PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN STATIC IN-LINE

Transkripsi

1 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 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013

2 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 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013

3 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, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Medan, Agustus 2013 Juliananta Sitepu NIM i

4

5 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. iii

6 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 iv

7 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. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Juliananta Sitepu NIM: 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 SMP Negeri 1 Kuala SMA Negeri 1 Kuala Tahun Pengalaman Organisasi / Kerja 1. HIMATEK FT-USU periode sebagai Angoota Bidang Sosial & Rohani vi

9 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). Kata Kunci : POME, static in-line mixer, biogas, TS, VS vii

10 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 viii

11 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 LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA PERKEBUNAN KELAPA SAWIT LIMBAH PABRIK KELAPA SAWIT PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) SPESIFIKASI PALM OIL MILL EFFLUENT PENGOLAHAN PALM OIL MILL EFFLUENT ALTERNATIF KONVERSI POME MENJADI BIOGAS MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS PARAMETER FERMENTASI FERMENTASI ANAEROBIK 14 ix

12 2.8 NILAI POTENSIAL BIOGAS BERBAGAI PENELITIAN FERMENTASI POME MENJADI BIOGAS YANG TELAH DILAKUKAN FERMENTASI POME DENGAN RECYCLE SLUDGE MIXING TANK STATIC MIXER STATIC IN-LINE MIXER DALAM PENELITIAN BERBAGAI PENELITIAN YANG MENGGUNAKAN STATIC MIXER STUDI PILOT PLANT ANALISA EKONOMI 33 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN BAHAN UTAMA BAHAN ANALISA PERALATAN PERALATAN UTAMA TANGKI UMPAN BIOREAKTOR STATIC IN-LINE MIXER TANGKI PENGENDAP TANGKI PENANGKAP BIOGAS KOMPRESR DAN TANGKI BERTEKANAN TINGGI GAS METER CONTROL PANEL PERALATAN ANALISA TAHAPAN PENELITIAN PROSEDUR PENGAMBILAN SAMPEL PROSEDUR PEMBUATAN METAL SOLUTION PREPARASI UMPAN 45 x

13 3.4.4 LOADING UP DAN OPERASI TARGET PENGUJIAN SAMPEL 45 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENGARUH PENGGUNAAN STATIC INLINE MIXER TERHADAP TS DAN VS PERFORMANCE BIOREAKTOR BERDASARKAN NILAI TS & VS PRODUKSI BIOGAS ALKALINITAS DAN DERAJAT KEASAMAN (ph) BIOREAKTOR PENGARUH PERUBAHAN COD TERHADAP PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 58 DAFTAR PUSTAKA 59 LAMPIRAN A 62 LAMPIRAN B 68 xi

14 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 xii

15 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 xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit Tabel 2.2 Volume dan Nilai Ekspor Kelapa Sawit Tahun 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 xiv

17 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 xv

18 DAFTAR SINGKATAN POME CPO TKKS TBS HRT TS VS PKS PTPN BOD COD ph SIM MT Palm Oil Mill Effluent Crude Palm Oil Tandan Kosong Kelapa Sawit Tandan Buah Segar Hydraulic Retention Time Total Solid Volatil Solid Pabrik Kelapa Sawit Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara Biochemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand Power of Hydrogen Static in Line Mixer Mixing Tank xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Ha Luas areal suatu perkebunan NH 4 -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 % CH 4 Metana L/hari CO 2 Karbon dioksida H 2 S Hidrogen sulfida O 2 CO H 2 O NR e SSC YNU YMX L/D C/N HCl NaHCO 3 Fe Ni Co Oksigen Karbon monoksida Air Bilangan Reynold Bentuk static in-line mixer Bentuk static in-line mixer Bentuk static in-line mixer Panjang per diameter Rasio karbon per nitrogen Asam klorida Natrium bikarbonat Besi Nikel Cobalt Kecepatan putaran Rpm Vol Volume Liter R Regresi xvii

20 T Temperatur Q Panas KJ m Massa Kg Cp Kapasitas panas (KJ.Kg C -1 ) 0 C xviii