PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN STATIC IN-LINE

PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN STATIC IN-LINE MIXER TERHADAP PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SKALA PILOT PLANT

SKRIPSI

Oleh

Juliananta Sitepu 080405060

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013

Universitas Sumatera Utara


SKRIPSI

Oleh

Juliananta Sitepu 080405060

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:


yang dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

Medan,

Agustus 2013

Juliananta Sitepu NIM 080405060

i Universitas Sumatera Utara


PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Laju Alir Volumetrik Umpan Static In-Line Mixer Terhadap Performance Bioreaktor Pada Pembuatan Biogas Dari Limbah Cair Kelapa Sawit Skala Pilot Plant”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: 

Penelitian ini dapat diaplikasikan dalam skala pabrik untuk mengurangi biaya pada penggunaan alat pencampur.



Penelitian ini bermanfaat bagi lingkungan dalam pengolahan limbah cair kelapa sawit yang membahayakan biota air di lingkungan masyarakat



Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam jurnal yang berjudul “Pengaruh Distribusi Temperatur Umpan Masuk Static In-Line Mixer Terhadap Performance Bioreaktor Pada Pembuatan Biogas Dari Limbah Cair Kelapa Sawit Skala Pilot Plant” di Departemen Teknik Kimia.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada: 1. Ir. Bambang Trisakti, M.Si selaku Dosen Pembimbing 2. Metawater Co. Ltd. – Jepang sebagai Penyandang Dana. 3. Mr. Yoshimasa Tomiuchi dari Metawater Co.Ltd.

iii Universitas Sumatera Utara

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan,

Agustus 2013

Penulis Juliananta Sitepu

iv Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Orang tua penulis, Bapak dan Mamak yang telah memberikan bantuan baik moril maupun materil bagi penulis. 2. Saudari penulis, Ade floren sia br sitepu yang telah memberi semangat dan saran dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Rekan-rekan LPPM Comunity, Bang Zoeladi, Alfy, Dedy, Basril, Jhon Almer, Riki Handoko, ST, Elton J.M.S, ST, Febriansyah, ST, dan Vandi, ST. 4. Teman Sejawat terutama stambuk 2008, adik dan abang/kakak senior Teknik Kimia yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

v Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Juliananta Sitepu NIM: 080405060 Tempat / Tanggal Lahir: Turangi / 27 Juli 1990 Nama Orang Tua: Paruliaan Batin Sitepu Alamat Orang Tua: Lingk VII BANTEN P.KUALA,Kec Kuala

Asal Sekolah  SD Methodist Kuala Tahun 1996 – 2002  SMP Negeri 1 Kuala 2002 – 2005  SMA Negeri 1 Kuala Tahun 2005 – 2008 Pengalaman Organisasi / Kerja 1. HIMATEK FT-USU periode 2011 – 2012 sebagai Angoota Bidang Sosial & Rohani

vi Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK Potensi Indonesia sebagai negara produsen CPO terbesar kedua didunia sangatlah menjanjikan dalam industri biogas. Hal ini disebabkan potensi dari POME (Palm Oil Mill Effulent)yang merupakan limbah cair dari kolam fat fit yang dapat di diproduksi menjadi biogas. Produksi biogas pada kondisi thermofilik anaerobik dengan recyle 34% dilakukan dalam empat tangki utama yaitu tangki preparasi,tangki pencampur(mencampur POME keluaran tangki preparasi dengan recyle), bioreaktor dan tangki pengendapan(gravity thickner). Tanki pencampur biasanya terdiri dari satu buah tangki besar dan motor pengaduk serta agitator. Dimana untuk setiap kapasitas yang diolah tentu membutuhkan ukuran tangki, jenis motor dan agitator yang sedikit berbeda. Hal ini sedikit kurang efisien jika ditinjau dari sisi proses, dimana proses itu sendiri harus bersifat lunak terhadap kapasitas. Penelitiaan ini bertujuan menggantikan peranan mixing tank dengan static in line mixing dan dilihat pengaruhnya pada peformance bioreaktor dan produksi biogas. Pengujian yang dilakukan adalah analisa TS dan VS, pH dan M-Alkalinity, dan COD serta mengukur produksi biogas yang terbentuk. Penilaian kualitas pencampuran dari parameter ts(total solid) & vs(volatil solid) dimana hasil keluaran static inline mixer dan mixing tank dibandingkan dengan nilai teoritisnya (regresi). Hasil yang didapat dari perbandingan tersebut dinilai dengan R (keakuratan regresi 0,9-1 ) a.(0,978), b.(0,976), c.(0,992), d.(0,989). Kata Kunci : POME, static in-line mixer, biogas, TS, VS

vii


ABSTRACT Indonesia as the second country for production CPO in the world is very potesially in biogas industry. Something make it very potensial is POME (Palm Oil Effulent).POME is the most important in biogas because it can be change to biogas. Production biogas is in thermofilik anaerob with recyle sludge 34% through in four tank. They are pretreatment tank, mixing tank, bioreactor, and gravity thickner.The mixing tank is a tank with motor (machine), impeller and any baffle. For the diffrent capacity production, the old specification of mixing tank can be change actually the size of tank. For this reason is very important to change mixing tank with a specifik agitator what can fill or answer this problem. The agitator may answer the problem is a static in line mixer.The research focusses on the capacity of static in line mixing to mix POME from pretreatment tank with the recyle sludge from gravity thickner and see this mixing effect to peformance bioreactor and production biogas.The parameter of the research are TS & VS, ph,and M-alkalinity, COD. The quality of mixing could be described with plot between the data (ts &vs) from mix tank or static in line mixing with a theoritical data ( take from regresion). R (accurate of regrsion) are accepted with scale1(0.9-1), and the result are a.(0,978), b.(0,976), c.(0,992), d.(0,989). The value is good. Keywords : POME, static in-line mixer, biogas, TS, VS

viii


DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA

iii

DEDIKASI

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR GAMBAR

xii

DAFTAR TABEL

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

xv

DAFTAR SINGKATAN

xvi

DAFTAR SIMBOL

xvii

BAB I

BAB II

PENDAHULUAN

1

1.1

LATAR BELAKANG

1

1.2

PERUMUSAN MASALAH

3

1.3

TUJUAN PENELITIAN

3

1.4

MANFAAT PENELITIAN

3

1.5

RUANG LINGKUP PENELITIAN

4

TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1

PERKEBUNAN KELAPA SAWIT

5

2.2

LIMBAH PABRIK KELAPA SAWIT

7

2.3

PALM OIL MILL EFFLUENT (POME)

8

2.3.1 SPESIFIKASI PALM OIL MILL EFFLUENT

8

2.3.2 PENGOLAHAN PALM OIL MILL EFFLUENT

9

2.4

ALTERNATIF KONVERSI POME MENJADI BIOGAS

10

2.5

MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS

11

2.6

PARAMETER FERMENTASI

12

2.7

FERMENTASI ANAEROBIK

14

ix Universitas Sumatera Utara

2.8

NILAI POTENSIAL BIOGAS

15

2.9

BERBAGAI PENELITIAN FERMENTASI POME MENJADI BIOGAS YANG TELAH DILAKUKAN

15

2.10 FERMENTASI POME DENGAN RECYCLE SLUDGE

19

2.11 MIXING TANK

21

2.12 STATIC MIXER

23

2.13 STATIC IN-LINE MIXER DALAM PENELITIAN

23

2.14 BERBAGAI PENELITIAN YANG MENGGUNAKAN

BAB III

STATIC MIXER

31

2.15 STUDI PILOT PLANT

32

2.16 ANALISA EKONOMI

33

METODOLOGI PENELITIAN

35

3.1

LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

35

3.2

BAHAN

35

3.2.1 BAHAN UTAMA

35

3.2.2 BAHAN ANALISA

35

PERALATAN

35

3.3.1 PERALATAN UTAMA

35

3.3

3.3.1.1 TANGKI UMPAN

35

3.3.1.2 BIOREAKTOR

37

3.3.1.3 STATIC IN-LINE MIXER

38

3.3.1.4 TANGKI PENGENDAP

39

3.3.1.5 TANGKI PENANGKAP BIOGAS

41

3.3.1.6 KOMPRESR DAN TANGKI BERTEKANAN TINGGI

3.4

42

3.3.1.7 GAS METER

43

3.3.1.8 CONTROL PANEL

43

3.3.2 PERALATAN ANALISA

44

TAHAPAN PENELITIAN

44

3.4.1 PROSEDUR PENGAMBILAN SAMPEL

44

3.4.2 PROSEDUR PEMBUATAN METAL SOLUTION

44

3.4.3 PREPARASI UMPAN

45

x Universitas Sumatera Utara

BAB IV

3.4.4 LOADING UP DAN OPERASI TARGET

45

3.4.5 PENGUJIAN SAMPEL

45

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1

48

PENGARUH PENGGUNAAN STATIC INLINE MIXER TERHADAP TS DAN VS

4.2

PERFORMANCE BIOREAKTOR BERDASARKAN NILAI TS & VS

51

4.3

PRODUKSI BIOGAS

53

4.4

ALKALINITAS DAN DERAJAT KEASAMAN (pH) BIOREAKTOR

4.5

54

PENGARUH PERUBAHAN COD TERHADAP PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER

BAB V

48

56

KESIMPULAN DAN SARAN

57

5.1

KESIMPULAN

57

5.2

SARAN

58

DAFTAR PUSTAKA

59

LAMPIRAN A

62

LAMPIRAN B

68

xi Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1

Blok Diagram Pengolahan TBS Menjadi CPO

Gambar 2.2

POME dari PKS PTPN IV Adolina

Gambar 2.3

Sketsa neraca massa Fermentasi POME dengan Recycle

7 10

Sludge

19

Gambar 2.4

Jenis Pola Aliran pada Static Mixer

23

Gambar 2.5

Rancangan Static In-Line Mixer dalam Penelitian

24

Gambar 2.6

Skema Static In-Line Mixer yang Sesuai dengan Kelenjar Kista 24

Gambar 2.7

Pola Aliran untuk Nilai Reynold 110 Aliran dari Kiri ke Kanan 25

Gambar 2.8

Pola Aliran untuk Nilai Reynold 100, c/D = 0,5, Aliran dari Kiri ke Kanan

25

Pola Aliran c/D = 0,7

25

Gambar 2.10 Pola Aliran c/D = 0,5

26

Gambar 2.11 Pola Aliran c/D = 0,3

26

Gambar 2.12 Faktor Friksi Vs Angka Reynold

26

Gambar 2.13 Faktor Friksi Vs Angka Reynold pada Variasi Nilai c/D

27

Gambar 2.14 Grafik Bilangan Reynold Vs CoV

27

Gambar 2.15 Kesimpulan

28

Gambar 2.16 Bentuk dari SSC, YNU dan YMX (Atas ke Bawah)

30

Gambar 2.17 Skema Penelitian Visualisasi Tri-Helical Static Mixer

31

Gambar 2.18 Langkah-langkah Pengembangan Scale Up

32

Gambar 3.1

Tangki Umpan

36

Gambar 3.2

Tangki Bioreaktor

38

Gambar 3.3

Static In-Line Mixer Selesai Pabrikasi

39

Gambar 3.4

Tangki Pengendap

40

Gambar 3.5

Tangki Penangkap Biogas

41

Gambar 3.6

Kompresor dan Tangki Bertekanan Tinggi

42

Gambar 3.7

Gas Meter

43

Gambar 3.8

Control Panel

43

Gambar 2.9

xii Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.1

Grafik perbandingan kualitas pencampuran antara Static inline mixer dengan Mixing tank berdasarkan perubahan nilai TS & VS

Gambar 4.2

48

Grafik pengaruh penggantian Static inline mixer terhadap perubahan nilai TS & Vs Fermentor

Gambar 4.3

Grafik pengaruh penggantian Static inline mixer terhadap laju alir produksi biogas

Gambar 4.4

53

Grafik pengaruh pengantian static in line mixer terhadap nilai alkalinitas dan derajat keasaman (pH) fermentor

Gambar 4.5

Gambar B.1

51

54

Grafik Pengaruh Perubahan COD terhadap Penggunaan Static In-Line Mixer

56

Penentuaan data regresi

68

xiii Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1

Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit 2006-2011

5

Tabel 2.2

Volume dan Nilai Ekspor Kelapa Sawit Tahun 2006-2010

6

Tabel 2.3

Karakteristik POME dari Sampel Adolina

8

Tabel 2.4

Komposisi Biogas

11

Tabel 2.5

Kondisi Optimum Produksi Biogas

12

Tabel 2.6

Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik

14

Tabel 2.7

Kesetaraan biogas dengan sumber lain

15

Tabel 2.8

Berbagai Penelitian fermentasi POME menjadi Biogas yang telah dilakukan

17

Tabel 2.9

Spesifikasi Pembuatan dan Biaya Static In-Line Mixer

33

Tabel 2.10

Spesifikasi Pembuatan dan Biaya Static In-Line Mixer

34

Tabel 3.1

Spesifikasi Tangki Umpan

36

Tabel 3.2

Spesifikasi Bioreaktor

37

Tabel 3.3

Spesifikasi Static In-Line Mixer

38

Tabel 3.4

Spesifikasi Tangki Pengendapan

39

Tabel 3.5

Spesifikasi Tangki Penangkap Biogas

41

Tabel 3.6

Kompresor dan Tangki Bertekanan Tinggi

42

Tabel A.1

Data Kadar TS dari Feed Tank, Gravity Thickener dan Static In-Line Mixer

Tabel A.2

62

Tabel A.1 Data Kadar TS dari Feed Tank, Gravity Thickener dan Static In-Line Mixer

63

Tabel A.3

M-Alkalinity dan pH Bioreaktor

64

Tabel A.4

Laju Produksi Biogas

65

Tabel A.5

Kadar TS dan VS Bioreaktor

66

xiv Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA HASIL PERCOBAAN

62

A.1 DATA TS DAN VS PILOT PLANT UNTUK PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER

62

A.2 DATA PARAMETER PENGUKURAN PADA PILOT PLANT BIOGAS

64

LAMPIRAN B CONTOH HASIL PERHITUNGAN

68

B.1 NILAI REGRESI

68

B.2 PERHITUNGAN KADAR TOTAL SOLID (TS)

69

B.3 PERHITUNGAN KADAR VOLATIL SOLID (VS)

69

B.4 PERHITUNGAN BILANGAN REYNOLD TANGKI BERPENGADUK

70

xv Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN POME

Palm Oil Mill Effluent

CPO

Crude Palm Oil

TKKS

Tandan Kosong Kelapa Sawit

TBS

Tandan Buah Segar

HRT

Hydraulic Retention Time

TS

Total Solid

VS

Volatil Solid

PKS

Pabrik Kelapa Sawit

PTPN

Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara

BOD

Biochemical Oxygen Demand

COD

Chemical Oxygen Demand

pH

Power of Hydrogen

SIM

Static in Line Mixer

MT

Mixing Tank

xvi Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL Simbol

Keterangan

Dimensi

Ha

Luas areal suatu perkebunan

NH4-N

Amonium

mg/L

VFA

Asam lemak yang menguap

mg/L

n-Hex

Normal Heksana

mg/L

C

Karbon

%

H

Hidrogen

%

N

Nitrogen

%

S

Belerang

%

P

Posfor

%

CH4

Metana

L/hari

CO2

Karbon dioksida

H2S

Hidrogen sulfida

O2

Oksigen

CO

Karbon monoksida

H2O

Air

NRe

Bilangan Reynold

SSC

Bentuk static in-line mixer

YNU


YMX


L/D

Panjang per diameter

C/N

Rasio karbon per nitrogen

HCl

Asam klorida

NaHCO3

Natrium bikarbonat

Fe

Besi

Ni

Nikel

Co

Cobalt



Kecepatan putaran

Rpm

Vol

Volume

Liter

R

Regresi

xvii Universitas Sumatera Utara

T

Temperatur

0

Q

Panas

KJ

m

Massa

Kg

Cp

Kapasitas panas

(KJ.Kg-1.0C-1)

C

xviii Universitas Sumatera Utara

PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN STATIC IN-LINE

Recommend Documents