PRA RANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik OLEH : EDWARD HARIANJA NIM : 080425041 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2010
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Sains Teknik OLEH : EDWARD HARIANJA NIM : 080425041 Telah Diperiksa/Disetujui Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II (Dr.Ir.Iriany, M.Si) (Dr.Eng.Ir.Irvan, M.Si) NIP. 19640613 199003 2 001 NIP. 19680820 199501 1 001 Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir (Dr.Eng.Ir.Irvan, M.Si) NIP. 19680820 199501 1 001 PROGRAM STUDI EKSTENSI TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2010
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN KAPASITAS 15.000 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik OLEH : EDWARD HARIANJA NIM : 080425041 Telah Diperiksa/Disetujui Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II (Dr.Ir.Iriany, M.Si) (Dr.Eng.Ir.Irvan, M.Si) NIP. 131882286 NIP. 132126842 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dosen Penguji III (Dr.Ir.Iriany, M.Si) (Ir.Renita Manurung, MT) (Rondang Tambun, ST. MT) NIP. 131882286 NIP. 132164646 NIP.132282133 Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir (Dr.Eng.Ir.Irvan, M.Si) NIP. 132126842 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2010
KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan dan kesabaran kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Pra Rancangan Pabrik Biodiesel dari Minyak Jelantah kapasitas 15.000 ton/tahun. Tugas Akhir ini ditulis untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini Penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan fasilitas dari berbagai pihak yaitu: 1. Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi, selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan masukan, arahan dan bimbingan selama menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi, selaku Dosen Pembimbing II dan juga Koordinator Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan masukan kepada Penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Ibu Ir.Renita Manurung, MT, selaku Ketua Departemen Teknik Kimia. 4. Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia atas ilmu yang diberikan kepada Penulis sehingga Penulis dapat mengerjakan Tugas Akhir ini. 5. Para Pegawai Departemen Teknik Kimia atas bantuan dan kemudahan administratif yang diberikan. 6. Orang Tua Penulis atas doa, bimbingan, nasehat dan materi yang diberikan hingga saat ini. 7. Rekan Penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir yakni Rini Tri Astuti. 8. Sahabat Penulis Roberto Hutapea dan Zulham Lubis yang selalu memberikan dukungan dan semangat. 9. Seluruh teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang juga telah memberikan semangat kepada penulis untuk tidak menyerah.
Penulis menyadari Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dikarenakan keterbatasan pengetahuan dan pengalaman Penulis, untuk itu Penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga Tugas Akhir ini bisa bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Juni 2010 Penulis, (Edward Harianja)
INTI SARI Pabrik Biodiesel dari Minyak Jelantah ini direncanakan berkapasitas bahan baku minyak jelantah 15.000 ton/tahun dengan hari operasi 320 hari/tahun. Lokasi pabrik direncanakan didirikan di daerah Kecamatan Labuhan Deli yang merupakan hilir Sungai Deli, Sumatera Utara dengan luas 13.230 m 2. Tenaga kerja yang dibutuhkan dalam pengoperasian pabrik ini berjumlah 100 orang karyawan dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dan struktur organisasi adalah sistem garis. Hasil analisa terhadap aspek ekonomi pabrik ini adalah sebagai berikut: a. Total modal investasi : Rp. 130.924.651.310,- b. Biaya Produksi (per tahun) : Rp. 44.491.648.262,- c. Hasil penjualan (per tahun) : Rp. 120.576.275.800,- d. Laba bersih : Rp. 53.246.739.277,- e. Profit Margin (PM) : 63,10 % f. Break Even Point (BEP) : 30,31 % g. Return on Investment (ROI) : 23,20 % h. Pay Out Time (POT) : 4,3 tahun i. Return on Network (RON) : 33,15 % j. Internal Rate of Return (IRR) : 31,72 % Dari hasil analisa aspek ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa perancangan pabrik pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah berkapasitas 15.000 ton/tahun layak untuk didirikan.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR. INTISARI DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR.. i iii iv viii xii BAB I PENDAHULUAN... I-1 1.1 Latar Belakang... I-1 1.2 Perumusan Masalah... I-2 1.3 Tujuan Perancangan Pabrik... I-2 1.4 Manfaat Perancangan... I-2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DESKRIPSI PROSES... II-1 2.1 Biodiesel... II-1 2.2 Proses Esterifikasi-Transesterifikasi (Estrans)... II-3 2.3 Minyak Jelantah... II-5 2.4 Seleksi Proses... II-6 2.5 Deskripsi Proses... II-7 2.6 Penentuan Kapasitas Minyak Jelantah... II-8 BAB III NERACA MASSA... III-1 3.1.1 Neraca Massa di Filter Press (FP-101)... III-1 3.1.2 Neraca Massa di Reaktor Esterifikasi (R-101)... III-2 3.1.3 Neraca Massa di Tangki Pencuci (TP-101)... III-2 3.1.4 Neraca Massa di Dekanter (D-101)... III-3 3.1.5 Neraca Massa di Destilasi Flash (DF-101)... III-3 3.1.6 Neraca Massa di Vacuum Dryer (VD-101)... III-4 3.1.7 Neraca Massa di Mixer (M-101)... III-4 3.1.8 Neraca Massa di Reaktor Transesterifikasi (R-102)... III-5 3.1.9 Neraca Massa di Dekanter (D-102)... III-5 3.1.10 Neraca Massa di Destilasi Flash (DF-102)... III-6
3.1.11 Neraca Massa di Kondensor (HE-102)... III-6 3.1.12 Neraca Massa di Tangki Pencuci (TP-102)... III-7 3.1.13 Neraca Massa di Dekanter (D-103)... III-7 BAB IV NERACA PANAS... IV-1 4.1.1 Neraca Panas di Reaktor Esterifikasi (R-101)... IV-2 4.1.2 Neraca Panas di Tangki Pencuci (TP-101)... IV-2 4.1.3 Neraca Panas di Destilasi Flash (DF-101)... IV-2 4.1.4 Neraca Panas di Vacuum Dryer (VD-101)... IV-3 4.1.5 Neraca Panas di Cooler (HE-101)... IV-3 4.1.6 Neraca Panas di Reaktor Transesterifikasi (R-102)... IV-3 4.1.7 Neraca Panas di Destilasi Flash (DF-102)... IV-4 4.1.8 Neraca Panas di Kondensor (HE-102)... IV-4 4.1.9 Neraca Panas di Tangki Pencuci (TP-102)... IV-4 4.1.10 Neraca Panas di Vacuum Dryer (VD-102)... IV-4 BAB V SPESIFIKASI ALAT... V-1 5.1 Tangki Bahan Baku Minyak jelantah (T-101)... V-1 5.2 Tangki Asam Sulfat 98% (T-102)... V-1 5.3 Tangki Metanol (T-103)... V-1 5.4 Silo (SI-101)... V-2 5.5 Filter Press (FP-101)... V-2 5.6 Bak Penampung Cake (BP-101)... V-2 5.7 Reaktor Esterifikasi (R-101)... V-3 5.8 Tangki Pencuci-I (TP-101)... V-3 5.9 Dekanter-I (D-101)... V-4 5.10 Destilasi Flash (DF-101)... V-4 5.11 Vacuum Dryer (VD-101)... V-4 5.12 Bucket Elevator (BE-101)... V-5 5.13 Mixer (M-101)... V-5 5.14 Cooler (HE-101)... V-6 5.15 Reaktor Transesterifikasi (R-102)... V-6
5.16 Dekanter-II (D-102)... V-6 5.17 Destilasi Flash (DF-102)... V-7 5.18 Tangki Pencuci-II (TP-102)... V-7 5.19 Dekanter-III (D-103)... V-7 5.20 Tangki Gliserol (T-104)... V-8 5.21 Tangki Produk Biodiesel (T-105)... V-8 5.22 Kondensor (HE-102)... V-8 5.23 Pompa -1 (P-101)... V-9 5.24 Pompa -2 (P-102)... V-9 5.25 Pompa -3 (P-103)... V-9 5.26 Pompa -4 (P-104)... V-10 5.27 Pompa -5 (P-105)... V-10 5.28 Pompa -6 (P-106)... V-10 5.29 Pompa -7 (P-107)... V-11 5.30 Pompa -8 (P-108)... V-11 5.31 Pompa -9 (P-109)... V-11 5.32 Pompa -10 (P-110)... V-12 5.33 Pompa -11 (P-111)... V-12 5.34 Pompa -12 (P-112)... V-12 5.35 Pompa -13 (P-113)... V-13 5.36 Pompa -14 (P-114)... V-13 5.37 Pompa -15 (P-115)... V-13 5.38 Vacuum Dryer (VD-102)... V-14 5.39 Pompa -16 (P-116)... V-14 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA... VI-1 6.1 Instrumentasi... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja Pabrik... VI-15 BAB VII UTILITAS... VII-1 7.1 Kebutuhan Air... VII-1 7.2 Kebutuhan Bahan Kimia... VII-10 7.3 Kebutuhan Listrik...VII-11
7.4 Kebutuhan Bahan Bakar...VII-11 7.5 Unit Pengolahan Limbah...VII-12 7.6 Spesifikasi Peralatan Utilitas...VII-20 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik... VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik... VIII-3 8.3 Perincian Luas Tanah... VIII-4 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN.. IX-1 9.1 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab..... IX-1 9.2 Tenaga Kerja dan Jam Kerja... IX-5 9.3 Kesejahteraan Tenaga Kerja.... IX-7 BAB X ANALISA EKONOMI. X-1 10.1 Modal Investasi. X-1 10.2 Biaya Produksi Total (BPT).. X-3 10.3 Total Penjualan.. X-5 10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha... X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi... X-5 BAB XI KESIMPULAN XI-1 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi Biodiesel sesuai SNI 04-7182-2006... II-2 Tabel 2.2 Spesifikasi Solar sesuai SK Dirjen Migas... II-3 Tabel 2.3 Kualitas Biodiesel Hasil Proses Estrans Dibandingkan dengan Standar II-4 Tabel 2.4 Komposisi Minyak Jelantah dalam % massa... II-6 Tabel 2.5 Produksi CPO Indonesia... II-9 Tabel 2.6 Konsumsi Minyak Goreng Indonesia... II-9 Tabel 2.7 Perkembangan Luas Lahan Kelapa Sawit Indonesia... II-9 Tabel 3.1 Neraca Massa di Tangki Filter Press (FP-101)... III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa di Reaktor Esterifikasi (R-101)... III-2 Tabel 3.3 Neraca Massa di Tangki Pencuci (TP-101)... III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa di Dekanter (D-101)... III-3 Tabel 3.5 Neraca Massa di Destilasi Flash (DF-101)... III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa di Vacuum Dryer (VD-101)... III-4 Tabel 3.7 Neraca Massa di Mixer (M-101)... III-4 Tabel 3.8 Neraca Massa di Reaktor Transesterifikasi (R-102)... III-5 Tabel 3.9 Neraca Massa di Dekanter (D-102)... III-5 Tabel 3.10 Neraca Massa di Destilasi Flash (DF-102)... III-6 Tabel 3.11 Neraca Massa di Kondensor (HE-102)... III-6 Tabel 3.12 Neraca Massa di Tangki Pencuci (TP-102)... III-7 Tabel 3.13 Neraca Massa di Dekanter (D-103)... III-7 Tabel 3.14 Neraca Massa di Vacuum Dryer (VD-102)... III-8 Tabel 4.1 Neraca Panas di Reaktor Esterifikasi (R-101)... IV-2 Tabel 4.2 Neraca Panas di Tangki Pencuci (TP-101)... IV-2 Tabel 4.3 Neraca Panas di Destilasi Flash (DF-101)... IV-2 Tabel 4.4 Neraca Panas di Vacuum Dryer (VD-101)... IV-3 Tabel 4.5 Neraca Panas di Cooler (HE-101)... IV-3 Tabel 4.6 Neraca Panas di Reaktor Transesterifikasi (R-102)... IV-3 Tabel 4.7 Neraca Panas di Destilasi Flash (DF-102)... IV-4 Tabel 4.8 Neraca Panas di Kondensor (HE-102)... IV-4 Tabel 4.9 Neraca Panas di Tangki Pencuci (TP-102)... IV-4
Tabel 4.10 Neraca Panas di Vacuum Dryer (VD-102)... IV-4 Tabel 6.1 Jenis Variabel dan pengukuran dan controller yang digunakan... VI-9 Tabel 6.2 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah... VI-11 Tabel 7.1 Kebutuhan Air Proses pada berbagai alat... VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan uap sebagai media pemanas pada berbagai alat... VII-2 Tabel 7.3 Kualitas Air Sungai Deli... VII-3 Tabel 7.4 Kebutuhan Bahan Kimia... VII-10 Tabel 7.5 Perincian Kebutuhan Listrik... VII-11 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah....... VIII-4 Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja Beserta Tingkat Pendidikannya...... IX-5 Tabel 9.2 Jadwal Kerja Shift. IX-7 Tabel LA.2.1Neraca Massa di Filter Press (FP-101)... LA-7 Tabel LA.2.2Neraca Massa di Reaktor Esterifikasi (R-101)... LA-11 Tabel LA.2.3Neraca Massa di Tangki Pencuci (TP-101)... LA-13 Tabel LA.2.4Neraca Massa di Dekanter (D-101)... LA-14 Tabel LA.2.5Neraca Massa di Destilasi Flash (DF-101)... LA-16 Tabel LA.2.6Neraca Massa di Vacuum Dryer (VD-101)... LA-18 Tabel LA.2.7Neraca Massa di Mixer (M-101)... LA-19 Tabel LA.2.8Neraca Massa di Reaktor Transesterifikasi (R-102)... LA-22 Tabel LA.2.9Neraca Massa di Dekanter (D-102)... LA-24 Tabel LA.2.10 Neraca Massa di Destilasi Flash (DF-102)... LA-26 Tabel LA.2.11 Neraca Massa di Kondensor (HE-102)... LA-27 Tabel LA.2.12 Neraca Massa di Tangki Pencuci (TP-102)... LA-29 Tabel LA.2.13 Neraca Massa di Dekanter (D-103)... LA-30 Tabel LA.2.14 Neraca Massa di Vacuum Dryer (VD-102)... LA-31 Tabel LB.1 Harga Cp Setiap Gugusan... LB-2 Tabel LB.2 Neraca Panas Masuk Pada Reaktor Esterifikasi (R-101)... LB-9 Tabel LB.3 Neraca Panas Keluar Pada Reaktor Esterifikasi (R-101)... LB-9 Tabel LB.4 Neraca Panas di Reaktor Esterifikasi (R-101)... LB-10 Tabel LB.5 Neraca Panas Masuk Pada Tangki Pencuci (TP-101)... LB-12 Tabel LB.6 Neraca Panas Keluar Pada Tangki Pencuci (TP-101)... LB-12
Tabel LB.7 Neraca Panas di Tangki Pencuci (TP-101)... LB-13 Tabel LB.8 Neraca Panas Masuk Pada Destilasi Flash (DF-101)... LB-13 Tabel LB.9 Neraca Panas Keluar Pada Destilasi Flash (DF-101)... LB-15 Tabel LB.10 Neraca Panas di Destilasi Flash (DF-101)... LB-15 Tabel LB.11 Neraca Panas Keluar Pada Vacuum Dryer (VD-101)... LB-18 Tabel LB.12 Neraca Panas di Vacuum Dryer (VD-101)... LB-18 Tabel LB.13 Neraca Panas Keluar dari Cooler (HE-101)... LB-19 Tabel LB.14 Neraca Panas di Cooler (HE-101)... LB-20 Tabel LB.15 Neraca Panas Masuk Pada Reaktor Transesterifikasi (R-102) Al 24 LB-21 Tabel LB.16 Neraca Panas Masuk Pada Reaktor Transesterifikasi (R-102) Al 27 LB-21 Tabel LB.17 Neraca Panas Keluar Pada Pada Reaktor Transesterifikasi (R-102). LB-21 Tabel LB.18 Neraca Panas di Reaktor Transesterifikasi (R-102)... LB-23 Tabel LB.19 Neraca Panas Masuk Pada Destilasi Flash (DF-102)... LB-23 Tabel LB.20 Neraca Panas Keluar Pada Destilasi Flash (DF-102)... LB-25 Tabel LB.21 Neraca Panas di Destilasi Flash (DF-102)... LB-25 Tabel LB.22 Neraca Panas Keluar pada Kondensor (HE-102)... LB-26 Tabel LB.23 Neraca Panas di Kondensor (HE-102)... LB-27 Tabel LB.24 Neraca Panas Masuk Pada Tangki Pencuci (TP-102)... LB-28 Tabel LB.25 Neraca Panas Keluar Pada Tangki Pencuci (TP-102)... LB-28 Tabel LB.26 Neraca Panas di Tangki Pencuci (TP-102)... LB-29 Tabel LB.27 Neraca Panas Masuk Pada Vacuum Dryer (VD-102)... LB-29 Tabel LB.28 Neraca Panas Keluar Pada Vacuum Dryer (VD-102)... LB-30 Tabel LB.29 Neraca Panas di Vacuum Dryer (VD-102)... LB-31 Tabel LC.1 Data Pada Alur 4... LC-4 Tabel LC.2 Data Pada Alur 5 dan 25... LC-7 Tabel LC.3 Komposisi Umpan Masuk Reaktor... LC-16 Tabel LC.4 Komposisi Umpan Masuk Filter Press... LC-21 Tabel LC.4 Komposisi Umpan Masuk Tangki Pencuci... LC-22 Tabel LC.5 Komposisi Umpan Masuk Dekanter... LC-27 Tabel LC.6 Data Pada Alur 13... LC-30 Tabel LC.7 Data Pada Alur 17... LC-33 Tabel LC.8 Data Pada Alur 27... LC-37
Tabel LC.9 Data Pada Alur 24 dan 27... LC-46 Tabel LC.10 Komposisi Umpan Masuk Dekanter... LC-52 Tabel LC.11 Data Pada Alur 32... LC-55 Tabel LC.12 Komposisi Umpan Masuk Tangki Pencuci... LC-59 Tabel LC.13 Komposisi Umpan Masuk Dekanter... LC-64 Tabel LC.14 Komposisi Umpan Masuk Tangki Gliserol... LC-67 Tabel LC.15 Komposisi Umpan Masuk Tangki Biodiesel... LC-70 Tabel LC.16 Tabel data-data pada alur 42... LC-112 Tabel LE.1 Harga Indeks Marshall dan Swift........ LE-2 Tabel LE.2 Estimasi Harga Peralatan Proses......... LE-4 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Dalam Negeri...... LE-5 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas....... LE-6 Tabel LE.5 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya...... LE-9 Tabel LE.6 Rincian Biaya Sarana Transportasi...... LE-10 Tabel LE.7 Perincian Gaji Pegawai Pabrik Biodiesel........ LE-14 Tabel LE.8 Perincian Biaya Kas......... LE-15 Tabel LE.9 Perincian Modal Kerja......... LE-17 Tabel LE.10 Aturan Depresiasi UU RI No.17 Tahun 2000..... LE-18 Tabel LE.11 Perhitungan Biaya Depresiasi UU RI No.17 Tahun 2000... LE-19 Tabel LE.12 Data Hasil Perhitungan Internal Rate Of Return (IRR)... LE-27
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Reaksi Pembuatan Biodiesel (Ester Alkil) dari Minyak Nabati... II-1 Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback... VI-4 Gambar 6.2 Sebuah Loop Pengendalian... VI-4 Gambar 6.3 Suatu Proses Terkendali... VI-5 Gambar 6.4 Instrumentasi pada Tangki... VI-11 Gambar 6.5 Instrumentasi pada Pompa... VI-12 Gambar 6.6 Instrumentasi pada Reaktor... VI-12 Gambar 6.7 Instrumentasi pada Filter Press... VI-13 Gambar 6.8 Instrumentasi pada Dekanter... VI-13 Gambar 6.9 Instrumentasi pada Mixer... VI-14 Gambar 6.10 Instrumentasi pada Kondensor... VI-14 Gambar 6.11 Tingkat Kerusakan Pada Suatu Pabrik... VI-15 Gambar 7.1 Proses Pengolahan Limbah... VII-13 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah... VIII-6 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pabrik Biodiesel dari Minyak Jelantah... IX-9 Gambar LC.1 Ukuran Tangki..... LC-2 Gambar LD.1 Grafik Kompressi Uap Refrigerasi Pada Diagram P vs H.. LD-48 Gambar LE.1 Break Even Chart Pabrik Biodiesel... LE-26