BAB II LANDASAN TEORI II.1. Pemurnian Minyak Sawit Minyak sawit yang keluar dari tempat pemerasan atau pengepresan masih berupa minyak sawit kasar karena masih mengandung kotoran berupa partikelpertikel dari tempurung dan serabut (NOS= Non Oil Solid). Agar diperoleh minyak sawit yang bermutu baik, minyak sawit kasar tersebut mengalami pengolahan lebih lanjut. Minyak sawit yang masih kasar kemudian dialirkan kedalam tangki minyak kasar (crude oil tank) dan setelah melalui beberapa tahap pemurnian atau klarifikasi, Minyak tersebut perlu segera dimurnikan dengan maksud agar tidak terjadi penurunan mutu akibat adanya reaksi hidrolisis dan oksidasi. Hidrolisis dapat terjadi karena cairan bersuhu panas dan terdapat cukup banyak air, demikian juga oksidasi akan terjadi dengan adanya NOS yang berupa bahan organik dan anorganik seperti Fe (besi) dan Cu (tembaga) berperan sebagai katalisator yang mempercepat terjadinya reaksi cepat. Maka dengan proses ini akan dihasilkan minyak sawit mentah (crude palm oil). Proses penjernihan dilakukan untuk menurunkan kandungan air dan NOS di dalam minyak. Minyak sawit ini dapat di tampung dalam tangki-tangki penampungan dan siap dipasarkan atau mengalami pengolahan lebih lanjut sampai dihasilkan minyak sawit murni, dan hasil olahan lainnya. Sedangkan sisa olahannya yang berupa lumpur masih dapat dimanfaatkan dengan proses daur ulang untuk diambil minyak sawitnya.
Secara umum dalam cairan terdapat beberapa fase yang sulit dipisahkan dengan satu cara, maka dilakukan pemisahan fase minyak, fase NOS dan fase air dengan beberapa tahapan. Pemisahan minyak dari fraksi cairan lainnya dilakukan dengan berdasarkan prinsip filtrasi, pengendapan, penguapan, sentrifugasi dan sebagainya. Dalam buah yang direbus terdapat komposisi minyak 54%, air 28% dan NOS 18% dan jika diperas dengan screw press maka komposisi ini akan berubah menjadi cairan dengan kandungan minyak 66%, air 24 % dan NOS 10%, berdasarkan ini dapat dihitung bahwa cairan yang keluar adalah 320 liter/ton TBS,dan didalamnya terdapat minyak sebanyak 210 liter, dengan demikian perlu ditambahkan air untuk mempermudah proses pemurnian. II.2. Tujuan Pemurnian Minyak kasar yang diperoleh dari pengempaan perlu dibersihkan dari kotoran, baik yang berupa padatan (solid), maupun air. Tujuan dari pembersihan atau pemurnian minyak kasar adalah agar mendapatkan minyak dengan kualitas kadar air 0,2 % dan kotoran 0,04 %, sehingga dapat dipasarkan dengan harga yang layak. Minyak kasar yang diperoleh dari hasil pengempaan akan disalurkan menuju saringan getar (vibrating screen) untuk disaring, agar kotoran berupa serabut kasar tersebut disalurkan ketangki penampungan minyak kasar (crude oil tank). Minyak kasar yang terkumpul di crude oil tank (COT) dipanaskan hingga 90-95 C. Menaikkan temperatur minyak sangat penting, artinya yaitu untuk memperbesar perbedaan berat jenis (BJ) antara minyak, air dan lumpur, sehingga
sangat membantu saat proses pengendapan. Selanjutnya minyak dari crude oil tank dikirim ke tangki pengendap (vertical clarifier tank) II.3. Proses Pemurnian Pada pabrik pengolahan kelapa sawit, proses pemurnian/ pemisahan yang sangat penting dan mutlak dilakukan, karena pada proses pemurnian ini akan diperoleh hasil pemisahan cairan yang sesuai dengan kadar dan mutu minyak yang diinginkan. Pada pabrik kelapa sawit, proses pemurnian dilakukan di stasiun klarifikasi (pemurnian minyak). Suatu proses pemurnian minyak menjadi CPO ialah bertujuan untuk menghilangkan kadar air didalamnya sampai dengan 0,2 %, agar kualitas dari CPO itu baik. Suatu oil purifier adalah alat yang sangat penting fungsinya sebagai pemurnian minyak, walaupun proses sebelum ke oil purifier masih sangat banyak langkah-langkah pemurnian yang harus dilakukuan seperti pemisahan minyak kasar dari kadar lumpur dan air. Proses pemisahan minyak dari air dan kotoran merupakan pekerjaan yang menentukan kualitas dari hasil pengolahan dan pemisahan minyak dilakukan secara berulang-ulang karena setiap mesin atau peralatan mempunyai kemampuan yang terbatas. Proses ini bertujuan untuk memperoleh minyak sebanyak-banyaknya dan menghasilkan CPO dengan kadar asam lemak bebas, kadar air dan kotoran yang sesuai dengan standart. Dalam proses pemunian ini diperlukan juga proses pengenceran yang bertujuan sangat penting artinya dalam effisiensi pemisahan minyak dan kualitas minyak sawit. Jumlah air yang dianjurkan adalah sebanding dengan jumlah minyak yang terdapat dalam Cairan. Berdasarkan uraian sebelumnya maka jumlah air
pengencer yang digunakan adalah 320 liter/ton TBS setara dengan 9600 liter/jam untuk PKS 30 ton TBS/jam, dengan perincian 50% untuk screw press dan 50% untuk vibrating screen dan stasiun klarifikasi. Pemakaian air yang terlalu banyak akan menyebabkan penurunan kulitas unit pengolahan PKS terutama pada alat klarifikasi. Hal ini diatasi dengan memperpendek retention time pada setiap alat pengolahan yang dapat mengakibatkan penurunan effisiensi ekstraksi, Dan sering menimbulkan penambahan instalasi yang seharusnya tidak perlu. Pemberian air pengencer tergantung pada desain unit pengolahan dan kandungan NOS, yang dapat dipengaruhi oleh kebersihan pemanen. Didalam proses pemurnian ini terdapat beberapa tahapan yang harus dilakukan sebelum masuk ke proses oil purifier, yaitu tahap pengendapan sampai dengan penyaringan, adapun langkah-langkah proses pemurnian dilakukan dimulai dari : II.3.1. Oil Gutter Talang minyak mentah (Oil Gutter) adalah alat penampung minyak hasil dari screw press untuk selanjutnya dialirkan ke tangki penangkap pasir (Sand Trap Tank). Sebagian besar air suplesi (pengencer) sebanyak ± 20%. Pemberian air suplesi dimaksudkan untuk memperlancar penyaringan kotoran di Vibrating Screen dan memudahkan pemisahan minyak pada proses selanjutnya.
II.3.2. Sand Trap Tank Sand trap tank adalah alat yang berbentuk silinder yang bekerja berdasarkan perbedaan berat jenis antara air dan minyak dimana berat jenis air lebih tinggi dari minyak, sehingga dengan mudah minyak yang berada diatas air akan mengalir ke vibrating screen. Alat ini digunakan untuk memisahkan pasir dari cairan minyak kasar yang berasal dari stasiun pengempaan yaitu screw press, melalui oil gutter minyak dari screw press masuk kemari, lalu dipanaskan sampai dengan suhu 95, dan proses pemanasan itu sendiri dengan menggunakan uap (steam) yang di injeksikan kedalamnya. Dalam proses pabrik PKS peralatan yang pertama kali mengeluarkan sludge adalah sand trap tank, dan pada sand trap tank terdapat buffle, yaitu suatu alat penangkap pasir atau kotoran-kotoran. Dalam hal ini Temperatur pada sand trap tank harus mencapai 95 C, agar pada saat dilakukan pembuangan (blow down), lumpur (sludge) yang keluar tidak terlalu banyak mengandung minyak, sehingga dapat menyebabkan lossis atau kehilangan minyak yang banyak. Selain itu terdapat Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi efektifitas sand trap tank adalah: a. temperatur b. Kondisi baffle c. Kondisi Umpan Sementara Proses kerja dari Sand Trap Tank dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Sand Trap Tank II.3.3. Saringan Bergetar ( Vibrating Screen ) Saringan bergetar digunakan untuk memisahkan minyak kasar (dirt crude oil) dari pasir serta benda-benda lain yang terikut dengan dibantu oleh panas dari steam yang diinjeksikan ke dalam tangki yang bertemperatur 90 0 95 0 C. Saringan bergetar terdiri dari 2 tingkat saringan dengan luas permukaan masing-masing 2 m 2. Tingkat atas memakai saringan dengan ukuran 30 mesh, sedangkan pada tingkat bawah dipergunakan saringan 40 mesh. Crude oil yang telah diencerkan dialirkan ke vibrating screen dengan tujuan untuk memisahkan beberapa bahan asing seperti pasir, serabut dan bahan-bahan lain yang masih mengandung minyak dan dapat dikembalikan ke digester. Dalam proses penambahan air pengencer untuk mengetahui ketepatan penambahan air pengencer maka setiap 2 jam sekali diambil sample crude oil sebelum masuk vibrating screen untuk selanjutnya dibawa pada laboratorium untuk dapat diketahui komposisi minyak, sludge dan air.
Pada alat ini harus ditambahkan air panas dengan tujuan agar partikel-partikel pasir dapat dipisahkan dengan baik, suhu air panas diusahakan agar tetap panas (90-95 C). Getaran pada vibrating screen dikontrol melalui penyetalan bandul yang diikat pada elektromotor. Getaran yang kurang mengakibatkan pemisahan tidak efektif. Kontrol kebersihan vibrating screen harus dilakukan secara rutin, agar padatan (solid) buangan dari hasil penyaringan vibrating screen tidak menumpuk. Proses penyaringan ini dapat dilihat pada gambar 2.2. II.3.4. Crude Oil Tank Gambar 2.2. Vibrating Screen Crude oil tank adalah tangki penampug minyak kasar yang dilengkapi pipa pemanas steam coil (temperatur 95⁰C ), yang telah disaring untuk dipom pakan ke tangki pisah (Vertical clarifier Tank). Fungsi dan tujuan dari alat ini adalah untuk mengendapkan pasir/ NOS halus yang masih terikut dari vibrating screen dan sebagai tempat penampungan sementara crude oil dari vibrating screen sebelum dipompakan ke vertical clarifier tank. Selain itu juga berfungsi untuk menambah panas dan sebagai transit tank.
Bagian dalam crude oil tank dilengkapi dengan buffle dan sistem pemanasan yang digunakan sebaiknya menggunakan steam coil. Untuk pemanasan dengan cepat Injeksi uap langsung digunakan pada saat awal proses, agar suhu crude oil harus dijaga pada temperatur 95 C. Sementara untuk menjaga kebersihan dalam tangki crude oil tank harus dilakukan pembuangan (blow down) minimal 4 kali per hari. II.3.5. Vertical Clarifier tank (VCT) Fungsi dari VCT adalah untuk memisahkan minyak, air dan sludge secara grativitasi, dimana minyak dengan berat jenis yang lebih kecil yaitu 0,8 gram/cm 3 akan berada pada lapisan yang paling atas, sedangkan air yang berat jenisnya 1 gram/cm 3 akan berada pada lapisan tengah, dan lumpur dengan massa jenis 1,3 gram/cm 3 dari VCT. Minyak hasil dari pemisahan gravitasi pada VCT dialirkan kedalam oil tank, sedangkan sludge dialirkan kedalam sludge tank. Untuk mengetahui bahwa performa kerja VCT tersebut masih bagus maka indicator yang dapat digunakan adalah kandungan minyak pada VCT dapat mempengaruhi kandungan minyak pada sludge di under flow. Sebaiknya ketebalan lapisan minyak dalam VCT adalah 30-50 cm baru dilakukan pengutipan minyak melalui skimmer. Fungsi strirer dalam VCT adalah untuk membantu mempercepat pemisahan minyak dengan cara mengaduk dan memecahkan padatan serta mendorong lapisan minyak dengan sludge. Temperatur yang cukup (95 C) akan memudahkan proses pemisahan ini. Prinsip kerja didalam VCT dengan menggunakan prinsip keseimbangan antara larutan yang berbeda jenis. Prinsip bejana berhubungan diterapkan dalam mekanisme kerja VCT. Pada Gambar 2.3. dapat dilihat bagan kerja VCT.
Gambar 2.3. Bagan Kerja Pada VCT II.3.6. Oil Tank Fungsi oil tank adalah untuk tempat sementara minyak sebelum diolah oleh oil purifier. Kebersihan tangki perlu dijaga karena akan mempengaruhi mutu kadar kotoran dalam minyak, maka yang harus dilakukan adalah blow down secara rutin. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan steam coil untuk mendapatkan temperatur yang diinginkan yakni 95 C. Steam coil yang bocor dapat mengakibatkan tingginya kadar air dalam minyak. Tujuan pemanasan minyak adalah untuk mempermudah pemisahan minyak dengan air dan kotoran ringan, dengan cara pengendapan yaitu zat yang memiliki berat jenis yang lebih berat dari minyak akan mengendap didasar tangki. Suhu minyak dalam oil tank sangat berpengaruh agar menjaga minyak tetap tepisah dari air dan lumpur. Campuran minyak yang terdapat dalam oil tank terdiri dari tiga
lapisan yaitu, lapisan minyak, lapisan air dan lapisan kotoran. Kapasitas dari Oil Tank tersebut dapat menampung hingga 10 Ton/ jam. Peranan oil tank ini cukup signifikan pada proses selanjutnya dalam memanaskan minyak, karena tidak terjadi lagi pemanasan, dianggap suhu pada oil tank adalah sumber panas untuk pengolahan lanjutan seperti oil purifier dan vacum drier. Proses kerja oil tank ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Gambar 2.4. Oil Tank II.3.7. Oil Purifier Alat oil purifier ini sering disebut oil centrifuge yang berfungsi memurnikan minyak dari kadar air sampai dengan 0,2%. Alat ini dengan prinsip gaya sentrifugal, yaitu memisahkan cairan antara air, minyak dan kotoran dengan cara membedakan berat jenisnya. Minyak yang mempunyai berat jenis lebih kecil yaitu 0,8 gram/m 3 akan lebih ringan dibanding air yang berat jenisnya adalah 1 gram/m 3, dan kotoran dengan berat jenis 1,3 gram/m 3 maka dengan teori ini minyak akan berada dilapisan paling atas dari oil purifier, sehingga apabila bejana mengalami centrifugal
(perputaran) maka minyak yang massanya lebih ringan akan berada ditengah dan akan terlempar ke sudu-sudu disc yang sangat tipis dan disalurkan ke nozzle, lalu dialirkan ke vacum dryer untuk proses pemvakuman kandungan air. Proses pemisahan berdasarkan BJ (berat jenis) dengan prinsip sentrifugal ini dapat dilihat pada gambar 2.5. Gambar 2.5. pemisahan cairan berdasarkan BJ Keterangan Gambar 2.5. Bj<1 = Minyak Bj=1 = Air Bj>1 = NOS II.3.8. Vacum Dryer Minyak yang sebelum disalurkan ke tangki penimbunan/ penyimpanan terlebih dahulu harus dikeringkan dalam vacum dryer. Tujuan pengeringan minyak pada vacum dryer untuk memperkecil kadar air yang terkandung didalam minyak sawit sampai dengan 0,1%. Proses pemvakuman air ini dapat dilihat pada Gambar 2.6. Dari tahap-tahap proses pemurnian akan diperoleh hasil produksi yang baik dan sesuai dengan yang diharapkan, agar mutu dari minyak akan mencapai standart baiknya.
Gambar 2.6. Vacum Dryer II.4. Metode Pemurnian Minyak Sawit Ada tiga metode yang dilakukan dalam pemurnian minyak sawit (minyak kasar) di PKS, yaitu metode penyaringan, metode pengendapan, dan metode pemisahan pemutaran. II.4.1.Metode Pemisahan Penyaringan (Filtrasi) Metode penyaringan Ialah, suatu metode yang bertujuan untuk pemisahan crude oil dari fibre2, cangkang2 halus dan partikel2 lainnya dengan menggunakan penyaring. Fungsi dan tujuannya dari penyaringan ini untuk menurunkan viskositas (kekentalan) dari minyak agar proses pemurnian selanjutnya dapat efisien.. Dalam hal ini minyak yang masih mengandung banyak NOS (non oil solid) harus dapat dipisahkan, agar dalam proses pemurnian selanjutnya dapat efisien dalam pemisahannya. Alat penyaring ini bekerja untuk menyaring dengan penangkap pasir
ataupun ayakan getar. Aplikasi metode penyaringan ini diterapkan pada alat sand trap tank dan vibrating screen yang berfungsi sebagai penangkap dan penyarinng NOS. II.4.2. Metode Pegendapan (settling) Metode pengendapan adalah, yaitu pemisahan antara minyak air dan sludge berdasarkan berat jenis karena terjadi pengendapan bagian yang lebih berat. Jika minyak kasar yang ditampung di dalam tangki dibiarkan, maka isi tangki akan mengendap dan terbentuk beberapa lapisan sesuai dengan berat jenis dari fase yang terkandung dalam minyak kasar tersebut. Lapisan pertama merupakan lapisan minyak yang masih mengandung butiran-butiran air dan zat pengotor lainnya. Minyak dengan kandungan tersebut belum memenuhi standart kualitas jual sehingga harus diproses lebih lanjut untuk menurunkan kadar air dan zat padatnya (proses penjernihan). Lapisan kedua merupakan lapisan air yang mengandung minyak dalam bentuk terhomogenisir. Sementara lapisan ketiga merupakan fase yang mengandung zat organik padat serta emulsi minyak air yang tidak terpecahkan dan menjadi stabilisator dari emulsi yang tidak cukup. II.4.3. Metode Pemutaran (centrifugal) Metode pemutaran (centrifuge) yaitu pemisahan dengan cara memusingkan minyak kasar sehingga bagian yang lebih yang lebih berat akan terlempar lebih jauh akibat adanya gaya sentrifugal. Seperti yang telah kita ketahui, pemisahan minyak dapat dilakukan dengan cara pengendapan. Proses lanjutan (penjernihan) sebenarnya masih dapat dilakukan dengan pemanasan dan pengendapan. Namun, hal ini akan memakan waktu yang
yang lebih lama dan berisiko meningkatkan bilangan peroksida dalam minyak akibat pemanasan yang berlebih dalam tangki (meningkatkan oksidasi). Hal tersebut sangat tidak diinginkan karena akan menurunkan harga jual minyak sawit. Oleh karena alasan tersebut, proses penjernihan lebih disukai dengan metode pemutaran karena waktu pemisahannya lebih cepat dan tingkat oksidasi yang terjadi lebih kecil. Metode pemisahan dengan pemutaran menggunakan mesin putaran tinggi digunakan untuk memisahkan cairan-cairan yang tidak saling bersenyawa (tidak saling melarutkan), mempunyai berat jenis berbeda dan benda padat yang terkandung didalamnya. Fase yang lebih berat akan mendapat gaya sentrifugal yang lebih besar sehingga akan terlempar lebih jauh kebagian luar dari sumbu putar. Dengan demikian, pemutaran dapat digunakan dalam berbagai proses untuk pemisahan cairan-cairan atau antara cairan dengan bahan padat yang terkandung didalamnya. Aplikasi dari prinsip pemisahan dengan metode pemutaran digunakan di PKS untuk melakukan tugas-tugas sebagai berikut : a) Menjernihkan minyak yang dihasilkan oleh proses pengendapan di vertical clarifier tank sebelum proses dikeringkannya minyak tersebut pada alat vacum dryer. b) Mengutip kembali minyak yang masih terikut dengan lumpur (sludge) yang berasal dari vertical clarifier tank, jenis pemutaran yang digunakan untuk aplikasi ini yaitu decanter, sludge separator.
II.5. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Pemurnian Minyak Sawit Pada proses pengolahan dan pemurnian minyak kelapa sawit pada sebuah pabrik, terdapat faktor-faktor pendukung yang berperan penting pada proses pemurnian minyak kelapa sawit, Faktor-faktor pendukung tersebut adalah : II.5.1. Temperatur Minyak Temperatur minyak untuk proses pemurnian harus dapat disesuaikan, karena hal tersebut berhubungan erat dengan berat jenis dan viskositas minyak yang akan diperoses. Oleh karena itu, temperatur minyak sawit untuk proses pemurnian harus dipanaskan terlebih dahulu di oil tank dengan suhu 90-95 C. II.5.2. Berat jenis Fluida Pada proses pemurnian, berat jenis fluida yang masuk sangat erat hubunganya dengan temperatur minyak yang masuk. hal ini disebabkan karena, semakin tinggi temperatur suatu zat, maka akan semakin cepat pula berat jenis zat tersebut dapat terpisah. Dalam hal ini terdapat perbedaan berat jenis antara fluida, sehingga menyebabkan perbedaan gravitasi antara fluida yang cukup berpengaruh terhadap pemisahannya. Jadi, pada saat proses pemurnian berlangsung, pada suhu yang telah ditentukan, maka akan sangat mendukung proses pemurnian tersebut. II.5.3. Kapasitas Olah Yang dimaksud dengan kapasitas olah pada proses pemurnian minyak sawit ini adalah pengaturan minyak yang masuk atau debit untuk proses pemurnian minyak sawit, agar dapat diperoleh hasil proses pemurnian dengan baik. Pengaturan kapasitas minyak masuk harus selalu dilakukan pada saat peralatan mulai beroprasi, pada saat operasi telah berlangsung, dan pada saat operasi peralatan akan selesai.
Dengan penyesuaian kapasitas minyak masuk akan dapat diperoleh hasil pemurnian yang baik dan sesuai dengan jumlah dan mutu yang diinginkan. II.5.4. Gravity Disc Diameter gravity disc hendaknya disesuaikan dengan berat jenis dan viskositas minyak yang akan diproses di oil purifier. Efektifitas pemisahan didalam oil purifier dikendalikan oleh seal water dan gravity disc. Pembukaan seal water dilakukan pada awal proses dan pada normal operasi kran seal water harus ditutup, karena bila kran terbuka mengakibatkan minyak sawit CPO yang dihasilkan tidak terlalu bersih. gravity disc juga harus disesuaikan dengan mutu minyak yang akan dihasilkan. Memilih gravity disc yang terlalu kecil dapat mengakibatkan minyak sawit yang dihasilkan tidak terlalu bersih, sedangkan bila diameter gravity disc terlalu besar maka mengakibatkan minyak banyak terikut ke drain. II.5.5. Perbedaan Di Dalam Spesifik Grativitasi Pengaruh gaya sentrifugal terhadap seluruh pertikel, sebanding dengan besarnya spesifik grtivasinya. ini dipergunakan terhadap partikel padat dan juga kepada pertikel cair. Semakin besar perbedaanya, semakin mudah memisahkannya. II.5.6. Ukuran dan Bentuk Partikel Terdapat beberapa jenis partikel dalam campuran cairan pada pemurnian ini, yaitu partikel padat dan partikel cair. Perbedaan jenis partikel ini yang menyebabkan kemudahan dalam pemurnian minyak, dalam proses pemurnian dengan cara pengendapan ataupun sentrifugal II.5.7. Viskositas Viskositas ialah kekentalan suatu cairan, dengan kata lain apabila cairan tesebut dipanaskan dengan suhu yang cukup, maka kekentalan atau viskositas
tersebut dapat berkurang. Sehingga akann membantu pada saat proses sentrifugal pada Oil Purifier. II.5.8. Waktu Sentrifugal Waktu sentrifugal adalah lamanya waktu proses sentrifugasi, dalam hal ini terfokus pada proses dari pemurnian alat Oil Purifier,dimana di dalam prosesnya tersebut menggunakan prinsip kerja dari gaya sentrifugal. Lamanya waktu sentrifugal dapat mempengaruhi kondisi minyak, apabila terlalu lama akan menyebabkan suhu pada minyak akan turun, dan semakin susah dipisahkan. Dan apabila waktu sentrifugal terlalu cepat maka pemisahan tidak akan efektif, yaitu banyaknya minyak yang akan terikut oleh sludge.