ANALISA KEBUTUHAN UAP PADA STERILIZER PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN LAMA PEREBUSAN 90 MENIT Tekad Sitepu Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Abstrak Sterilizer yang digunakan dengan panjang 25 m, diameter dalam 1.875 mm, dan diameter luar 1.895 mm. Tebal dinding sterilizer 10 mm, dan dapat memuat sebanyak 9 lori dengan kapasitas 2,5 Ton TBS untuk masing masing lori. Jenis sterilizer yang digunakan adalah sterilizer horizontal dengan tekanan uap antara 2,5 kg/cm 2 s/d 4,0 kg/cm 2 dan temperatur uap antara 120 o C s/d 140 o C. Sterilizer ini menggunakan sistem perebusan triple peak atau sistem tiga puncak perebusan dengan waktu perebusan TBS selama 90. Analisa kebutuhan uap dilakukan dengan kandungan uap pada air kondensat: 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%. Kebutuhan uap berbeda-beda berdasarkan perbandingan kualitas uap yang keluar dari sterilizer pada masing-masing puncak perebusan. Kata Kunci: sterilizer PENDAHULUAN Tahap pengolahan Tandan Buah Segar (TBS) yang pertama adalah proses perebusan atau sterilisasi yang dilakukan dalam bejana bertekanan (sterilizer) dengan menggunakan uap air jenuh (saturated steam). Penggunaan uap jenuh memungkinkan terjadinya proses hidrolisa/penguapan terhadap air di dalam buah, jika menggunakan uap kering akan dapat menyebabkan kulit buah hangus sehingga menghambat penguapan air dalam daging buah dan dapat juga mempersulit proses pengempaan. Oleh karena itu, pengontrolan kualitas uap yang dijadikan sebagai sumber panas perebusan menjadi sangat penting agar diperoleh hasil perebusan yang sempurna. Media pemanas yang di pergunakan adalah uap basah yang berasal dari sisa pembuangan turbin uap yang bertekanan ± 3 kg/cm 2 dan temperatur 132,88 0 C. Bila temperatur yang digunakan diatas 132,88 o C saat perebusan akan mengakibatkan buah menjadi hangus atau kegosongan sehingga kualitas minyak CPO rusak dan bila menggunakan suhu dibawah 132,88 o C saat perebusan akan mengakibatkan enzim-enzim pada buah tidak mati dan masih banyak mengandung kadar air. TINJAUAN PUSTAKA 1. Tujuan Perebusan: Keberhasilan dalam proses perebusan akan mendukung kemudahan-kemudahan dalam proses selanjutnya, baik di stasiun Thressing, Press, Digester dan lain-lain. Fungsi dari Sterilizer untuk melakukan proses perebusan buah TBS sebelum di proses menjadi minyak, dengan tujuan adalah: a. Menghentikan Aktifitas Enzim Buah yang dipanen mengandung enzim lipase dan oksidase yang tetap bekerja di dalam buah sebelum enzim tersebut dihentikan. Enzim Lipase bertindak sebagai katalisator dalam pembentukan asam lemak bebas (ALB) sedangkan enzim oksidasi berperan dalam pembentukan peroksida yang kemudian berubah menjadi gugus aldehide dan kation. Senyawa tersebut bila teroksidasi akan terbentuk asam lemak bebas. Jadi asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak sawit merupakan 27
hasil kerja enzim lipase dan oksidase. Aktifitas enzim semakin tinggi apabila buah TBS mengalami kememaran (luka). Enzim umumnya tidak aktif lagi bila dipanaskan sampai suhu >50 0 C. Maka perebusan dengan suhu >120 0 C sekaligus menghentikan kegiatan enzim. b. Melepaskan Buah dari Tandannya Minyak dan inti sawit terdapat dalam buah, dan untuk mempermudah proses ekstraksi minyak, buah perlu dipisahkan dari tandannya. Pelepasan buah dari tandannya karena adanya hidrolisa pektin yang terjadi dipangkal buah. Jadi Hidrolisa pektin ini telah terjadi secara alam dilapangan yang menyebabkan buah membrondol. Hidrolisa pektin dapat terjadi pula didalam Sterilizer, dengan adanya reaksi yang dipercepat oleh pemanasan. Panas dan uap didalam sterilizer akan meresap ke dalam buah karena adanya tekanan. Hidrolisa pektin dalam tangkai tidak seluruhnya menyebabkan pelepasan buah, oleh karena itu perlu dilakukan proses perontokan buah didalam mesin Tressing. c. Menurunkan Kadar Air Proses Sterilisasi buah dapat menyebabkan penurunan kadar air buah dan inti, yaitu dengan cara penguapan baik dari dalam saat direbus maupun saat sebelum dimasukkan ke Tressing. Interaksi penurunan kadar air dan panas dalam buah akan menyebabkan minyak sawit dari antara sel dapat bersatu dan mempunyai viskositas yang rendah sehingga mudah /dikeluarkan dalam proses pengempaan (proses ekstraksi minyak. d. Melunakkan Buah Sawit Perikarp (kulit buah) yang mendapatkan perlakuan panas dan tekanan akan menunjukkan sifat, dimana serat yang mudah lepas antara serat yang satu dengan yang lain. Hal ini akan mempermudah proses didalam Digester dan Depericarper/Polishing. Karena adanya panas dan tekanan tersebut maka air yang terkandung dalam inti akan menguap lewat mata biji sehingga proses pemecahan biji lebih mudah dalam Rippel Mill. e. Melepaskan serat dan biji Perebusan buah yang tidak sempurna dapat menimbulkan kesulitan pelepasan serat dari biji dalam polishing drum, yang menyebabkan pemecahan biji lebih sulit dalam alat pemecah biji. Penetrasi uap yang cukup baik akan membantu proses pemisahan serat perikarp dan biji, yang dipercepat oleh proses hidrolisis. f. Membantu proses pelepasan inti dari cangkang Perebusan yang sempurna akan menurunkan kadar air biji hingga 15 %. Kadar biji yang turun hingga 15 % akan menyebabkan inti susut sedangkan tempurung biji tetap, maka terjadi inti yang lekang dari cangkang. Hal ini akan membantu proses fermentasi didalam Nut Silo, sehingga pemecahan biji dapat berlangsung dengan baik, demikian juga pemisahan inti dan cangkang dalam proses pemisahan kering atau basah dapat menghasilkan inti yang mengandung kotoran yang lebih kecil. 2. Sistem Perebusan Sistem perebusan yang dipilh harus sesuai dengan kemampuan boiler memproduksi uap, dengan sasaran bahwa tujuan perebusan dapat tercapai. Sistem perebusan yang lazim dikenal di Pabrik Kelapa Sawit (PKS) adalah single peak, double peak, tripple peak. Sistem perebusan triple peak banyak digunakan, selain berfungsi sebagai tindakan fisika juga dapat terjadi proses mekanik yaitu adanya goncangan yang disebabkan oleh perubahan tekanan yang cepat. a. Sterilizer Single Peak Proses perebusan yang dilakukan hanya satu tahap. Uap masuk sesuai dengan waktu yang ditentukan, sampai tercapai tekanan konstan dan kemudian turun, dan uap dibuang dari ruang perebusan. 28
6. Selesai c. Sterilizer Tripple Peak Proses perebusan dilakukan dengan tiga tahap pemasukan uap, demikian juga dengan tiga tahap pembuangan kondensat (uap air). Proses ini digambarkan sebagai berikut; Sistem Perebusan Single Peak adalah 1. Menaikkan tekanan uap Puncak I dari 0 2 kg/cm 2 selama ± 10 2. Dilakukan penahanan waktu perebusan selama ± 45 3. Dilakukan pembuangan uap dari 2 0 kg/cm 2 ; buang air kondensat ± 5 4. Selesai b. Sterilizer Double Peak Proses perebusan dilakukan dengan dua tahap pemasukan uap, demikian juga dengandua tahap pembuangan kondensat (uap air). Proses ini digambarkan sebagai berikut. Sistem Perebusan Double Peak adalah 1. Menaikkan tekanan uap Puncak I dari 0 2 kg/cm 2 selama ± 10 2. Dilakukan pembuangan uap dari 2 0 kg/cm 2 ; buang air kondensat ± 2 3. Menaikkan tekanan uap Puncak II dari 0 2.6 kg/cm 2 selama ± 12 4. Dilakukan penahanan waktu perebusan selama ± 45 5. Dilakukan pembuangan uap dari 2.6 0 kg/cm 2 ; buang air kondensat ± 5. Sistem Perebusan Tripple Peak adalah 1. Menaikkan tekanan uap Puncak I dari 0 2 kg/cm 2 selama ± 8 2. Dilakukan pembuangan uap dari 2 0 kg/cm 2 ; buang air kondensat ± 4 3. Menaikkan tekanan uap Puncak II dari 0 2.6 kg/cm 2 selama ± 12 4. Dilakukan pembuangan uap dari 2.6 0 kg/cm 2 ; buang air kondensat ± 7 5.. Menaikkan tekanan uap Puncak III dari 0 3 kg/cm 2 selama ± 14 6. Dilakukan penahanan waktu perebusan selama ± 45 7. Dilakukan pembuangan uap dari 3 0 kg/cm 2 ; buang air kondensat ± 5 8. Selesai 3. Lama Perebusan Perebusan membutuhkan waktu penetrasi uap hingga kebagian tandan yang paling dalam. Untuk tandan yang beratnya 3-6 kg dengan suhu uap 100 o C membutuhkan waktu 25-30 untuk mencapai tempratur 100 o C pada bagian dalam buah. Sedangkan untuk tandan yang beratnya 17 kg membutuhkan waktu penetrasi 50. 29
Hubungan waktu perebusan dengan efisiensi ekstraksi minyak adalah a. Semakin lama perebusan buah maka jumlah buah yang terpipih semakin tinggi, atau persentase tandan yang tidak terpipil semakin rendah. b. Semakin lama perebusan buah maka biji semakin masak dan menghasilkan biji yang lebih mudah pecah dan sifat lekang. c. Semakin lama perebusan buah maka maka kehilangan minyak dalam air kondensat semakin tinggi. d. Semakin lama perebusan buah maka kandungan minyak dalam tandan kosong semakin tinggi yaitu terjadinya penyerapan minyak oleh tandan kosong akibat terdapatnya rongga rongga kosong. e. Semakin lama perebusan buah maka mutu minyak sawit akan semakin menurun. 4. Kandungan Tandan Buah Segar: Tandan buah sawit yang akan direbus mempunyai kandungan: Kandungan Persentase (%) Massa,m (kg/jam) Panas jenis, Cp (KkaL/kg o C) sumber:http://maintenancepalmoil.blogspot.com) 5. Kecepatan Aliran Kalor dan Kebutuhan Uap: Dalam sistem dua dimensi, dimana hanya dua batas suhu, dapat didefinisikan faktor bentuk konduksi S sehingga dapat diperoleh rumus mencari aliran kalor sebagai berikut: q = k.s. T. lit 5, hal 72 dimana : q = Aliran Kalor k = konduktifitas termal untuk uap air (jenuh) M.Cp (KkaL/k g o C) Air Cangkang Inti Lumpur Minyak Serabut Tandan kosong 12 6 5 11 3.600 1.800 1.500 3.300 1,00 0,45 0,38 0,53 0,35 0,43 0,40 3.600 810 570 2.310 3.498 1.419 2.640 Jumlah 100 30.000 14.847 = 0,0206 W/m. o C S = faktor bentuk konduksi T = Selisih temperatur ( o C) yaitu selisih temperatur uap masuk sterilizer dengan temperatur udara standart (atmosfer) Nilai S untuk beberapa bentuk geometri dapat ditentukan, dimana faktor bentuk yang digunakan adalah silinder bolong dengan panjang L yaitu 2 L S.. lit 5, hal 74 r ln 0 r i Dimana : S = Faktor bentuk konduksi L = Panjang Silinder Sterilizer (m) r o = jari jari luar sterilizer (m) r i = jari jari dalam sterilizer (m) Kebutuhan uap dihitung berdasarkan besarnya panas yang diperlukan pada sterilizer m u Qtot h h g x Dimana: m u = masa aliran uap (kg/jam) Q tot = panas yang diperlukan untuk proses perebusan (Kkal/jam) h g = enthalpy uap masuk sterilizer (Kkal/kg) h x = entahpy kondensate keluar sterilizer (Kkal/kg) METODOLOGI Analisa kebutuhan uap dengan menggunakan perangkat lunak komputer. Sistem perebusan menggunakan tripple peak.analisa dengan dua kondisi tekanan uap masuk, yaitu: 1.. Kondisi A: Tekanan 2,0 kg/cm 2, tekanan 2,6 kg/cm 2, dan tekanan 3,0 kg/cm 2. Kualitas uap keluar sterilizer: 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 2. Kondisi B; Tekanan 1,0 kg/cm 2, tekanan 3,4 kg/cm 2, dan tekanan 4,0 kg/cm 2 30
Kualitas uap keluar sterilizer: 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% PEMBAHASAN: Kebutuhan uap untuk kondisi A (Tekanan 2,0 kg/cm 2, tekanan 2,6 kg/cm 2, dan tekanan 3,0 kg/cm 2 ) seperti grafik 1 Grafik 2. Hubungan Kebutuhan Uap Vs Waktu Perebusan Kondisi II Grafik 1. Hubungan Kebutuhan Uap Vs Waktu Perebusan Kondisi I Dari grafik diatas dapat di analisa perbandingan kebutuhan uap tiap-tiap tahap rebusan dan total kebutuhan uap yaitu : 1. Pada tiap-tiap rebusan yaitu tahap rebusan I, II, dan III telah terjadi penurunan kebutuhan uap sterilizer baik itu pada kualitas uap 0 % air hingga kualitas uap 25 % air. 2. Pada kualitas uap 25 % air kebutuhan uap sterilizer lebih besar dari kebutuhan uap pada kualitas uap < 25% air. 3. Kebutuhan uap tahap rebusan III < kebutuhan uap tahap rebusan II < kebutuhan uap tahap rebusan I. Kebutuhan uap untuk kondisi B (Tekanan 1,0 kg/cm 2, tekanan 3,4 kg/cm 2, dan tekanan 4,0 kg/cm 2 ) seperti grafik 2 Berdasarkan grafik diatas dapat kita analisa perbandingan kebutuhan uap tiap-tiap tahap rebusan dan total kebutuhan uap yaitu : 1. Pada tahap rebusan II telah terjadi kenaikan kebutuhan uap sterilizer baik itu pada kualitas uap 0 % air hingga kualitas uap 25 % air. 2. Pada kualitas uap 25 % air kebutuhan uap sterilizer lebih besar dari kebutuhan uap pada kualitas uap < 25% air. 3. Pada tahap rebusan III kebutuhan uap sterilizer < dari kebutuhan uap sterilizer tahap rebusan I. KESIMPULAN 1. Kebutuhan uap akan meningkat pada pengeluaran kondesate dengan kualitas lebih besar. Sebaliknya kebutuhan uap akan menurun apabila kualitas uap di kondensate mendekati nol. 2. Bertambahnya tekanan uap masuk sterilizer maka kebutuhan uap relative bertambah. DAFTAR PUSTAKA 1. Naibaho P.M Ir Dr, Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit, Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan 1996 2. J.P.Holman, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga Jakarta 1991 3. William C.Reynolds & Henry C.Perkins, Termodinamika Teknik, Edisi Kedua, Erlangga Jakarta 1994 4. Internet, Sterilizer denosan.com 5. Internet, Modul Sterilizer/Perebusan html 31