PRA RANCANGAN PABRIK

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOGAS DAN PUPUK CAIR DARI PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KONSEP ZERO EMISI DENGAN KAPASITAS 60 TON TBS /JAM TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Disusun Oleh : MICHAEL VINCENT NIM : 070405027 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan anugerah-nya penulis diberikan petunjuk dan jalan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Adapun judul tugas akhir ini adalah Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas dan Pupuk Cair dari Pengolahan Limbah Cair Kelapa Menggunakan Konsep Zero Emisi dengan 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. Ir. Irvan, MSi selaku dosen Pembimbing I dan sekaligus Ketua Departemen Teknik Kimia. 2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku dosen pembimbing II. 3. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT. selaku Koordinator Tugas Akhir 5. Orang Tua yang telah banyak berkorban dan memberikan didikan serta doa untuk penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan pengurus administrasi Departemen Teknik Kimia. 7. Partner penulis Voni Zuliana, terima kasih banyak atas kerja samanya. 8. Sahabat-sahabat penulis : Hermiati, Tomas Y.E.T, Rusli yang telah mendukung dalam penulisan tugas akhir ini. 9. Abang, Kakak, Teman dan Adek stambuk atas setiap informasi, saran dan dukungan yang diberikan dalam penyusunan tugas akhir ini.

10. Dan seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam melaksanakan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Pada akhirnya demi kesempurnaan skripsi ini penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif dari semua pihak. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak. Medan, Mei 2012 Penulis (MICHAEL VINCENT)

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 dan pupuk cair. 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. Limbah dari pengolahan biogas ini kemudian dapat dibuat menjadi pupuk cair. Kelebihan dari pupuk cair ini selain dapat mengurangi limbah dari PKS, juga ramah lingkungan. Pra rancangan pabrik pembuatan biogas menjadi energi listrik ini direncanakan menghasilkan listrik dengan kapasitas 12,3882 MWh/hari dan pupuk cair dengan kapasitas 706.069,0845 kg/hari, beroperasi selama 365 hari dalam satu tahun. Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di Perbaungan, Sumatera Utara dengan luas areal 3.400 m 2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 44 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 9.284.234.197.286,- Total Biaya Produksi : Rp 3.975.910.277.739,- Hasil Penjualan : Rp 6.470.010. 554.063,- Laba Bersih : Rp 1.658.594.183.755,- Profit Margin (PM) : 36,62 % Break Even Point (BEP) : 61,45 % Return on Investment (ROI) : 20,48 % Pay Out Time (POT) : 4,88 tahun

Return on Network (RON) : 29,77 % Internal Rate of Return (IRR) : 27,21 % Dari hasil evaluasi ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan biogas dan pupuk cair ini layak untuk didirikan.

DAFTAR ISI Hal KATA PENGANTAR... i INTISARI... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB I PENDAHULUAN... I-1 1.1 Latar Belakang... I-1 1.2 Perumusan Masalah... I-2 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik... I-3 1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II-1 2.1 Pengertian Limbah Cair... II-1 2.2 Pengertian Pupuk Organik Cair... II-1 2.3 Pengertian Biogas... II-3 2.4 Sejarah Biogas... II-4 2.5 Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Anaerobik... II-5 2.5.1 Temperatur... II-5 2.5.2 Derajat Keasaman (ph)... II-6 2.5.3 Ketersediaan Unsur Hara... II-6 2.5.4 Alkalinitas... II-7 2.6 Tahapan Metabolisme dalam Degradasi Anarobik... II-7 2.6.1 Hidrolisis... II-7 2.6.2 Asidogenesis... II-7 2.6.3 Asetogenesis... II-8 2.6.4 Metagenesis... II-8 2.7 Palm Oill Mill Effluent (POME)... II-9 2.8 Pengaruh Sistem Recycle Terhadap Proses Pengolahan POME... II-12

BAB III BAB IV 2.9 Deskripsi Proses dan Sifat-sifat Bahan Baku... II-13 2.9.1 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Pembuatan Pupuk Cair dari Limbah Cair Kelapa Sawit... II-13 2.9.2 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk... II-14 2.9.2.1 Ferro Klorida (FeCl 2 )... II-14 2.9.2.2 Natrium Karbonat (NaHCO 3 )... II-14 2.9.2.3 Nikel (II) Klorida (NiCl 2 )... II-15 2.9.2.4 Kobalt (II) Klorida (CoCl 2 )... II-15 2.9.2.5 Metana (CH 4 )... II-15 2.9.2.6 Karbondioksida (CO 2 )... II-15 NERACA MASSA... III-1 3.1 Tangki Neutralisasi... III-1 3.2 Tangki Pencampur... III-1 3.3 Reaktor Fermentasi... III-2 3.4 Bak Sedimentasi... III-2 3.5 Water Trap... III-3 3.6 Desulfurisasi... III-3 3.7 Generator... III-4 3.8 Reaktor Fermentasi... III-4 3.9 Bak Sedimentasi... III-5 3.10 Tangki Pencampur... III-5 NERACA ENERGI... IV-1 4.1 Tangki Neutraliser (M-01)... IV-1 4.2 Tangki Pencampur (M-02)... IV-1 4.3 Fermentor (R-01/R-02)... IV-2 4.4 Fermentor (R-03)... IV-2 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN... V-1 5.1 Bak Umpan POME (BP-01)... V-1 5.2 Pompa Umpan POME (P-01)... V-1 5.3 NaHCO 3 Screw Conveyor (T-01)... V-2 5.4 FeCl 2 Screw Conveyor (T-02)... V-2 5.5 NiCl 2 Screw Conveyor (T-02)... V-2

5.6 CoCl 2 Screw Conveyor (T-02)... V-2 5.7 Tangki Neutralisasi (M-01)... V-3 5.8 Pompa Neutralisasi (P-02)... V-3 5.9 Pompa Sedimentasi (P-05)... V-4 5.10 Tangki Pencampur (M-02)... V-4 5.11 Pompa Umpan Bioreaktor Berpengaduk (P-04)... V-4 5.12 Fermentor (R-01)... V-5 5.13 Pompa Umpan Reaktor Floating Roof (P-03)... V-6 5.14 Bioreaktor Floating roof (R-02)... V-6 5.15 Bak Sedimenatsi (RC-01)... V-7 5.16 Water Trap(DT-01)... V-7 5.17 Desulfuriser (D-01)... V-8 5.18 Generator (GE-01)... V-8 5.18.1 Kompresor... V-8 5.18.1 Turbin... V-9 5.19 Bak Umpan POME (BP-02)... V-9 5.20 Pompa Bak Penampungan (P-06)... V-10 5.21 Fermentor (R-03)... V-10 5.22 Bak Sedimentasi (RC-02)... V-11 5.23 Pompa Sedimentasi (P-07)... V-11 5.24 Tangki Pencampur (M-03)... V-12 5.25 Pompa Tangki Penyimpan (P-08)... V-12 5.26 Tangki Penyimpan (TT-01)... V-13 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA... VI-1 6.1 Instrumentasi... VI-1 6.1.1 Tujuan Pengendalian... VI-2 6.1.2 Syarat Perancangan Pengendalian... VI-7 6.2 Keselamatan Kerja Pabrik... VI-14 BAB VII UTILITAS... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam)... VII-1 7.1.1 Kebutuhan Air Pemanas... VII-1 7.1.2 Kebutuhan Air Pendingin... VII-2

7.2 Kebutuhan Listrik... VII-3 7.3 Limbah Pabrik Pembuatan Biogas... VII-5 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik... VIII-1 8.1.1 Faktor Primer/Utama... VIII-2 8.1.2 Faktor Sekunder... VIII-3 8.2 Tata Letak Pabrik... VIII-7 8.3 Perincian Luas Tanah... VIII-8 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN... IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan... IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis... IX-2 9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil... IX-2 9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf... IX-3 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf... IX-3 9.2 Manajemen Perusahaan... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab... IX-7 9.5 Struktur Tenaga Kerja... IX-7 9.5.1 Pembagian Struktur Tenaga Kerja... IX-7 9.5.2 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan... IX-8 9.5.3 Hak dan Kewajiban Karyawan... IX-9 9.5.4 Keselamatan Kerja... IX-11 BAB X EVALUASI EKONOMI... X-1 10.1 Modal Investasi... X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap/Fixed Capital Investment (FCI)... X-1 10.1.2 Modal Kerja/Working Capital (WC)... X-3 10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC)... X-4 10.2.1 Biaya Tetap (BT)/Fixed Cost (FC)... X-4 10.2.2 Biaya Variabel (BV)/Variable Cost (VC)... X-4 10.3 Total Penjualan (Total Sales)... X-5 10.4 Bonus Perusahaan... X-5 10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha... X-5

10.6 Analisa Aspek Ekonomi... X-5 10.6.1 Profit Margin (PM)... X-5 10.6.2 Break Even Point (BEP)... X-6 10.6.3 Return On Investment (ROI)... X-6 10.6.4 Pay Out Time (POT)... X-6 10.6.5 Return On Network (RON)... X-7 10.6.6 Internal Rate of Return (IRR)... X-7 BAB XI KESIMPULAN... XI-1 DAFTAR PUSTAKA...

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-1 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

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-7 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 2000... LD-13 Tabel LD.9 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UU RI No. 17 Tahun 2000.. LD-13 Tabel LD.10 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)... LD-22

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

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