PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN METANA CAIR DARI LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA DENGAN KAPASITAS 3360 KG/HARI
TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia
Disusun Oleh:
HARINI ROMAITO NIM : 050405013
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT sebagai Zat yang tidak pernah berhenti mengalirkan nikmat pada hambaNya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair Dari Limbah Cair Tapioka Dengan Kapasitas 3360 KG/ Hari. Sholawat dan salam penulis hadiahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang dengan pesannya ”Tuntutlah ilmu hingga ke liang lahat” selalu menjadi motivasi bagi penulis untuk terus menggali ilmu, salah satunya di Jurusan Teknik Kimia ini. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian sarjana pada Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, sebagai Dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan memberikan masukan serta arahan kepada penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Indra Surya, MSc, sebagai Dosen Pembimbing II yang telah membimbing dan memberikan masukan serta arahan kepada penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., sebagai Koordinator Tugas Akhir. 4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia USU. 5. Ibunda tercinta, yang selalu menyemangati penulis dalam untaian doa dan nasehat agar tekun dan jujur dalam menimba ilmu hingga nantinya mampu memberi manfaat bagi orang lain dengan ilmu tersebut. 6. Ayahanda, yang tetap teguh dan sabar memperjuangkan kuliah penulis hingga batas akhir. 7. Saudara kandung penulis, kak Indah, Adek,
Ikhsan, Hafiz,
Obi dan seluruh
keluarga besar di Sibuhuan atas doa dan cintanya sehingga penulis tidak pernah mengenal kata menyerah dalam menyelesaikan studi. 8. Partner penulis, M. Izni, atas kerjasamanya dalam penulisan tugas akhir ini.
i Universitas Sumatera Utara
ii
9. Teman-teman penulis, Apri, Meri, dan Rudi, Indra, Suci,Teris yang tidak pernah jemu menanyakan kemajuan skripsi dan terus menyemangati serta menambah ilmu penulis selama penyusunan skripsi. 10. Teman-teman Teknik Kimia Stambuk 2005 untuk segala dukungan dan saran yang membangun sehingga penulis terus termotivasi untuk segera menyusul teman-teman yang terlebih dahulu menamatkan kuliah di Teknik Kimia.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Terima Kasih.
Medan, Juni 2010 Penulis,
Harini Romaito
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................ i INTISARI ........................................................................................................... ii DAFTAR ISI ...................................................................................................... iii DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. .....1 1.1 Latar Belakang .................................................................................. .....1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................... .....3 1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik ............................................................ .....4 1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik .......................................................... .....4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... .. ...5 2.1 Pengertian Biogas ........................................................................... ......5 2.2 Sejarah Biogas ................................................................................ ......6 2.3 Tahapan Metabolisme dalamPembentukan Biogas ......................... .......6 2.4 Variabel Kondisi Proses .................................................................. ........9 2.5 Fermentasi Anaerobik................................................................................9 2.6 Nilai otensial gas.......................................................................................10 2.7 Kegunaan biogas.......................................................................................11 2.8 Proses Pencairan Biogas ................................................................ .......12 2.9 Limbah Cair Industri Tapioka ......................................................... ........13 2.10 Deskripsi proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari .Limbah Cair Taioka ....................................................................... .........16 2.10.1 Fermentasi Biogas ................................................................ ..........16 2.10.2 Pemurnian Biogas ................................................................ .........17 2.10.3 Pencairan Biogas .................................................................. .........17 2.11 Sifat Bahan ................................................................................... .........18 2.11.1 Limbah Cair Tapioka ........................................................... .........18 2.11.2 Effective Microorganism ...................................................... .........18 2.11.3 Natrium Bikarbonat (NaHCO3) ............................................ ........19 2.11.4 Urea (H2NCONH2) .............................................................. .........19 iii Universitas Sumatera Utara
iv 2.11.5 Ferri Klorida (FeCl2) ............................................................ .......19 2.11.6 Metana (CH4) ....................................................................... .......19 2.11.7 Karbondioksida (CO2) .......................................................... ........20 2.11.8 Air (H2O) ............................................................................. ........20 2.11.9 Propana (C3H8) .................................................................... ........21 2.12 Perhitungan mikroba yang dibutuhkan.......................................................21 2.13 Unit pengolahan limbah...............................................................................22 BAB III NERACA MASSA............................................................................... ........25 BAB IV NERACA ENERGI.............................................................................. ........29 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN .............................................................. ........32 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ......................... ........47 6.1 Instrumentasi .................................................................................. .......47 6.2 Keselamatan kerja .......................................................................... .......51 6.3 Keselamatan kerja pada Pabrik Pembuatan Metana Cair ................. .......53 BAB VII UTILITAS .......................................................................................... ......58 7.1 Kebutuhan Air ................................................................................ ......58 7.2 Kebutuhan Listrik ........................................................................... .......63 7.3 Kebutuhan Bahan Bakar ................................................................. ........65 7.4 Spesifikasi Peralatan Utilitas........................................................... ........66 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK........................................... .........73 8.1 Lokasi Pabrik.................................................................................. .........73 8.2 Tata Letak Pabrik ........................................................................... ........75 8.3 Perincian Luas Tanah ..................................................................... .........76 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ........................ .........78 9.1 Organisasi Perusahaan ................................................................... ........78 9.2 Manajemen Perusahaan .................................................................. .........80 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha .......................................................... .........83 9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ............................. .........83 9.5 Struktur Tenaga Kerja ..................................................................... .........86 BAB X ANALISA EKONOMI ........................................................................... .........93 10.1 Modal investasi............................................................................. .........93 10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/ Total Cost (TC) ............................... .........96
Universitas Sumatera Utara
v 10.3 Total Penjualan (Total Sales) ........................................................ .........97 10.4 Bonus Perusahaan ......................................................................... .........97 10.5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ........................................................... .........97 10.6 Analisa Aspek Ekonomi ............................................................... .........97 BAB XI KESIMPULAN .................................................................................... XI-1 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... x LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ....................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI....................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ....................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS ..... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI ............................... LE-1
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Ekspor Gas Alam ........................................................................ 2 Tabel 1.2 Data Impor Migas................................................................................ 3 Tabel 2.1 Komposisi biogas secara umum .......................................................... 5 Tabel 2.2 Tabel reaksi sintropik dan metanogenik pada proses anaerob...............8 Tabel 2.3 Keuntungan dan kerugian Fermentasi Anaerobik.................................10 Tabel 2.4
Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain..............................................11
Tabel 2.5 Pengaruh EM terhadap HCN pada Limbah Cair Tapioka......................15 Tabel 2.6 Kandungan dan Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Tapioka....... 15 Tabel 2.7 Karekteristik Limbah Cair Industri Tapioka...........................................18 Tabel 2.8 erhitungan untuk Sistem pengolahan Limbah..........................................23 Table 3.1 Neraca massa Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)…………………….25 Table 3.2 Neraca massa Tangki Kultur Effective Microorganism (M-140)…….....25 Tabel 3.3 Neraca massa Netralizer (F-150) ......................................................... .25 Tabel 3.4 Neraca massa Tangki Nutrisi (M-160)......................................................26 Tabel 3.5 Neraca massa Fermentor (R-210)............................................................26 Tabel 3.6 Neraca massa Filter Press (R-220)..........................................................27 Tabel 3.7 Neraca massa Kolom Absorpsi (D-310)....................................................27 Tabel 3.8 Neraca massa Tangki Akumulasi Gas Metan (F-410)................................27 Tabel 3.9 Neraca massa Flash Drum (F-420)......................................................... ..28 Tabel 4.1 Neraca energi Fermentor (R-210)…………………………………….......29 Tabel 4.2 Neraca energi Kolom Absorpsi (D-310)......................................................29 Tabel 4.3 Neraca energi Tangki Akumulasi (F-410)……………………………........29 Tabel 4.4 Neraca energi Comressor (F-421).................................................................30 Tabel 4.5 Neraca energi Pre Cooler (F-422)................................................................30 Tabel 4.6 Neraca energi Cooler (F-423).......................................................................30 Table 4.7 Neraca massa Tangki Pelarutan NaHCO3 (M-130)……………………......31 Tabel 4.8 Neraca massa Tangki Nutrisi (M-160)..........................................................31 Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra – Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka…………............51
Universitas Sumatera Utara
Tabel 7.1 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan.....................................................59. Tabel 7.2 Kualitas air Sungai Way Seputih, Lampung Timur.........................................60 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah......................................................................................77 Tabel 9.1 Pembagian Shift Karyawan.............................................................................87 Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya.............................................................88 Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan...................................................................................89 Tabel LB.1 Tabel kontribusi Unsur Atom...................................................................LB-1 Tabel LB.2 Kapasitas panas padatan………………………………………….... Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)……………………………………LB-2 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)……………………………………LB-2 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kJ/mol)………………………………..LB-3 Tabel LB.6 Panas masuk ke dalam Fermentor untuk setiap komponen................LB-4 Tabel LB.7 Panas keluar dari Fermentor untuk setiap komponen.........................LB-5 Tabel LB.8 Panas masuk ke dalam kolom absorpsi untuk setiap komponen.........LB-6 Tabel LB.9 Panas masuk ke dalam tangki akumulasi untuk komponen CH4........LB-7 Tabel LB.10 Perhitungan panas masuk ke dalam pre-cooler untuk komponen CH4.LB-8........................................................................LB-8 Tabel LB.11 Perhitungan panas keluar dari pre-cooler untuk komponen CH4...LB-8 Tabel LB.12 Panas masuk ke dalam cooler untuk komponen CH4......................LB-10 Tabel LC.1 Densitas campuran gas.......................................................................LC-43 Tabel LC.2 BM rata-rata gas.................................................................................LC-43 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………………………………….LE-7 Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi…………………………………………LE-9 Tabel LE.6
Perincian Gaji Pegawai....................................................................LE-12
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas………………………………………………...LE-14 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja……………………………………………...LE-15 Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000.LE-16..............................................................................LE-16 Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000.....LE-17
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate Return (IRR) Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka..............................LE-26
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema metabolisme yang terlibat dalam degradasi anaerob lengkap dari bahan organik menjadi metana dan karbon dioksida...................................... II-3 Gambar 2.2 Kurva Pendinginan Gas Alam - Pendingin Tipikal ......................................... II-7 Gambar 6.1 Penggunaan Instrumentasi Berbagai Alat pada Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka .......................... VI-6 Gambar 8.1 Tata Letak Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka ........................................................................................................ VIII-5 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Perusahaan ..................................................................... IX-7 Gambar LC.1 Sketsa sebagian bar screen, satuan mm (dilihat dari atas) ........................... LC-5 Gambar LD.1 Screenimg Unit pada Pengolahan Air ......................................................... LD-2 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan ...................................................................................................... LE-5 Gambar LE.2 Kurva Break Even Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Industri Tapioka ........................................................................................... LE-27
Universitas Sumatera Utara
INTISARI Metana adalah salah satu energi alternatif yang dapat digunakan saat ini, yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik. Metana dapat dibuat dari limbah cair industri tapioka. Selain mengurangi emisi gas rumah kaca, produksi metana dari limbah cair industri tapioka juga dapat membantu mengurangi krisis energi saat ini. Berdasarkan penelitian, konversi limbah cair industri tapioka menjadi biogas dengan kandungan terbesar metana adalah 35 m3 biogas/ 4 m3 limbah. Dengan kata lain 1 m3 limbah menghasilkan 7,5 m3 biogas. Suhu fermentasi berlangsung pada 57,430 C yang termasuk kategori termofilik. Metana cair diproduksi 3.360 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Pabrik Pembuatan Biogas ini direncanakan berlokasi di Kecamatan Sekampung Udok, 2
Lampung Timur dengan luas areal 17.400 m . Tenaga kerja yang dibutuhkan 113 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) di bawah pimpinan seorang General Manager. Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Tapioka ini sebagai berikut: •
Total Modal Investasi : Rp 59.109.900.200,-
•
Total Biaya Produksi : Rp 31.156.493.523,-
•
Hasil Penjualan : Rp 53.313.290.000,-
•
Laba Bersih : Rp 9.947.150.592,-
•
Profit Margin (PM) : 26,42 %
•
Break Even Point (BEP) : 57,97 %
•
Return on Investment (ROI) : 22,76 %
•
Pay Out Time (POT) : 4,39 tahun
•
Return on Network (RON) : 28,05 %
•
Internal Rate of Return (IRR) : 28,96 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Limbah Cair Tapioka ini layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
