LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK

PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL

DARI MINYAK NYAMPLUNG DAN METANOL

Kapasitas 20.000 ton/tahun

Disusun oleh

Oryza Mistyanti

D 500 100 029

Pembimbing

Kusmiyati, S.T, M.T, Ph.D

Dr. Ir. Ahmad M. Fuadi, M.T

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADYAH SURAKARTA

2015

INTISARI

Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat dari tahun ke tahun.

Keadaan ini semakin diperparah dengan banyaknya pembelian kendaraan pribadi

sementara sumber daya minyak bumi dari tahun ke tahun semakin berkurang. Jika

keadaan ini terus berlanjut dapat dipastikan bahwa beberapa tahun mendatang

akan terjadi kelangkaan BBM di Indonesia maupun di dunia. Salah satu solusi

untuk menanggulangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil maka didirikan

pabrik biodiesel dari minyak biji nyamplung dan metanol dengan kapasitas

20.000 ton per tahun direncanakan beroperasi selama 330 hari per tahun.

Menggunakan proses esterifikasi-transesterifikasi dalam reaktor alir tangki

berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase cair-cair, reversible,

eksotermis, non adiabatic, isotermal pada suhu umpan 60oC dan tekanan 1 atm.

Pabrik ini digolongkan pabrik beresiko rendah karena kondisi operasi pada

tekanan atmosferis

Kebutuhan minyak nyamplung 2378,8847 kg/jam dan metanol

536,020 kg/jam. Produk berupa biodiesel 2197,3140 kg/jam. Utilitas pendukung

proses meliputi penyediaan air diperoleh dari sungai, penyediaan saturated steam

sebesar 246,524 kg/jam, kebutuhan air pendingin sebesar 129.364,63 kg/jam,

kebutuhan udara tekan sebesar 77,2684 m3/jam, kebutuhan listrik diperoleh dari

PLN dan 1 buah generator set sebesar 600 kW sebagai cadangan. Pabrik ini

didirikan dikawasan Kutai Kalimantan timur dengan jumlah karyawan 180 orang.

Pabrik biodiesel ini menggunakan modal tetap sebesar

Rp.213.888.039.113,56 dan modal kerja sebesar Rp.78.840.223.277,98. Dari

analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak

Rp.61.225.770.671,37 dan keuntungan setelah dipotong pajak 30% sebesar

Rp.18.376.731.201,41. Percent Return On Investment (RIO) sebelum pajak 26,40%

dan setelah pajak 18,48%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak 2,75 tahun dan

sesudah pajak 3,51 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 53,79% dan Shut Down

Point (SDP) sebesar 27,83%. Discounted Cast Flow (DCF) terhitung sebesar 35%.

Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini menguntungkan

dan layak untuk didirikan.

Salah satu energi alternatif

yang harus dikembangkan oleh

Indonesia untuk mengatasi masalah

kelangkaan sumber daya mineral

adalah pengembangan biodiesel.

Karena Indonesia mempunyai bahan

baku yang melimpah.

Biodiesel merupakan bahan

bakar alternatif dari bahan mentah

terbaharukan (renewable), yaitu

minyak tumbuhan atau lemak hewan

yang diproses dengan cara

transesterifikasi, esterifikasi maupun

proses esterifikasi-transesterifikasi.

Biodiesel dihasilkan dari reaksi

minyak atau lemak dengan metanol

atau etanol menghasilkan metil ester

dan gliserin. Kegunaan biodiesel

sebagai bahan bakar alternatif pada

dasarnya mampu menggantikan solar

100% tanpa harus memodifikasi

mesin diesel.

Tabel 1. Kebutuhan Biodiesel

No Tahun

Kebutuhan

Biodiesel

(Juta Kiloliter)

1 2005 0

2 2006 0,22

3 2007 0,88

4 2008 1,06

5 2009 1,25

6 2010 1,44

7 2011 1,63

8 2012 1,82

9 2013 2,01

10 2014 2,20

Berdasarkan data kebutuhan

Biodiesel maka didirikanlah pabrik

biodiesel berkapasitas 20.000 ton per

tahun untuk memenuhi kebutuhan

energi di Indonesia.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Macam-Macam Proses

Dalam proses

pembuatan biodiesel dari

minyak biji nyamplung telah

diketahui bahwa kandungan

asam lemak bebas pada bahan

baku > 2% sehingga akan

terbentuk sabun yang

menyebabkan terhambatnya

proses transesterifikasi

sehingga memperkecil

produksi biodiesel, bahkan

kandungan asam lemak yang

tinggi menyebabkan proses

transesterifikasi mengalami

kegagalan (suess, 1999).

Untuk menghindari

kegagalan dalam proses

transesterifikasi pembuatan

biodiesel dilakukan melalui

dua tahap. Tahap pertama

yaitu esterifikasi, dengan

mereaksikan minyak jelantah

dan metanol dengan katalis

asam. Proses ini akan

mengurangi kadar asam

lemak bebas yang terkandung

pada minyak nyamplung.

Tahap kedua yaitu

transesterifikasi dengan

mereaksikan hasil dari proses

esterifikasi dan metanol

dengan katalis basa.

2.2. Kegunaan Produk

Biodiesel merupakan bahan bakar

nabati yang berguna untuk

menggerakkan genset,

mengoperasikan komputer, dan

untuk alternatif bahan bakar

kendaraan.

DISKRIPSI PROSES

3.1. Tinjauan Termodinamika

Untuk menentukan sifat

reaksi apakah berjalan

secara eksotermis atau

endotermis maka perlu

pembuktian dengan

menggunakan panas reaksi

(ΔHof ) yang dapat

ditentukan dengan

persamaan :

ΔHofreaksi = ΣΔH

ofproduk -

ΣΔHofreaktan

Data ΔHof untuk masing-

masing komponen:

Tabel 2. Harga ΔHof untuk

beberapa komponen

Komponen ΔHof, KJ/mol

Trigliserida -672,0918

CH3OH -201,1945

C18H36O2 -626,3119

C3H8O3 -582,9225

H2O -68,3174

(Yaws,1999)

Keterangan :

Jika ΔHofreaksi = - (negatif), maka

reaksi bersifat eksotermis.

Jika ΔHofreaksi = + (positif), maka

reaksi bersifat endotermis.

a. Reaksi esterifikasi

ΔHofreaksi = ΣΔH

ofproduk - ΣΔH

ofreaktan

=[ΔHofH2O+3xΔH

ofC18H36O2]-

[ΔHofTrigliserida+3xΔH

ofCH3OH]

= [ (-68,3174) + (3 x -626,3119)] -

[-672,0918 + (3x -201,1945)]

= (-1947,2531 ) – (-1275,6754)

= -167,5778 KJ/mol.jam

b. Reaksi transesterifikasi

ΔHofreaksi = ΣΔH

ofproduk - ΣΔH

ofreaktan

= [ΔHofC3H8O3 +(3xΔH

ofC18H36O2]

– [ΔHofTrigliserida + (3xΔH

ofCH3OH]

= [-582,9225+ (3 x -626,3119)]

– [-672,0918 + (3 x -201,1945)]

= (-2461,8582 ) – (-1275,6754)

= -1186,183 KJ/mol.jam

Menghitung besarnya nilai ΔGof total

dengan menggunakan persamaan

Van’t tloff

a. Reaksi esterifikasi

ΔGoftotal= ΣΔG

ofproduk - ΣΔG

ofreaktan

= [ΔGofH2O + 3 x ΔG

ofC18H36O2] –

[ΔGofTrigliserida6 + 3 x ΔG

ofCH3OH]

= [(-56,6899)+(3 x -118,2250)] – [-

190,8463 + (3 x -162,6575)]

= 267,9039 KJ/mol

b. Reaksi transesterifikasi

ΔGoftotal = ΣΔG

ofproduk - ΣΔG

ofreaktan

= [ΔGofC3H8O3 + 3 x ΔG

ofC18H36O2] –

[ΔGofTrigliserida +3 x

ΔGofCH3OH]

= [-448,7931 + (3 x -118,2250)] –

[-190,8463 + (3 x -162,6575)]

= -124,6493 KJ/mol

Menentukan nilai konstanta

kesetimbangan (K) pada suhu 298,15

K dengan persamaan :

ΔGof = -RTlnK dengan R = 8,314

KJ/Kmol.K

K298,15 =

=

= exp (0,0503)

K298,15 = 1,0516

Menghitung nilai K suhu operasi

333,15 K (60oC).

d(lnK) = -

dT

ln

=

-

[

-

]

ln

=

-

[

-

]

ln

= 0,0025

KToperasi = 1,0025

Dari perhitungan tersebut didapatkan

nilai KToperasi sebesar 1,0025, jadi

reaksi berjalan reversible.

3.2. Tinjauan Kinetika Reaksi

Proses pembentukan

biodiesel berlangsung melalui

reaksi esterifikasi dan

transesterifikasi di dalam

reaktor CSTR pad suhu 60oC

dan tekanan 1atm. Dalam

reaktor dipasang pengaduk

yang berfungsi untuk

mencampur kedua reaktan.

Bahan baku yang masuk ke

dalam reaktor kondisinya sudah

sesuai dengan kondisi operasi.

Sehingga pada saat masuk ke dalam

reaktor bahan baku sudah langsung

bisa bereaksi. Reaksi yang terjadi di

dalam reaktor adalah sebagai berikut

:

Reaksi esterifikasi

Trigliserida + 3CH3OH 3C18H36O2 +

H2O

Reaksi transesterifikasi

Trigliserida + 3CH3OH 3C18H36O2 +

C3H8O3

Kedua reaksi tersebut

termasuk reaksi eksotermis. Oleh

karena itu dalam perancangan

menggunakan reaktor dengan jaket

pendingin, sehingga suhu operasi di

dalam reaktor tetap dalam kondisi

yang diinginkan yaitu suhu 60oC.

Reaksi berlangsung dengan waktu

tinggal 1 jam dan dihasilkan konversi

dari trigliserida sebesar 85% untuk

reaksi esterifikasi dan 96% untuk

reaksi transesterifikasi.

3.3. Tahap Proses

1. Persiapan Bahan Baku

minyak biji nyamplung dibersihkan

dahulu dari gumnya menggunakan

asam pospat di tangki degumming,

kemudian di pompa dengan pompa

(P-02) agar masuk ke dalam heater

(E-02) dipanaskan hingga suhunya

mencapai 60oC.

Metanol dengan kadar 99 % yang

disimpan dalam tangki penyimpan

(T-02) dialirkan kedalam mixer (M-

01) dengan menggunakan pompa (P-

03). Di dalam mixer metanol fres

dari tangki (T-02) dicampur dengan

metanol recycle dari menara destilasi

(D-01) dan katalis H2SO4 yang

berupa cairan.

2. Pembentukan Produk

Proses pembentukan biodiesel

berlangsung melalui reaksi

esterifikasi dan transesterifikasi di

dalam reaktor CSTR pad suhu

60oC dan tekanan 1atm.

Reaksi yang terjadi di dalam

reaktor adalah sebagai berikut :

Reaksi esterifikasi :

Trigliserida + 3CH3OH 3C18H36O2 +

H2O

Reaksi transesterifikasi :

Trigliserida+3CH3OH 3C18H36O2 +

C3H8O3

Kedua reaksi tersebut

termasuk reaksi eksotermis. Oleh

karena itu dalam perancangan

menggunakan reaktor dengan

jaket pendingin, sehingga suhu

operasi di dalam reaktor tetap

dalam kondisi yang diinginkan

yaitu suhu 60oC. Reaksi

berlangsung dengan waktu tinggal

1 jam dan dihasilkan konversi dari

trigliserida sebesar 85% untuk

reaksi esterifikasi dan 96% untuk

reaksi transesterifikasi.

a. Pemurnian Produk

Proses pemisahan dalam

tangki pencuci dilakukan

dengan menambahakan

air dari utilitas dengan

jumlah 50% dari berat

metil ester. Dalam H-04

fraksi ringan dicuci

menggunakan air yang

sudah dipanaskan di

heater (E-03) hingga

suhunya 60oC. Proses

pencucian dilakukan

dengan bantuan pengaduk

sehingga kembali

terbentuk dua lapisan,

yaitu frasi ringan dan

fraksi berat. Tujuan dari

pencucian ini adalah

untuk menghilangkan

fraksi berat yang masih

terikut ke dalam fraksi

ringan.

Hasil dari tangki pencuci

dialirkan ke decanter (H-

05) untuk dipisahkan

kembali.

SPESIFIKASI ALAT

4.1. Reaktor

Nama Alat : Reaktor

Kode : R-01

Fungsi :

Mereaksikan

trigliserida dan

metanol menjadi

metil ester

Kapasitas : 4.881,692 ft3

Jenis Alat :

Reaktor Alir

Tangki

Berpengaduk

Bahan : Stainless Stell

Type

Jumlah : 3

Kondisi

Operasi : 60

oC dan P 1 atm

Tekanan

desain : 22,685 psi

Dimensi :

Diameter : 4,938 m

Tinggi : 4,938 m

Tebal shell : 0,250 in

Tebal head : 0,375 in

Pengaduk :

Jenis : Six blade disk

Jumlah : 1 buah

Diameter : 1,646 m

Kecepatan : 33,563 rpm

Power : 30 Hp

Jaket

Pendingin :

Tebal : 0,5 in

Diameter : 5,893 m

Tinggi : 4,938 m

4.2. Decanter

Nama Alat : Decanter

Kode : D-01

Fungsi : Memisahakan

metil ester dari

komponen lain

Tipe : Tangki

Horizontal

Bahan

Konstruksi

: Stainless stell

Kapasitas : 1,175 m3

Panjang : 3,148 m

Diameter : 0,868 m

Tebal shell : 0,187 in

Tebal head : 0,187 in

Jumlah : 5 buah

UTILITAS

Utilitas merupakan bagian yang

menyediakan bahan pembantu atau

sarana penunjang demi lancarnya

proses pengolahan biodiesel pada

unit proses produksi yang meliputi :

unit pengolahan air (air proses, air

sanitasi, air pendingin dan air umpan

boiler), unit penyedia steam, bahan

bakar, listrik dan udara tekan.

MANAJEMEN PERUSAHAAN

Pabrik biodiesel yang akan didirikan

direncanakan mempunyai bentuk

Perseroan Terbatas (PT). PT

Biodiesel ini akan dibangun di Kutai,

Kalimantan Timur dan perusahaan

bertatus swasta yang berkapasitas

20.000 ton per tahun.

Direktur Utama

Diretur

Teknik & Produksi

Direktur

Keuangan & Umum

Kabag.

Produksi

Kabag.

Sumber Daya

Manusia

Kabag.

Teknik

Kabag.

Pemasaran

Kabag.

KeuanganKabag.

Umum

SekretarisStaf Ahli

& Litbang

Kasi.

Pemeliharaan

Kasi.

Utilitas

Kasi.

Penelitian dan

Pengembangan

Kasi.

Keamanan

Kasi.

Personalia

Kasi.

Pemasaran dan

Distribusi

Karyawan

Kasi.

Instrument

Kasi.

Proses

Engeneering

Kasi.

Laboratorium

Gambar 2. Struktur Organisasi

Perusahaan

ANALISA EKONOMI

Pabrik biodiesel dengan kapasitas

20.000 ton per tahun sudah

melakukan analisa ekonomi dan di

dapatkan keuntungan sebelum pajak

Rp. 61.225.770.671,37 dan sesudah

pajak Rp. 45.079.510.960,83.

Besarnya BEP 53,79% dan SDP

27,83%. Besarnya RIO sebelum

pajak 26,403% dan setelah pajak

18,482%. POT sebelum pajak 2,75

tahun dan sesudah pajak 3,51 tahun.

Nilai DCF sebesar 35%. Dari analisa

tersebut maka pabrik biodiesel

dengan kapasitas 20.000 ton per

tahun layak untuk dibangun, karena

beresiko rendah dan menguntungkan.

Gambar 2. Grafik Analisis Ekonomi

DAFTAR PUSTAKA

Aries, R.S., and Newton, R.D., 1955,

Chemical Engineering Cost

Estimation, Mc Graw Hill

Handbook Co., Inc., New

York.

Susilo, Bambang. 2006. “Biodiesel:

Pemanfaatan Biji Jarak

Pagar sebagai Alternatif

Bahan Bakar.” Trubus

Agrisarana. Surabaya

Balitbang Kehutanan Republik

Indonesia. 2008. Tanaman

nyamplung berpotensi

sebagai sumber energy

biofuel.

http://www.dephut.go.id

Brown, G.G., Donal Katz, Foust,

A.S., and Schneidewind, R.,

1978, Unit Operation,

Modern Asia Edition, John

Wiley and Sons, Ic., New

York.

Brownell, L.E., and Young, E.H.,

1959, Process Equipment

Design, John Wiley and Sons,

Inc., New York.

Coulson, J.M., and Richardson, J.F.,

2005, Chemical Engineering,

Vol 6, Pergamon

Internasional Library, New

York.

Harianja, Edward. 2011.

“Perancangan Pabrik

Biodiesel dari Minyak

Jelantah Kapasitas 15.000

Ton/Tahun”. Repository-

usu.ac.id.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ru

pia

h/T

ahu

n (

x10

9)

Tingkat Produksi Per Tahun (%)

Kern, D.Q., 1983, Process Heat

Transfer, Mc Graw Hill Book

Co., Inc., New York.

Kirk, R.E., and Othmer, D.F., 1983,

Encyclopedia of Chemical

Technology, 3rd

ed., John

Wiley and Sons, Inc., New

York.

Laelatul Fauziah (2012).

Prarancangan Pabrik

Biodiesel dari Minyak Jarak

Pagar dan Metanol

Kapasitas 10.000 Ton per

Tahun. Surakarta: Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

McCabe, W.I. and Smith, J.C., 1985.,

“Unit Operation of Chemical

Engeenering” 4th

edition,

McGraw Hill Book

Company. Singapore

Mukhlis dan Kade, Sidiyasa, 2011,

“Aspek Ekologi Nyamplung

(Calophyllum inophyllum L.)

di Hutan Pantai Tanah

Merah, Tanaman Hutan Raya

Bukit Soeharto”, Balai

Penelitian Teknologi

Konservasi Sumber Daya

Alam Samboja, Balikpapan

Musanif, jamil., “Biodiesel”,

www.pphp.deptan.go.id,

Diakses pada tanggal 4

November 2014, Pukul 14.19

WIB

Perry, R.H., and Green, D.W., 1984,

“Perry’s Chemical

Engineer’s Handbook”, 6th

ed., Mc Graw Hill Book Co.,

Inc., New York.

Perry, R.H., and Green, D.W., 1997.

“Perry’s Chemical

Engeenering’s Handbook”,

7th

ed., McGraw-Hill Book

Company, NewYork

Peters, M.S., and Timmerhaus, K.D.,

1991, Plant Design and

Economics for Chemical

Engineers, 4th

ed., Mc Graw

Hill Book Co., Inc., New

York.

Rase, F.H., 1977, Chemical Reactor

Design for Process Plants,

John Wiley and Sons, Inc.,

New York.

Sahirman. 2008. Perancangan

Proses Dua Tahap (Estrans)

Untuk Produksi Biodiesel

dari Minyak Biji Nyamplung.

Disertasi S3 Departemen TIP.

Intitut Pertanian Bogor

Smith, J.M., and Van Ness, H.C.,

1975, Introduction to

Chemical Engineering

Thermodynamics, Mc Graw

Hill Book co., Inc., New

York.

PT. Asahimas Chemical,

www.asc.co.id, Diakses pada

tanggal 20 November 2014,

Pukul 12.20 WIB

PT. Kreatif Energi Indonesia,

www.indobiofuel.com,

Diakses pada tanggal 20

November 2014, Pukul 12.45

WIB

PT. Kaltim Metanol,

www.kaltimmethanol.com,

Diakses tanggal 20

November 2014, Pukul 12.12

WIB

Walas, S.M., 1988, “ Chemical

Process Equipment (Selection

and Design)”, 3ed edition,

Butterworth, United State of

Amerika

Widjaja, G., dan Yani, A. (2000).

Perseroan Terbatas. Jakarta:

PT Grafindo Raja Persada.

Yaws, C. L. (1999). Chemical

Properties Handbook. USA:

McGraw Hill Companies Inc.

http://matche.com/EquipCost,”

Harga alat-alat Proses”,

Diakses pada tanggal 15

Maret 2015, Pukul 20.00

WIB

www.goorganicjogja.wordpress.com,

“Keunggulan Nyamplung

sebagai Alternatif Penghasil

Biofuel”, Diakses pada

tanggal 16 November 2014,

Pukul 14.27 WIB

www.sisni.bsn.go.id, “Sistem

Manajemen Mutu”, Diakses

pada tanggal 4 Desember

2014, Pukul 15.47