seberat 10 kg maka didapatkan massa LPG yang digunakan sebanyak 5,81 kg. dikarenakan efisiensi pembakaran tidak mencapai 100% maka massa LPG yang dibutuhkan sebanyak 6 kg. Telah diketahui berat jenis cangkang kelapa sawit adalah 500 kg m dengan kapasitas reaktor pirolisis yang akan dibuat adalah 10 kg, jika dari data yang diketahui : ρ m reaktor = 500 kg m = 10 kg Maka dapat diketahui volume reaktor dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : ρ = menjadi, V = V = = 0,02 m 3 Karena 1 m 3 = 1000 liter, maka : 0,02 m 3 x 1000 = 20 liter Kapasitas reaktor pirolisis yang diketahui untuk 10 kg cangkang kelapa sawit dengan berat jenis 500 kg m adalah 20 liter. Agar material bahan baku tidak terlalu penuh di dalam reaktor pirolisis maka volume reaktor ditambahkan sebesar 30% dari jumlah volume awal, sehingga volume totalnya sebagai berikut : 20 liter x 30% = 6 liter 6 liter + 20 liter = 26 liter Jadi volume total pada reaktor pirolisis yang telah ditambahkan sebesar 30 % adalah 26 liter. Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 146

7 Telah diketahui sebelumnya bahwa volume yang dibutuhkan reaktor pirolisis untuk 10 kg cangkang kelapa sawit dengan berat jenis 500 kg m adalah 26 liter. Dengan mengacu pada tinggi reaktor yang akan dibuat sebesar 500 mm maka untuk mengetahui jari-jari dari reaktor pirolisis ini adalah 130 mm. 3.1 Operation Process Chart (OPC) Didalam OPC terdapat prosedur urutan proses yang disajikan dalam bentuk flowchart, simbol simbol, dalam OPC ada lingkaran yang menjelaskan proses operasi, persegi menjelaskan proses inspeksi atau pengecekan, lingkaran didalam persegi menjelaskan proses perakitan. Gambar 5 : Operation Process Chart (OPC) Tungku Pirolisis. Proses manufaktur pada tungku pirolisis untuk membuat karbon aktif ini terdiri dari proses pengerolan dan penyambungan pada plat menggunakan metode pengelasan. Gambar 6 : Proses Pengerolan Plat. Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 147

8 Gambar 7 : Proses Penyambungan Plat dengan Metode Pengelasan. adapun dengan skema aliran pada ruang bakar sebagai berikut, 4. Kesimpulan Gambar 8 : Skema Aliran di-dalam Ruang Bakar. Dari proses pembuatan, perhitungan dan penulisan penelitian ini, maka didapatkan kesimpulan: 1. Dimensi dari reaktor pirolisis berupa jari-jari reaktor 130 mm, tinggi reaktor 500 mm, jarak antara reaktor dan castable 50 mm, ketebalan castable 64 mm, tinggi keseluruhan tungku pirolisis 1330 mm, diameter saluran gas buang 144 mm. Dengan ketebalan plat untuk reaktor adalah 5 mm dan ketebalan plat untuk bodi luar tungku adalah 8 mm. 2. Laju aliran gas buang yang di dapatkan adalah sebesar 2,77 kg/s serta konsumsi gas LPG selama 4 jam operasi sebesar 5,81 kg dan dibulatkan menjadi 6 kg. 3. Dibuatnya tungku pirolisa untuk membuat karbon aktif dari bahan baku cangkang kelapa sawit kapasitas 10 kg sesuai dengan dimensi yang telah dicari. Dokumentasi terlampir. 4. Dibuatnya sebuah tungku untuk membuat karbon aktif yang dimana proses pengarangannya dan proses aktifasinya dapat dilakukan dalam satu wadah yang sama. Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 148

9 Daftar Pustaka Cheremisinoff, P. W. & Ellerbusch, F. (1978). Carbon Adsorption Applications, Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbor Science Publishers, Inc, Michigan; 7-8. Kurniati, E. (2008). Pemanfaatan Cangkang Kelapa Sawit Sebagai Arang Aktif. Jurnal Penelitian Ilmu Teknik, Vol. 8, No. 2. Kementerian Pertanian RI. (2014). Statistik Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia Marsh, Harry & Rodriguez-Reinoso, F. (1978). Activated Carbon. London: Elsevier, Sudrajat, R. & Salim, S. (1994). Petunjuk Pembuatan Arang Aktif: Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan. Prosiding KITT (Konferensi Ilmiah Teknologi Texmaco) Vol 1, 2018 Hal. 149