II. TINJAUAN PUSTAKA A. Proses Pengolahan Kelapa Sawit Proses pengolahan kelapa sawit menjadi crude palm oil (CPO) di PKS, terdiri dari beberapa stasiun yang menjadi alur proses dalam pemurnian kelapa sawit. Stasiun-stasiun yang ada di PKS dimulai dari stasiun penerimaan buah. Stasiun penerimaan buah merupakan tempat sortasi TBS berdasarkan fraksi kematangan buah sawit. Stasiun Loading Ramp merupakan stasiun tempat pengisian buah kedalam lori. Stasiun perebusan merupakan stasiun yang menjadi tempat merebus TBS dengan menggunakan bejana silinder yang bernama Sterilizer. Stasiun Thresing merupakan tempat pemisahan brondolan dari tandan dengan cara bantingan. Stasiun Kempa merupakan tempat pengepresan brondolan yang menghasilkan minyak kasar dan biji (cake). Stasiun klarifikasi merupakan tempat pemurnian minyak dari padatan lainnya dengan menggunakan prinsip sedimentasi, filtrasi, sentrifugasi dan pengeringan, Cairan yang keluar dari alat kempa terdiri dalam campuran minyak, air, dan padatan bukan minyak non oil solid (NOS). Minyak tersebut harus dimurnikan dengan cepat agar tidak terjadi penurunan mutu akibat adanya reaksi hidrolisis dan oksidasi. Hidrolisis dapat terjadi karena cairan bersuhu rendah dan cukup banyak air, demikian juga oksidasi oksidasi akan terjadi dengan adanya NOS yang berupa bahan organik dan 4
anorganik seperti Fe dan Cu berperan sebagai katalisator. Stasiun kernel merupakan tempat pemisahan nut dari cangkang dengan menggunakan gaya hisap udara dan media air sebagai pemisah inti dari cangkang (Naibaho, 1998). B. Digester Digester (ketel adukan) adalah suatu bentuk alat yang mempunyai dinding rangkap, poros pemutar yang dilengkapi dengan pisau-pisau pengaduk, yang digunakan untuk melumat brondolan sampai homogen, Sehingga daging buah (mesocarp) pecah dan lepas dari biji (nut). Digester sering disebut sebagai alat aduk yang terdiri dari bejana yang dilengkapi dengan alat-alat perajang berondolan sehingga terjadi pelepasan daging buah dengan biji dan pemecahan kantong-kantong minyak. Proses pengadukan berjalan lebih kurang 20 menit dengan temperatur suhu yang diharapkan 90ºC. Jumlah pisau-pisau pengaduk pada Digester terdiri dari 6 pasang pisau pelumat (Stirring Arms), 5 set pisau posisi atas fungsinya untuk merajang dan mengaduk, 1 set pisau pelempar dibagian bawah untuk mempermudah mendorong biji yang masih melekat dengan serat ke atas dan mendorong hasil lumatan keluar dari Digester, jarak pisau dengan dinding ketel maksimal 15 mm. Volume Digester berpengaruh terhadap kehilangan minyak. Jika Digester penuh maka memperlama proses pelumatan dengan tekanan lawan yang kuat sehingga perajangan di atas kurang sempurna. Tetapi karena volume dalam Digester terlalu penuh menimbulkan tekanan di dasar Digester semakin tinggi dan tahanan lawan terhadap pisau semakin tinggi dan pemecahan kantong minyak terlalu cepat (internal press) (Ketaren, 1986). 5
Fungsi Digester dalam proses pengolahan kelapa sawit sbb : 1. Melepaskan daging buah (mesokrap) dari biji (Nut). 2. Melumatkan fruit mash agar efisien pada proses pressing. 3. Menaikkan temperatur fruit mash untuk proses pressing sekitar 80 s.d 95 0 C. 4. Meratakan temperatur fruit mash agar tidak terjadi pemanasan lokal. 5. Melepaskan sel-sel minyak dari sel-sel daging buah dengan jalan pengepresan. 6. Mengalihkan sebagian minyak yang terjadi dalam Digester untuk mengurangi volume pengepresan dan menghindari terjadinya emulsi. Faktor-faktor yang di perhatikan dalam pengoperasian Digester dan mendapatkan hasil lebih maksimal: 1. Proses pelumatan, volume isian Digester lebih baik ¾. Tujuannya untuk pelumatan dari fruit mash sempurna dan kebutuhan dari digester terpenuhi. 2. Putaran dari poros Digester perlu diperhatikan, supaya proses pelumatan fruit mash sempurna dan diusahakan pelumatannya homogen (serat-serat dari buah masih terlihat). 3. Katup penyuplai uap (steam valve) harus sering dikontrol dan di jaga, agar pengaturan temperatur didalam ruang Digester tetap stabil. Pada awal proses, pembukaan pintu pada chute Digester dilakukan setelah proses pengadukan berlangsung selama 20 s.d 25 menit. Tujuannya menghindari timbulnya efek keluar minyak pada saat fruit mash di press sehingga tidak menimbulkan losses, Mesocrap tidak mau terpisah dengan nut karena terlalu cepat membuka pintu chute. 6
4. Akhir proses, ruang didalam Digester harus dikosongkan, jangan sampai buah kelapa sawit bermalam di dalam mesin pengaduk tanpa pengoperasian. Hal ini akan menyulitkan pengoperasian selanjutnya. 5. Pemasukan brondolan kelapa sawit ke dalam Digester dilakukan harus dalam keadaan pisau-pisau berputar. Apabila tidak maka kerja dari motor sangat berat dan pisau-pisau sulit berputar. 6. Mengalihkan sebagian minyak yang terdapat pada Digester untuk mengurangi volume pengepresan dan menghindari terjadinya emulsi (Damanik, 2011). C. Perpindahan Kalor Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah melalui tiga cara yaitu: 1. Perpindahan kalor secara konduksi Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan molekul-molekul zat yang menjadi perantaranya. Contohnya adalah peristiwa memanasnya ujung besi akibat ujung satunya dipanaskan dengan api. Dalam peristiwa tersebut, molekul-molekul besi tidak mengalami perpindahan, melainkan hanya menghantarkan kalor saja. 2. Perpindahan kalor secara konveksi Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan molekul zat yang menghantarkannya. Contohnya adalah peristiwa alam, seperti terjadinya angin laut dan angin darat. Pada siang hari, panas matahari menyebabkan daratan lebih cepat panas daripada lautan. Hal ini menyebabkan udara di atas daratan menjadi lebih panas daripada udara di atas 7
laut. Udara di atas daratan naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas laut sehingga terjadilah aliran udara dari lautan menuju daratan yang dinamakan angin laut. Pada malam hari, daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini menyebabkan udara di atas daratan lebih dingin daripada udara di atas lautan. Udara di atas laut naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas darat sehingga terjadilah aliran udara dari daratan menuju lautan yang dinamakan angin darat. 3. Perpindahan kalor secara radiasi Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan perantara apapun. Contoh dalam hal ini adalah merambatnya panas matahari yang diterima oleh bumi (Holman, 1991). D. Suhu dan Kalor Adapun beberapa penjelasan dari literatur yang di dapat mengenai pengertian suhu, defenisi kalor dan hubungan antara kalor dengan perubahan suhu dapat di lihat dibawah ini : 1. Pengertian Suhu Konsep suhu atau temperatur sebenarnya berawal dari rasa panas dan dingin yang dialami oleh indera peraba kita. Berdasarkan apa yang dirasakan oleh indera peraba, kita mengatakan suatu benda lebih panas dari benda yang lain atau suatu benda lebih dingin dari benda lain. Benda yang panas memiliki suhu yang lebih tinggi sedangkan benda yang dingin memiliki suhu yang lebih rendah. Semakin dingin suatu benda, semakin rendah suhunya. Sebaliknya, semakin panas suatu benda, semakin tinggi suhunya. Suhu adalah ukuran panas atau dinginnya suatu benda (Gurumuda, 2013). 8
2. Defenisi Kalor Definisi dari Kalor adalah suatu energi yang mudah diterima dan mudah sekali dilepaskan sehingga dapat mengubah temperatur zat tersebut menjadi naik atau turun. Kalor juga bisa berpindah dari satu zat ke zat yang lain melalui medium atau perantara. Ternyata energi kalor juga dapat berubah menjadi bentuk energi lain, seperti cahaya, gerak, listrik, dan kimia (Octa, 2010). 3. Hubungan antara Kalor dan Perubahan Suhu Secara alamiah kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor sering diikuti oleh kenaikan suhu benda. Apabila terjadi kenaikan suhu, jumlah kalor yang diterima oleh benda selalu sebanding dengan kenaikan suhu benda itu (Staff, 2003). Prinsip perpindahan panas fluida yang terjadi pada Digester dapat dikatakan sebagai perpindahan panas secara konveksi. Perpindahan panas secara konveksi merupakan dua aliran fluida yang bergerak. Aliran dingin bergerak mendekat kepermukaan yang panas. Dimana fluida itu memberikan bagian terbesar dari fluida yang dingin dengan mencampurnya. Konveksi bebas atau alami terjadi ketika fluida bergerak tanpa peralatan mesin pengaduk. Sistem pemanasan pada Digester terdiri dari 2 sistem yaitu : 1. Sistem pemansan mantel (Steam Jacket) Sistem ini yaitu pipa yang terletak pada dinding Digester penyaluran uap panas pada sistem coil yaitu pemanasan dari bagian bawah pipa injeksi ke atas. Pipa ini memiliki katup yang secara otomatis akan terbuka saat tekanan uap di dalam pipa telah melebihi batas. 9
2. Sistem Injeksi Penginjeksian uap panas melalui pipa spiral yang berada pada bagian samping pipa coil. Pipa injeksi ini dilengkapi dengan lubang-lubang kecil tempat keluarnya uap panas yang diinjeksikan (Holman, 1991). E. Pemanasan Digester di lengkapi dengan sistem pemansan mantel (Steam Jacket) yang berguna untuk mempertahankan dan menaikkan suhu adonan dalam ketel dengan cara injeksi uap kedalam mantel, suhu adonan yang dikehendaki dengan 90 C dengan alasan pada suhu tersebut minyak sudah keluar dari kantong-kantong minyak, sedangkan yang masih berbentuk emulsi akan pecah menjadi minyak dan cairan lainnya, dan kerusakan minyak seperti oksidasi dan hidrolisa relatif belum terjadi. Semakin tinggi suhu Digester pelumatan semakin baik dan akan memperingankan daya kerja Screw Press dan akan mengurangi biji pecah, oleh sebab itu suhu Digester perlu di pertahankan pada standar yang telah di tetapkan. Umumnya Digester di panasi dengan menggunakan uap yang bertekanan 3 kg/cm² dalam jacket dapat menyebapkan pemanasan yang berlebihan terhadap buah yang kontak dengan dinding bejana, oleh sebab itu perlu diturunkan tekanan pada mantel yaitu 2 kg/cm² atau setara dengan suhu 132,9ºC. Pabrik juga di rancang dengan mengunakan uap langsung ke dalam bejana, penggunaan uap langsung dalam bejana Digester dapat berpengaruh negatif seperti berikut. 10
1. Menambah jumlah air yang terkandung dalam adonan yang dapat menurunkan daya gesekan antara pisau dengan adonan. 2. Menyebabkan kerusakan mutu, pemanasan yang berlebihan terjadi oksidasi minyak dan akan menurunkan derajat pemucatan yang dikenal dengan penurunan DOBI. 3. Menyebabkan inti gosong lebih 50% produksi inti berwarna coklat yang tidak disukai konsumen. Oleh sebab itu upaya penggunaan uap langsung pada bejana Digester sebaiknya di hindari, lama pemanasan yang terbaik adalah 30 menit tergantung dari kecepatan mencapai suhu 90ºC (Naibaho, 1996). Digester adalah alat untuk melumatkan brondolan sehingga daging buah terlepas dari biji, Digester terdiri dari tabung slinder yang berdiri tegak di dalamnya di pasang pisau-pisau pengaduk (stirring arms) sebanyak 6 tingkat yang di lekatkan pada poros dan digerakkan oleh motor listrik. Lima tingkat pisau di bagian atas digunakan untuk mengaduk/melumat dan pisau bagian bawah di samping pengaduk juga dipakai untuk mendorong massa keluar dari Digester. Buah yang masuk kedalam diaduk sedemikian rupa sehingga sebagian besar daging buah sudah terlepas dari biji. Proses pengadukan dan peremasan buah dapat berlangsung dengan baik bila isi ketel adukan selalu di pertahankan penuh. Untuk memudahkan proses pelumatan di perlukan panas 90 C s.d 95 C yang di berikan dengan cara menginjeksikan uap 3 kg/cm² langsung atau melalui mantel (jacket). Proses pengadukan berlangsung selama 30 menit, minyak bebas dibiarkan keluar secara kontiniu melalui lubang didasar ketel. Terhambatnya 11
pengeluaran minyak mengakibatkan penumpukan kinerja pada Digester sehingga Minyak sebagai pelumas pisau dan mengurangi efek pelumatan pada pisau digester (Harahap, 2010). F. Masa Tahan Digester Masa tahan Digester (Digester retention time) adalah waktu yang diperlukan oleh berondolan rebus untuk berada didalam Digester mulai dari masuk hingga keluar dari Digester. Masa tahan ini sangat penting untuk menjamin berondolan terlumat dengan baik sehingga pengempaan buah berlangsung dengan baik dengan losis minyak yang minimal di fibre dan biji. Memang pelumatan tidak hanya ditentukan oleh masa tahan Digester namun dalam kondisi normal, masa tahan sangat menentukan karena selama proses pengolahan pabrik kelapa sawit berlangsung hanya parameter temperatur saja yang dikontrol oleh operator. Yang lain tidak, karena kecepatan putaran poros Digester konstan, jumlah pisau pengaduk konstan, kecepatan putaran screw press konstan sehingga operator hanya memperhatikan temperatur saja. Bayangkan jika masa tahan tidak terjamin minimal 15 menit maka proses pengempaan akan menghasilkan losis tinggi di fibre dan biji. Normal putaran poros Digester 26 Rpm maka yang menentukan masa tahan hanya volume Digester. Oleh sebab itu kita harus jeli memilih volume Digester dengan kapasitas olah screw press. Waktu pengadukan lebih dari 29 menit maka perlu dilakukan pemeriksaan terhadap tingkat keausan pisau Digester, temperatur kerja dan siku-siku 15 mm yang terpasang di wearing plate Digester. Pastikan daging buah lepas dari biji sebelum di kempa dan minyak selalu mengalir dari 12
bottom plate digester menuju oil gutter (Sunarko, 2007). Gambar 1. Digester 13