PERANCANGAN PABRIK BIOHIDROGEN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PROSES FERMENTASI MENGGUNAKAN BAKTERI FAKULTATIF ANAEROB

PERANCANGAN PABRIK BIOHIDROGEN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PROSES FERMENTASI MENGGUNAKAN BAKTERI FAKULTATIF ANAEROB Oleh: Noviyanti Mawardiyani (2310030076) Horima (2310030078) Dosen Pembimbing: Ir. Budi Setiawan, MT

Program Studi D3 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Prancangan Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Proses Fermentasi Menggunakan Bakteri Fakultatif Anaerob

Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Latar Belakang Meningkatnya kebutuhan hidrogen untuk industri kimia dan petrokimia

Indonesia masih mengimpor hidrogen dari luar negeri

Prospek tandan kosong kelapa sawit yang melimpah di Indonesia

Peluang Biohidrogen untuk pabrik kimia

Perancangan Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Anaerob


Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas

Biohidrogen  Hidrogen yang diproduksi melalui proses biologi dan menggunakan bahan-bahan biologis.

Karakteristik Hidrogen

Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT (MSDS, 2010) UTILITAS


Latar Belakang


UTILITAS

Kegunaan Biohidrogen 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Digunaan dalam pembuatan asam klorida Sebagai reduktor pada bijih logam Bahan baku pembuatan ammonia Digunakan sebagai bahan hidrogenasi Pendingin rotor di generator pembangkit listrik Sebagai forming gas untuk pendeteksi kebocoran gas di bidang otomotif, kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. 7. Proses hidrogenasi pada industri minyak dan margarin 8. Proses hidrodealkilasi pada industri pembuatan benzene dan metana 9. Proses hidrodesulfurasi dan hidrocracking 10. Digunakan dalam pemurnian minyak bumi 11. Digunakan dalam pembuatan metanol 12. Sebagai bahan bakar fuel cell

Konsumsi hidrogen terbesar untuk membuat ammonia (49%), untuk pemurnian minyak bumi (37%), untuk memproduksi metanol (8%) dan untuk lainnya (6%).


Latar Belakang

Bahan Baku Pembuatan Biohidrogen


Bahan-bahan Berpati

Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

BIOHIDROGEN

Bahan-bahan yang mengandung karbohidrat

Bahan-bahan yang mengandung selulose


Latar Belakang

Alasan Pemilihan Bahan Baku

Bahan Baku

Ketersediannya yang melimpah dan belum termanfaatkan

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

biorenewable resources

Memiliki kandungan selulosa yang tinggi


Latar Belakang

Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit


UTILITAS

Komposisi TKKS

Dasar Kering (%)

Selulosa

57,03

Hemiselulasa

22,84

Lignin

16,49

Abu

1,23

Minyak

2,41

(Institut Pertanian Bogor, 2010)


Latar Belakang

Penentuan Lokasi Pabrik


UTILITAS

Produksi

Luas Area

Produksi

Produksi

Kelapa Sawit

TKKS

Riau

1,3 juta Ha

Sumatera Utara

964,3 ribu Ha 400 ribu ton

92 ribu ton

Sumatera Selatan


57,5 ribu ton

Kalimantan Barat


46 ribu ton

Jambi


46 ribu ton

(Badan Pusat Statistik, 2011)

559 ribu ton

128 ribu ton


Latar Belakang

Penentuan Lokasi Pabrik Kabupaten/kota

Bahan Baku

Produksi TBS

Produksi (ton

(ton/thn)

CPO)

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas

Kampar

7.680.797

1.273.944

Rokan Hulu

6.150.819

989.041

Pelalawan

3.737.819

648.197

Proses Pembuatan BIOHIDROGEN

Indragiri Hulu

2.185.196

389.113

Kuantan Singingi

2.392.285

431.385

Bengkalis

2.303.132

435.688

Neraca Massa & Neraca Panas

Rokan Hilir

4.639.402

797.644

Dumai

406.727

75.085

Siak

4.035.206

704.027

Indragiri Hilir

3.097.067

518.911b

Pekan Baru

180.973

30.507

Kepulauan Meranti

-

-

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

(Badan Pusat Statistik, 2011)

Produksi TBS terbesar di

daerah Kampar, maka dapat disimpulkan Kampar sebagai produksi TKKS terbesar


Latar Belakang

Berdasarkan pertimbangan di atas, maka direncanakan pendirian pabrik pembuatan Hidrogen berlokasi di daerah Kampar, Riau. Dengan pertimbangan sebagai berikut:

Bahan Baku

Penyediaan Bahan Baku

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas

Utilitas: Sungai Kampar


Tenaga Kerja


Transportasi Pemilihan Iklim

SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Lokasi Pabrik


Latar Belakang

Penentuan Kapasitas Produksi Data Kebutuhan Hidrogen di Indonesia

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN

Tahun impor

Kebutuhan (Ton) 2007 23.681 2008 26.405 2009 28.522 2010 31.000 2011 34.280 (Badan Pusat Statistik, 2012)

Prediksi Kebutuhan Hidrogen

UTILITAS

Jumlah Hidrogen

Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

Jadi, diperoleh prediksi kebutuhan Hidrogen pada tahun 2020 adalah 80% dari kebutuhan maka diperoleh 48.000 ton/tahun.

90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 2006

y = 2579,3x - 5E+06 R² = 0,9947

2008

2010

2012

2014

Tahun

2016

2018

2020


Latar Belakang


Perbandingan Berbagai Proses Pembuatan Hidrogen Proses/

Elektrolisis

Steam Reforming

Keuntungan • Metode sederhana, • Hanya membutuhkan air

• Efisiensi termal paling • Energi yang dibutuhkan tinggi • Teknologinya proven

sedikit

besar

• Ramah lingkungan

• Sludge hasil buangannya

• Ideal untuk daerah

dapat digunakan sebagai

terpencil

• Membutuhkan

• Mahal dan tidak efisien.

• Biaya produksi rendah

• Efisiensi sangat tinggi

• Ramah lingkungan

• Tingkat

• Tidak tergantung

polusi

pada bahan bakar fosil

rendah • Teknologi sudah

• Biaya murah

proven

• Ramah lingkungan • Ketergantungan pada bahan bakar fosil

efisiensinya sangat • Mengemisi CO2

rendah

• Efisiensinya tinggi

pupuk

bahan bakar fosil.

listrik yang

UTILITAS

dan produk samping

• Biaya produksi rendah. • Baik untuk operasi skala

dan listrik

Kerugian

Gasifikasi batubara

• Tidak tergantung

SPESIFIKASI ALAT

Iodin-Sulfur

Parameter

Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas

Fermentasi anaerob

• Harus dibangun dekat dengan reaktor nuklir • Panas nuklir suhu tinggi

• Sangat sensitif terhadap perubahan temperatur dan akumulasi produk

akhir

• Masih dalam tahap awal pengembangan • Harus dekat dengan

reaktor nuklir untuk kebutuhan pasokan panas yang berkesinambungan .

Biaya mahal


Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN

Uraian Proses Terpilih

PreTreatment

Hidrolisa

Fermentasi Anaerob

Pemurnian

Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Gas H2 99%


Latar Belakang


UTILITAS

Proses Pre-Treatment  Bertujuan untuk mengurangi lignin, mengurangi kristalinitas selulosa dan meningkatkan porositas bahan.  Tujuan lainnya adalah untuk menonaktifkan bakteri metanasi sehingga dihasilkan produk H2 yang tinggi.

 Dengan cara fisika, berupa pencacahan secara mekanik, untuk memperkecil ukuran bahan.


Latar Belakang


UTILITAS

Proses Hidrolisa  Terjadi perombakan rantai panjang karbohidrat menjadi bagian yang lebih pendek dan selanjutnya hasil perombakan itu diubah menjadi hidrogen pada proses asidifikasi.  Reaksi yang terjadi: (hidrolisa tahap 1) (hidrolisa tahap 2)


Latar Belakang


UTILITAS

Proses Fermentasi  Adalah proses asidifikasi yang mengubah glukosa menjadi hidrogen.  Fermentasi adalah proses perombakan molekul komplek menjadi molekul sederhana oleh mikroba, baik secara aerobik dan anaerobik.  Bakteri yang digunakan adalah Enterobacter aerogenes pada kondisi mesofilik dengan suhu 37oC  Reaksi yang terjadi:


Latar Belakang


UTILITAS

Proses Purifikasi Proses penghilangan gas CO2  Pemurnian gas H2 menjadi 99% dengan PSA

Flowsheet Pembuatan Biohidrogen dari TKKS dengan Fermentasi Anaerob 690546.967 21735335.7

1313905.68

326030036

4.544.047,3 24524558.7

8805.5968

45.535,2 225103,261 300000 kg/jam 457630538 4852853 232230 954051291

59506136,5

342722860 4666159 16827078,9

11144772.4 225880

2316604.6

2254429.5 6811019.6 46017.449 24958160 367670079

232230

2532720

409800065

35580975

232230 1094085257 2532720

10793326 .5

2038.513

720997

75307.87

81015,24

75307.87 97288378 1

12042059. 6 1018152.9

5016.6 67.63

135.26

101.63

9145029.6

2217.9 99642791 169085.8 15081.18

10109019 30

2532720 42525883 10161144 10109019 30

2470887 29800108

76914 12801083

10082122.74 120358284.2

81015,24 120358284.2

5738.579 144499.58

74263.9

13832331


Latar Belakang


UTILITAS

NERACA MASSA Kondisi Operasi Bahan Baku

No

: 330 hari/tahun ; 24 jam per hari : 300.000 kg/jam bahan baku TKKS

Alat

Reaktor prehidrolisa 2 RVF 1

Massa Masuk Massa Keluar 4852852.89

4852852.89

4852852.89

4852852.89

3 Reaktor hidrolisa

2532719.842

2532719.842

4 RVF

2547801.022

2547801.022

5 Tangki sterilisasi

10161144.23

10161144.23

6 Tangki Aklimatisasi

1018152.936

1018152.936

7 Reaktor Fermentasi 10163138.03

10163138.03

8 PSA

81015.2357

81015.2357


Latar Belakang

NERACA PANAS

Bahan Baku

No

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT

UTILITAS

Alat

1 Heater Reaktor Pre 2 Hidrolisa 3 Cooler 4 RVF 5 Reaktor Hidrolisa 6 Cooler 7 RVF 8 Tangki sterilisasi 9 Cooler 10 Tangki aklimatisasi 11 Reaktor Fermentasi 12 PSA

Enthalpy masuk

Enthalpy keluar

342045546.5

342045546.5

954051290.5

954051290.5

457630537.5 76333215.4 1094085257 409800064.6 42601191.2 1010901930 972883781.1 12042059.62 120358284.2 14795662.6

457630537.5 76333215.4 1094085257 409800064.6 42601191.2 1010901930 972883781.1 12042059.62 120358284.2 14795662.6


Latar Belakang


UTILITAS

SPESIFIKASI ALAT 1. ROTARY VACUUM FILTER Spesifikasi alat Rotary Vacuum Filter setelah hidrolisa Jenis : Rotary Drum Vacuum Filter Jumlah :1 Bahan Konstruksi : Commercial steel Luas Permukaan : 3.45884 meter Diameter Filter : 0.74 meter : 1.4828 meter Tinggi Filter Kecepatan Putar : 0.05 rpm Kapasitas Filtrat : 1493818 kg/m2 hari


Latar Belakang

SPESIFIKASI ALAT 2. POMPA


UTILITAS

Nama Alat Tugas

Tipe Efisiensi Pompa Daya Pompa Efisiensi Motor Power Motor Power Pompa

: Pompa ke tangki Sterilisasi : Untuk memompa campuran larutan glukosa dari Rotary Vacuum Filter ke tangki sterilisasi : Centrifuge Pump : 85% : 2.56 Hp : 83 % : 3.0846 Hp : 450.774 Watt


Latar Belakang

SPESIFIKASI ALAT 3. TANGKI STERILISASI


UTILITAS

Fungsi Bentuk

: Sebagai tempat proses sterilisasi : Tangki silinder, tutup atas dan bawah berbentuk standar dished head dilengkapi dengan pengaduk tipe propeller

Shell Diameter Tinggi Tinggi tutup atas dan bawah Tebal tutup bawah Tebal tutup atas Bahan konstruksi Jumlah

: 13 ft : 20 ft : 18.789 in : 5/161 in : 5/16 in : Carbon Steel SA 212 Grade A : 1 buah


Latar Belakang


UTILITAS

SPESIFIKASI ALAT Sistem Pengaduk Flat six blade turbin agitator Diameter propeller Lebar blade Panjang blade Power motor Kecepatan pengaduk

: 3.9ft : 0.1486 ft : 0.297 ft : 10 hp : 60 rpm

UTILITAS PROSES PENGOLAHAN AIR


Latar Belakang


UTILITAS

KEBUTUHAN AIR 1. Kebutuhan air sanitasi sebesar: 52,56 m3/hari 2. Kebutuhan air pendingin sebesar: 114836,3817 m3/hari 3. Kebutuhan air proses sebesar: 6696,7 m3/hari 4. Kebutuhan air unpan boiler sebesar: 5821381,193 m3/hari Setelah resirkulasi: -Air pendingin : 109094 m3/hari -Air kondensat : 5261,75 m3/hari Total: 114356,538 m3/hari


Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT Kesehatan & keselamatan kerja

Kesehatan & Keselamatan Kerja Usaha-usaha keselamatan kerja: 1. Memakai alat pelindung kepala atau safety helmet 2. Memakai alat pelindung kaki atau sepatu karet 3. Memakai alat pelindung tangan atau sarung tangan 4. Memakai alat pelindung pernapasan atau masker 5. Memakai ear plug 6. Pengadaan instalasi pemadam kebakaran di setiap unit proses


Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT Alat Ukur dan Instrumentasi

INSTRUMENTASI No.

Nama Alat

Alat Ukur dan Instrumentasi

1.

Reaktor Pre-Hidrolisa (R-110)

Temperature Controller (TC) Level controller (LC)

3.

Heater (E-119)

Pressure Indicator (PI) Temperatur controller (TC) Flow controller (FC)

4. 5. 6.

7.

Tangki Penampung H2SO4 (F117) Cooler (E-121) Reaktor Hidrolisa (R-120)

8. 9.

Tangki penampung H2SO4 (L134) Pompa RVF 2 (L-211) Cooler ( E-212)

10.

Rotary Vacuum Filter (H-213)

Flow controller (FC) Temperatur controller (TC) Temperatur Controller (TC) Flow controller (FC) Level controller (LC) Pressure Indicator (PI) Flow controller (FC) Flow controller (FC) Temperature controller (TC) Flow controller (FC)


Latar Belakang

Bahan Baku

INSTRUMENTASI 11.

Tangki Sterilisasi (M-210)

12.

15.

Tangki penampung FeSO4.7H2O (F-125a) Tangki penampung (NH4)2.SO4 (F-125b) Tangki penampung Buffer (F125c) Tangki Sterilisasi (M-210)

16. 16. 17.

Pompa (L-221) Cooler (E-222) Reaktor Fermentasi (R-220)

18.

Kompressor (G-311)

19.

Kompressor (G-312)

20.

Kompressor (G-313)

21.

Tangki Gas

13.

Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN

14.

Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT Alat Ukur dan Instrumentasi

Temperature Controller (TC) Flow Controller (FC) Flow Controller (FC) Flow Controller (FC) Temperature Recorder Controller (TRC) Flow controller (FC) Flow Controller (FC) Temperature Controller (TC) Level Controller (LC) Pressure Indicator (PI) Flow Control (FC) Temperrature Control (TC) Flow Control (FC) Temperrature Control (TC) Flow Control (FC) Temperrature Control (TC) Pressure Indicator (PI) Flow Controller (FC) Pressure Controller (PC)


Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT PENGOLAHAN LIMBAH

PENGOLAHAN LIMBAH 1. Limbah cair Limbah cair dari pabrik biohidrogen ini berasal dari filtrat pada proses filtrasi di rotary vacuum filter dan effluent sisa hasil proses fermentasi. 2. Limbah Padat Berasal dari cake yang berasal dari proses filtrasi pada filter press dan rotary drum vacuum filter. Cake tersebut terdiri dari inert bahan baku, lignin, dan bahan pendukung yang terikut cake seperti minyak, H2SO4, xylose, dan glukosa.


Latar Belakang

Bahan Baku Penentuan Lokasi Pabrik & kapasitas Proses Pembuatan BIOHIDROGEN Neraca Massa & Neraca Panas SPESIFIKASI ALAT PENGOLAHAN LIMBAH

PENGOLAHAN LIMBAH 1. LIMBAH PADAT • Slurry bisa digunakan sebagai pupuk organik (kompos) dan bahan pembuatan biogas • Lignin Di suplay ke industri perekat

2. LIMBAH CAIR • Secara fisika  pengendapan awal dan sedimentasi • Secara Kimia  Menggunakan larutan Ca(OH)2 • Secara Biologi  Menggunakan lumpur aktif


Latar Belakang

KESIMPULAN •


•


•


•

SPESIFIKASI ALAT

KESIMPULAN

•

Rencana Operasi Pabrik Biohidrogen ini direncanakan beroperasi secara continue selama 330 hari operasi/tahun dan 24 jam/hari Kapasitas Produksi Kapasitas produksi pabrik ini sebesar 48.000 ton/tahun biohidrogen 99,9% Bahan baku Bahan baku utama pabrik ini adalah tandan kosong kelapa sawit. Bahan baku yang diperlukan adalah Proses Proses yang digunakan pada pabrik ini adalah proses fermentasi anaerob menggunakan bakteri Enterobacter aerogenes Utilitas  kebutuhan air yang dibutuhkan adalah 114356,538 m3/hari

Dipresentasikan dalam: SIDANG TUGAS AKHIR PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA FTI-ITS Surabaya, 3 JULI 2013

TERIMA KASIH

PERANCANGAN PABRIK BIOHIDROGEN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PROSES FERMENTASI MENGGUNAKAN BAKTERI FAKULTATIF ANAEROB

Recommend Documents