PRA RANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI BIJI JARAK PAGAR DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 32.000 TON/TAHUN KARYA AKHIR DISUSUN OLEH : MILANTORINO SIHOMBING 025201046 PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007
PRA RANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI BIJI JARAK PAGAR TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Sains Terapan OLEH : HENRIQUES W. S. PANDIA NIM : 025201011 PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIODIESEL DARI BIJI JARAK PAGAR (JATROPHA CURCAS LINN) KAPASITAS 8000 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Sains Terapan Oleh : HENRIQUES W. S. PANDIA NIM. 025201011 Telah Diperiksa/Disetujui : Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi. Ir. Indra Surya, MSc. NIP. 132 126 842 NIP. 131 836 666 Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi. NIP. 132 126 842 PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIODIESEL DARI BIJI JARAK PAGAR (JATROPHA CURCAS LINN) KAPASITAS 8000 TON/TAHUN KARYA AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Sains Terapan Oleh : HENRIQUES W. S. PANDIA NIM. 025201011 Telah Diperiksa/Disetujui : Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi. Ir. Indra Surya, MSc. NIP. 132 126 842 NIP. 131 836 666 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dosen Penguji III Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi Erni Misran, ST, MT Rondang Tambun, ST. MT NIP. 132 126 842 NIP. 132 258 002 NIP. 132 282 133 Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi. NIP. 132 126 842 PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI (D-IV) DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala berkat-nya yang berlimpah-limpah, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel dari Biji Jarak Pagar (Jatropha Curcas Linn) dengan Kapasitas Produksi 8000 ton/tahun. Penyusunan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan untuk dapat mengikuti sidang sarjana pada program studi teknologi kimia industri D-IV, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak menerima bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan segala ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Indra Surya, MSc, selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. Dalam hal ini, beliau juga merupakan dosen pembimbing II, terima kasih atas bimbingan dan arahannnya. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi, selaku koordinator Tugas Akhir Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV, Fakultas Teknik, dan sekaligus sebagai dosen pembimbing I, terima kasih atas bimbingan dan arahannya. 3. Bapak Rondang Tambun, ST, MT. selaku koordinator Program Studi D-IV, Fakultas Teknik,. 4. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV, Fakultas Teknik,. 5. Seluruh staf pegawai administrasi Program Studi Teknologi Kimia Industri D-IV, Fakultas Teknik,. 6. Kedua orang tua penulis, yang telah membesarkan, memberikan doa dan kasih sayang, memberikan dukungan moral maupun materil serta mendidik penulis dengan penuh sabar. 7. Partner penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir : M. Reza Fazrawi dan Milan Torino Sihombing. 8. Seluruh teman dan rekan yang turut memberikan bantuan kepada penulis.
ii Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini, masih belum sempurna karena hakikat ilmu pengetahuan senantiasa berkembang, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran guna peningkatan mutu tugas akhir ini. Medan, September 2007 Penulis Henriques W. S. Pandia
INTISARI Pembuatan biodiesel (metil ester) dilakukan melalui proses transesterifikasi dengan katalis basa. Pabrik biodiesel ini direncanakan akan berproduksi dengan kapasitas 8000 ton/ tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Pabrik ini diharapkan dapat memproduksi biodiesel yang mampu memenuhi kebutuhan pasar di Sumatera Utara khususnya dan daerah di Indonesia yang lain pada umumnya. Penggunaan minyak biji jarak sebagai bahan baku biodiesel diperkirakan tidak akan mengganggu pasokan minyak makan, industri oleokimia, dan ekspor CPO di Indonesia. Lokasi pabrik yang direncanakan adalah di Kawasan Industri Medan II, dengan luas tanah yang dibutuhkan sebesar 11.033 m 2. Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik sebanyak 100 orang. Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis. Hasil analisa terhadap aspek ekonomi pabrik biodiesel ini adalah : Total modal investasi : Rp. 60.193.014.795,- Biaya produksi : Rp. 23.608.165.734,- Hasil penjualan per tahun : Rp. 42.122.663.352,- Laba bersih : Rp. 12.977.648.332,- Profit margin : 43,95 % Break even point (BEP) : 45,15 % Return of Investment (ROI) : 21,56 % Pay Out Time : 4,64 tahun Return of Network : 35,93 % Internal rate of return : 31,09 % Dari hasil analisa aspek ekonomi, maka dapat disimpulkan bahwa pabrik pembuatan biodiesel ini layak untuk didirikan
DAFTAR ISI Hal KATA PENGANTAR... i INTISARI... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN... I-1 1.1 Latar Belakang... I-1 1.2 Perumusan Masalah... I-I 1.3 Tujuan Perancangan... I-2 1.4 Manfaat Perancangan... I-2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II-1 2.1 Biji Jarak Pagar... II-1 2.2 Biodiesel... II-3 2.3 Reaksi Transesterifikasi... II-5 2.4 Deskripsi Proses... II-7 BAB III NERACA MASSA... III-1 BAB IV NERACA ENERGI... IV-1 BAB V SPESIFIKASI ALAT... V-1 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA... VI-1 6.1 Instrumentasi... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja... VI-7 BAB VII UTILITAS... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (steam)... VII-1 7.2 Kebutuhan Air... VII-2 7.3 Pengolahan Air... VII-3 7.4 Kebutuhan Bahan Kimia... VII-10 7.5 Kebutuhan Listrik... VII-10 7.6 Kebutuhan Bahan Bakar... VII-10 7.7 Unit Pengolahan Limbah... VII-11
v 7.8 Spesifikasi Peralatan Utilitas... VII-19 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik... VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik... VIII-6 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN... IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan... IX-3 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha... IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab... IX-6 9.5 Sistem Kerja... IX-8 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan... IX-10 9.7 Sistem Penggajian... IX-12 BAB X ANALISA EKONOMI... X-1 10.1 Modal Investasi... X-1 10.2 Biaya Produksi Total (Total Cost)... X-4 10.3 Perkiraan Laba / Rugi Perusahaan... X-5 10.4 Analisa Aspek Ekonomi... X-5 BAB XI KESIMPULAN... XI-1 DAFTAR PUSTAKA... x LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN UTILITAS & SPESIFIKASI ALAT... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ANALISA EKONOMI... LE-1
DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak Pagar... II-1 Tabel 2.2 Parameter Kimia dan Fisika Minyak Jarak Pagar... II-2 Tabel 2.3 Kandungan Asam Lemak Pada Biodiesel Jarak Pagar... II-4 Tabel 2.4 Standarisasi Mutu Biodiesel Indonesia... II-5 Tabel 3.1 Neraca Massa pada Twin Screw Press (SP-101)... III-1 Tabel 3.2 Neraca Massa pada Vibrating Filter (VF-101)... III-1 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Mixer I (M-301)... III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Transesterifikasi (R-401)... III-2 Tabel 3.5 Neraca Massa pada Flash Drum I (D-801)... III-3 Tabel 3.6 Neraca Massa pada Dekanter I (ST-501)... III-3 Tabel 3.7 Neraca Massa pada Mixer II (M-302)... III-4 Tabel 3.8 Neraca Massa pada Dekanter II (ST-502)... III-4 Tabel 3.9 Neraca Massa pada Flash Drum II (D-802)... III-5 Tabel 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Transesterifikasi (R-401)... IV-1 Tabel 4.2 Neraca Panas pada Heater I (E-601)... IV-2 Tabel 4.3 Neraca Panas pada Flash Drum I (D-801)... IV-2 Tabel 4.4 Neraca Panas pada Kondensor (C-701)... IV-3 Tabel 4.5 Neraca Panas pada Mixer II (M-302)... IV-3 Tabel 4.6 Neraca Panas pada Heater II (E-602)... IV-3 Tabel 4.7 Neraca Panas pada Cooler (C-702)... IV-4 Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik... VI-2 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap pada Alat... VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat... VII-2 Tabel 7.3 Sifat Fisika Air bawah tanah di KIM II Medan... VII-4 Tabel 7.4 Kandungan bahan kimia Air bawah Tanah di KIM II Medan... VII-4 Tabel 8.1 Perincian Luas Areal Pabrik... VIII-9 Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja dan Latar Belakang Pendidikan... IX-10 Tabel 9.2 Gaji Karyawan... IX-12 Tabel 10.1 Modal Investasi Tetap Langsung... X-1
vii Tabel 10.2 Modal Investasi Tetap Tidak Langsung... X-2 Tabel 10.3 Modal Kerja (Working Capital)... X-3 Tabel 10.4 Biaya Tetap... X-4 Tabel 10.5 Biaya Variabel... X-5 Tabel LA-1 Neraca Massa pada Twin Screw Press (SP-101)... LA-3 Tabel LA-2 Neraca Massa pada Vibrating Filter (VF-101)... LA-4 Tabel LA-3 Neraca Massa pada Mixer I (M-301)... LA-5 Tabel LA-4 Neraca Massa pada Reaktor Transesterifikasi (R-401)... LA-7 Tabel LA-5 Neraca Massa pada Flash Drum I (D-801)... LA-9 Tabel LA-6 Neraca Massa pada Dekanter I (ST-501)... LA-10 Tabel LA-7 Neraca Massa pada Mixer II (M-302)... LA-11 Tabel LA-8 Neraca Massa pada Dekanter II (ST-502)... LA-13 Tabel LA-9 Neraca Massa pada Flash Drum II (D-802)... LA-14 Tabel LB-1 Data Cp... LB-1 Tabel LB-2 Data Cp... LB-1 Tabel LB-3 Perhitungan Estimasi Cp (l) dan Cp (g)... LB-2 Tabel LB-4 Perhitungan Estimasi Cp trioleat... LB-2 Tabel LB-5 Perhitungan Estimasi Cp Komponen Trigliserida... LB-3 Tabel LB-6 Perhitungan Estimasi Cp Komponen yang Lain... LB-3 Tabel LB-7 Kontibusi Elemen Atom untuk Metode Hurst & Harrisson... LB-3 Tabel LB-8 Nilai ΔH o f(298k)... LB-4 Tabel LB-9 Nilai ΔH o f(298k) untuk Estimasi... LB-4 Tabel LB-10 ΔH o f(298k) Campuran Trigliserida... LB-5 Tabel LB-11 ΔH o f(298k) Campuran Metil Ester... LB-6 Tabel LB-12 Perhitungan Panas Bahan Masuk Reaktor (alur 6)... LB-8 Tabel LB-13 Perhitungan Panas Bahan Masuk Reaktor (alur 9)... LB-8 Tabel LB-14 Perhitungan Panas Bahan Keluar Reaktor (alur 10)... LB-9 Tabel LB-15 Perhitungan Panas Bahan Masuk Heater I (alur 10)... LB-10 Tabel LB-16 Perhitungan Panas Bahan Keluar Heater I (alur 11)... LB-11 Tabel LB-17 Perhitungan Panas Bahan Masuk Flash Drum I (alur 11)... LB-14 Tabel LB-18 Perhitungan Panas Bahan Keluar Flash Drum I (alur 12)... LB-14 Tabel LB-19 Perhitungan Panas Bahan Keluar Flash Drum I (alur 13)... LB-15
viii Tabel LB-20 Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor (alur 12)... LB-16 Tabel LB-21 Perhitungan Panas Bahan Keluar Kondensor (alur 23)... LB-16 Tabel LB-22 Perhitungan Panas Bahan Masuk Mixer II (alur 15)... LB-18 Tabel LB-23 Perhitungan Panas Bahan Masuk Mixer II (alur 16)... LB-18 Tabel LB-24 Perhitungan Panas Bahan Keluar Mixer II (alur 17)... LB-19 Tabel LB-25 Perhitungan Panas Bahan Masuk Heater II (alur 19)... LB-20 Tabel LB-26 Perhitungan Panas Bahan Keluar Heater II (alur 20)... LB-20 Tabel LB-27 Perhitungan Panas Bahan Masuk Cooler (alur 24)... LB-21 Tabel LB-28 Perhitungan Panas Bahan Keluar Cooler (alur 25)... LB-22 Tabel LC-1 Tabel Data-data pada Alur 8... LC-6 Tabel LC-2 Tabel Data-data pada Alur 24... LC-15 Tabel LC-3 Tabel Data-data pada Alur 14 dan 18... LC-17 Tabel LC-4 Tabel Data-data pada Alur 6 dan 7... LC-20 Tabel LC-5 Tabel Data-data pada Alur 15 dan 16... LC-24 Tabel LC-6 Tabel Data-data pada Alur 10... LC-29 Tabel LC-7 Tabel Data-data pada Alur 10... LC-34 Tabel LC-8 Tabel Data-data pada Alur 13... LC-37 Tabel LC-9 Tabel Data-data pada Alur 17... LC-41 Tabel LC-10 Tabel Data-data pada Alur 20... LC-44 Tabel LE-1 Perincian Harga Bangunan... LE-2 Tabel LE-2 Harga Index Marshall dan Swift... LE-3 Tabel LE-3 Daftar Perkiraan Harga Peralatan... LE-6 Tabel LE-4 Daftar Jenis Kendaraan... LE-10 Tabel LE-5 Jumlah Karyawan yang Terlibat dalam Pendirian Pabrik... LE-13 Tabel LE-6 Jumlah Karyawan Keseluruhan dalam Pabrik... LE-14 Tabel LE-7 Rincian Modal Kerja (Working Capital)... LE-17 Tabel LE-8 Perkiraan biaya Depresiasi... LE-18 Tabel LE-9 Perincian Biaya Tetap (Fixed Cost)... LE-21 Tabel LE-10 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)... LE-25
DAFTAR GAMBAR Hal.. Gambar 2.1 Perpotongan melintang buah muda, buah dan perp. Longitudinal.. II-3 Gambar 2.2 Reaksi Transesterifikasi... II-6 Gambar 2.3 Diagram Alir Pengambilan Minyak Jarak... II-7 Gambar 6.1 Instrumentasi pada Pompa... VI-3 Gambar 6.2 Instrumentasi pada Tangki... VI-3 Gambar 6.3 Instrumentasi pada Reaktor... VI-4 Gambar 6.4 Instrumentasi pada Heater... VI-5 Gambar 6.6 Instrumentasi pada Cooler... VI-5 Gambar 6.7 Instrumentasi pada Dekanter... IV-6 Gambar 6.8 Instrumentasi pada Separator Flash Drum... VI-7 Gambar 8.1 Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Biodiesel dari Biji Jarak..VIII-10 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Perusahaan... IX-14 Gambar LE-1 Break Even Chart Pabrik Pembuatan Bidiesel... LE-26