PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN GAS METANA DARI KOTORAN AYAM DENGAN KAPASITAS 8.228 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sidang Sarjana Teknik Kimia DISUSUN OLEH JOJOR ROHANA OPPUSUNGGU 120425017 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015 IX-1
LEMBAR PENGESAHAN PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN GAS METANA DARI KOTORAN AYAM DENGAN KAPASITAS 8.228 TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Oleh: JOJOR ROHANA OPPUSUNGGU NIM : 120425017 Telah Diperiksa / Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP : 19680820 199501 1 001 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dosen Penguji III Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si Ir. Bambang Trisakti, MT Farida Hanum, ST, MT NIP : 19680820 199501 1 001 NIP : 19660925 199103 1 003 NIP : 19780610 200212 2 003 Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT NIP : 19700919 199903 1 001 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan karunianya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Dengan Kapasitas 8.228 Ton/Tahun. Pra rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, Penulis banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.Eng Ir. Irvan, M.Si, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing Penulis dengan penuh kesabaran serta memberi masukan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. 2. Bapak Mhd. Hendra S. Ginting, ST, MT, selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah banyak memberikan pengarahan dan masukan. 3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku dosen penguji yang banyak memberi arahan dan masukan. 4. Ibu Farida Hanum, ST, MT selaku dosen penguji yang telah banyak memberi arahan dan masukan. 5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan ilmu dan pengalaman yang sangat berharga kepada Penulis. 6. Ayahanda Bryan Oppusunggu dan Ibunda Tercinta Marince Sihombing yang telah banyak berkorban dan memberikan didikan serta doa. 7. Kakak/Adik Penulis Marianti Fransiska, Marsinta Andriani, Indah Juliana, Ester Limaria, Michael Hardin, Mia Octavia, dan Marcos Ivan yang memberikan dukungan dan semangat. 8. Rekan Tugas akhir sekaligus penelitian penulis Vinta Rutliana Siregar dan teman-teman ekstensi Teknik Kimia yang memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat berharap saran dan kritik dari pembaca demi kesempurnaan penulis ini. Akhir kata, Semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Maret 2015 Penulis
INTISARI Biogas merupakan sebuah gas yang dibuat melalui proses biologis dari material organik dengan bantuan suatu bakteri. Proses degradasi material organik ini dilakukan tanpa melibatkan oksigen atau yang disebut dengan anaerobic digestion dengan gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana (CH 4 ) sedangkan sisanya berupa gas CO 2, H 2 S dan beberapa trace element (Maynell, 1981) Pra rancangan pabrik Pembuatan Gas Metana ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas 8.228 ton/tahun dengan masa kerja 330 hari dalam satu tahun. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Kecamatan Payakumbuh, Kabupaten Limapuluh Kota, Sumatera Barat dengan luas areal 11.720 m 2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 135 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang Dewan Komisaris dengan struktur organisasi sistem garis. Hasil analisa ekonomi pabrik pembuatan gas metana ini adalah sebagai berikut: Total Modal Investasi : Rp 146.021.897.358,- Biaya Produksi : Rp 88.933.356.128,- Hasil Penjualan : Rp. 258.408.067.067,- Laba Bersih : Rp 118.039.136.169,- Profit Margin : 65,26 % Break Even Point : 27,77 % Return on Investment : 40,09 % Pay Out Time : 2,01 tahun Return on Network : 82,78 % Internal Rate of Return : 42,77 Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam ini layak untuk didirikan.
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR i INTISARI... ii DAFTAR ISI.. iii DAFTAR TABEL.. viii DAFTAR GAMBAR.. x DAFTAR LAMPIRAN.. xi BAB I PENDAHULUAN I-1 1.1 Latar Belakang I-1 1.2 Perumusan Masalah. I-2 1.3 Tujuan Perancangan. I-3 1. 4 Manfaat Perancangan... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II-1 2.1 Biogas II-1 2.2 Reaktor Biogas. II-2 2.3 Proses Produksi Biogas. II-4 2.3.1 Bahan Baku... II-4 2.3.2 Proses Anaerob. II-5 2.4 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Proses Anaerobik II-6 2.5 Deskripsi Proses... II-10 2.5.1 Proses Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam II-10
2.5.2 Sifat-sifat Bahan... II-11 2.5.2.1 NaHCO 3... II-11 2.5.2.1 Gas Metana...... II-11 2.5.2.1 CO 2... II-12 2.5.2.1 H 2 O....II-13 BAB III NERACA MASSA. III-1 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01)... III-2 3.2 Neraca Massa Pada Fermentor (R-01)... III-2 3.3 Neraca Massa Pada Kolom Absorbsi CO 2 (AB-01).... III-2 3.4 Neraca Massa Pada Kolom Absorpsi H 2 O (AB-02).... III-3 BAB IV NERACA PANAS IV-1 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R-01).... IV-1 4.2 Neraca Panas pada Kolom Absorbsi CO 2 (AB-01) IV-1 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN. V-1 5.1 Gudang Penyimpanan Bahan Baku (G-01) V-1 5.2 Conveyor (C-01). V-1 5.3 Bulk Elevator (BE-01). V-1 5.4 Tangki Penyimpan Bakteri (TK-01).. V-2 5.5 Screw Conveyor I (SC-01). V-2 5.6 Tangki Penyimpanan NaHCO 3 (TK-02).... V-2
5.7 Screw Conveyor II (SC-02) V-3 5.8 Tangki Netralisasi (TK-03) V-3 5.9 Pompa Fermentor (P-01) V-4 5.10 Fermentor (R-01) V-4 5.11 Blower I (B-01).. V-4 5.12 Kolom Absorbsi CO 2 (AB-01)... V-5 5.13 Blower II (B-02) V-5 5.14 Kolom Absorbsi H 2 S (AB-02)... V-5 5.15 Bak Penampung Air Proses (BP-01).. V-5 5.16 Blower III (B-03) V-5 5.17 Tangki Gas Metana (TK-04)... V-5 5.18 Bak Penampung Limbah Cair (BP-02).... V-6 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA. VI-1 6.1 Instrumentasi VI-1 6.2 Keselamatan Kerja... VI-4 6.3 Keselamatan Kerja Pada Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam VI-4 6.3.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan... VI-4 6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri... VI-5 6.3.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik... VI-5. 6.3.4 Pencegahan Terhadap Gangguan Kesehatan... VI-6
6.3.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis... VI-6 BAB VII UTILITAS... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam)... VII-1 7.2 Kebutuhan Air... VII-2 7.2.1 Screening... VII-4 7.2.2 Sedimentasi... VII-4 7.2.3 Klarifikasi... VII-5 7.2.4 Filtrasi... VII-5 7.2.5 Demineralisasi... VII-7 7.2.5 Deaerator... VII-10 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia... VII-10 7.4 Kebutuhan Listrik... VII-10 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar... VII-12 7.6 Unit Pengolahan Limbah... VII-13 7.6.1 Bak Penampungan... VII-14 7.6.2 Bak Pengendap Awal... VII-15 7.6.3 Bak Netralisasi... VII-16 7.7 Spesifikasi Peralatan Pengolahan Air... VII-16 7.7.1 Screening (SC)... VII-16 7.7.2 Pompa Screening (PU-01)... VII-17 7.7.3 Bak Sedimentasi (BS)... VII-18
7.7.4 Tangki Pelarutan Alum [Al 2 (SO 4 ) 3 ] (TP-01)... VII-18 7.7.5 Clarifier (CL)... VII-19 7.7.6 Sand Filter (SF)... VII-19 7.7.7 Tangki Utilitas 1 (TU-01)... VII-20 7.7.8 Cation Exchanger (CE)... VII-20 7.7.9 Anion Exchanger (AE)... VII-21 7.7.10 Deaerator (DE)... VII-21 7.7.11 Ketel Uap (KU)... VII-22 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 Bentuk Hukum Badan Usaha... IX-1 9.2 Manajemen Perusahaan... IX-1 9.3 Organisasi Perusahaan... IX-2 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab... IX-3 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS)... IX-3 9.4.2 Dewan Komisaris... IX-3 9.4.3 General Managerr... IX-4
9.4.4 Sekretaris... IX-4 9.4.5 Manajer Teknik dan Produksi... IX-4 9.4.6 Manajer Umum dan Keuangan... IX-4 9.4.7 Manajer Pembelian dan Pemasaran... IX-4 9.5 Sistem Kerja... IX-6 9.5.1 Karyawan non-shift... IX-6 9.5.2 Karyawan Shift... IX-6 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan.. IX-7 9.7 Sistem Pengajian... IX-7 9.8 Fasilitas Tenaga Kerja.. IX-11 BAB X ANALISA EKONOMI... X-1 10.1 Modal Investasi X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap/Fixed Capital Investment X-1 10.1.2 Modal Kerja/Working Capital. X-3 10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC). X-4 10.2.1 Biaya Tetap/Fixed Cost (FC) X-4 10.2.2 Biaya Variabel/Variable Coat (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 Event Point X-6 10.6.3 Return on Investment (ROI)... X-6 10.6.4 Pay Out Time (POT). X-7 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 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Hal Tabel 1.1 Jumlah Peternak Ayam di Kabupaten limapuluh... I-2 Tabel 2.1 Kandungan Gas Metana... II-1 Tabel 2.2 Komposisi Biogas... II-2 Tabel 2.3 Nilai Kandungan Kering Bahan Baku Biogas... II-7 Tabel 2.4 Potensi Produksi Biogas... II-8 Tabel 2.5 Kesetaraan Biogas... II-9 Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01).... III-1 Tabel 3.2 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R-01)... III-2 Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Kolom Absorbsi CO 2 (AB-01)... III-2 Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Kolom Absorpsi H 2 S (AB-02)...... III-3 Tabel 4.1 Neraca Panas pada Reaktor Fermentasi (R 01).. IV-1 Tabel 4.2 Tabel 6.1 Neraca Panas pada Kolom Absorbsi (AB 01). IV-1 Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra rancangan Pabrik pembuatan gas metana dari kotoran ayam.. VI-4 Tabel 7.1 Tabel 7.2 Tabel 7.3 Tabel 7.4 Tabel 7.5 Tabel 7.6 Tabel 7.7 Kebutuhan Steam Pabrik Gas Metana.. VII-1 Kebutuhan Air Proses pada Alat.. VII-2 Pemakaian Air Unttuk Kebutuhan... VII-2 Kualitas Air Sungai. VII-3 Perincian Kebutuhan Listrik untuk Utilitas. VII-10 Perhitungan Pompa Utilitas.. VII-17 Perhitungan Tangki Pelarutan...... VII-19
Tabel 7.8 Tabel 8.1 Tabel 9.1 Tabel 9.2 Tabel 9.3 Perhitungan tangki Utilitas.. VII-20 Perincian Luas Tanah.. VIII-4 Jadwal Kerja Karyawan Shift IX-6 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya. IX-7 Perincian Gaji Karyawan. IX-8 Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Kotoran Ayam... L A - 1 Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen... L A - 2 Tabel LA.3 Neraca Massa pada Netralisasi (kg/jam)........ LA-4 Tabel LA.4 Neraca Massa pada Fermentor (kg/jam) L A - 5 Tabel LA.5 Neraca Massa pada Kolom Absorbsi CO 2 (kg/jam)... Tabel LA.6 Neraca Massa pada Kolom Absorpsi H 2 S (AB-02)....... LA-9 LA-10 Tabel LB.1 Data Karakteristik Zat... LB-1 Tabel LB.2 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Fermentor dengan menggunakan persamaan (1)... LB-3 Tabel LB.3 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Fermentor.. LB-3 Tabel LB.4 Neraca Energi Fermentor... LB-4 Tabel LB.5 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Absorbsi... LB-5 Tabel LB.6 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Absorbsi... LB-5 Tabel LB.7 Neraca Energi Absorbsi...... LB-6 Tabel LD.1 Spesifikasi Pompa Utilitas... LD-5 Tabel LD.2 Perhitungan Pelarutan... LD-10 Tabel LD.3 Perhitungan Tangki Utilitas. L D - 1 6
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya... LE-1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift.. LE-3 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses. LE-6 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah LE-6 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi... LE-10 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai LE-13 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas selama 3 bulan LE-16 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja. LE-17 Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi.. LE-18 Tabel LE.10 Data Perhitungan BEP. LE-25 Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR). LE-26
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Fixed dome... I-3 Gambar 2.2 Floating Drum. I-4 Gambar 2.3 Instalasi sistem produksi dan pemanfaatan biogas... I-5 Gambar 7.1 Gambar 8.1 Gambar 9.1 Peta Lokasi Pabrik.... VII-3 Tata Letak Pabrik Selusa dari Kulit Buah Kakao. VIII-5 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Selulosa dari Kulit Buah Kakao... IX-12 Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen.. LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan... LE-5 Gambar LE.2 Grafik BEP... LE-25
DAFTAR LAMPIRAN Hal LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA.. LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI. LE-1