laporan biodiesel
TRANSCRIPT
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia adalah salah satu negara penghasil minyak bumi, karena
terbatasnya jumlah kilang yang dimiliki untuk memproduksi bahan bakar minyak
(BBM), Indonesia harus mengimpor BBM untuk kebutuhan transportasi,industri,
pembangkit listrik dan sebagainya. Selain itu, cadangan minyak bumi yang
dimiliki Indonesia semakin terbatas karena merupakan produk yang tidak dapat
diperbarui.
Permintaan bahan bakar minyak yang terus-menerus meningkat seiring
dengan laju pertumbuhuan ekonomi dan pertambahan jumlah penduduk.
Kebutuhan sarana trasportasi dan aktivasi industri semakin besar. Data tahun 2003
menunjukkan bahwa kebutuhan BBM tidak dapat dipasok sepenuhnya oleh kilang
minyak dalam negeri. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, pemerintah
melakukan impor. Besar impor Indonesia diperkirakan akan terus meningkat.
Dengan demikian, naiknya harga minyak dunia menjadi masalah tersendiri bagi
pemerintah.
Dalam rangka mengurangi ketergantungan BBM, penganekaragaman
(deversifikasi) sumber energi merupakan keharusan. Salah satu energi alternatif
yang dapat dikembangkan adalah biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar
minyak nabati yang memiliki sifat seperti miyak diesel atau solar. Bahan bakar ini
lebih ramah lingkungan karena bersifat dapat diperbaharui. Tanaman yang bisa
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
2
dikembangkan menjadi bahan baku biodiesel antara lain miyak kelapa sawit,
kelapa, kapuk, jarak pagar dan lainnya.
Biodiesel adalah suatu nama dari Alkyl Ester atau rantai panjang asam
lemak yang berasal dari minyak nabati maupun lemak hewan. Biodiesel
merupakan bioenergi atau bahan bakar nabati yang dibuat dari minyak nabati atau
minyak yang dapat diperbaharui dan mengandung bahan kimia berupa methyl
ester yang merupakan bahan bakar ideal untuk industri transportasi karena dapat
digunakan pada berbagai mesin diesel konvensional tanpa memerlukan modifikasi
mesin, termasuk mesin-mesin pertanian. Pada sifat-sifat kimia biodiesel adalah
mono alkil ester atau methyl ester dengan rantai C antara 12-20 serta mengandung
oksigen. Panjang rantai C inilah yang membedakan biodiesel dengan petrodiesel
yang komponen utamanya hanya terdiri dari hidro karbon. Biodiesel secara nyata
dapat mengurangi pencemaran, mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar,
karbon monoksida, sulfat, polisiklikaromatik hidrokarbon, dan hujan asam.
Biodiesel adalah senyawa mono alkil ester yang diproduksi melalui reaksi
tranesterifikasi antara trigliserida (minyak nabati, seperti minyak sawit, minyak
jarak dll) dengan metanol menjadi metil ester dan gliserol dengan bantuan katalis
basa. Proses ini pada dasarnya adalah mereaksikan minyak nabati dengan metanol
atau etanol yang dibantu dengan katalisator sodium metilat (NaOCH3), NaOH
atau KOH.
1.2 Perumusan Masalah
Semakin menipisnya persediaan minyak bumi di Indonesia menjadi
pemicu untuk mencari sumber alternatif BBM dimana bahan bakunya dapat
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
3
diperbaharui. Pembuatan biodisel yang dikonversi dari minyak kelapa atau rafined
palm oil (RPO) dengan memanfaatkan katalis pada proses esterifikasi dapat
membantu mengatasi maslalah tersebut. Oleh karena itu, perlu ditelaah pra
rancangan pabrik pembuatan biodiesel dari RPO.
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik
Tujuan Pra Perancangan Pabrik Pembuatan Biodiesel dari RPO ini adalah
untuk menerapkan disiplin ilmu Teknik Kimia, khususnya di bidang Azas Teknik
Kimia, Operasi Teknik Kimia dan Desain Alat Industri Kimia, sehingga akan
memberikan gambaran kelayakan pra-peramcangan pendirian pabrik ini. Tujuan
lain adalah untuk mengahsilkan bahan bakar alternatif ramah lingkungan dan
tidak beracun, sehingga akan menghemat pengggunaan bahan bakar diesel dari
minyak bumi.
Berdasarkan tujuan yang telah diuraikan di atas, maka manfaat yang
diperoleh dari Pra Rancangan Pabrik Biodiesel dari RPO ini adalah tersedianya
informasi mengenai Pabrik Biodiesel dari RPO sehingga dapat dijadikan referensi
untuk pendirian suatu pabrik biodiesel. Dismaping itu juga untuk memberikan
gambaran mnegenai proses pembuatan biodiesel dari RPO serta memberikan nilai
ekonomis pada bahan baku agar menjadi produk yang bermanfaat.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biodiesel
Metil ester asam lemak adalah senyawa yang berumus molekul
Cn-1H2(n-1)CO-OCH3 dengan nilai n yang umum adalah angka genap diantara 8
sampai 24 dan nilai r (jumlah ikatan rangkap) lazimnya 0, 1, 2, dan 3.
Pada awalnya metil ester dan turunannya dapat digunakan sebagai surfaktan
untuk bahan makanan dan non-makanan. Beberapa industri hilir menggunakan
metil ester sebagai bahan baku kosmetika, deterjen, sabun mandi, farmasi, plastik,
dan barang jadi karet. Namun dalam dua dekade terakhir, metil ester banyak
direkomendasikan sebagai komponen minyak diesel alternatif atau yang lebih
dikenal dengan nama biodiesel. Biodiesel adalah bahan bakar dari minyak nabati
yang memiliki sifat menyerupai minyak diesel atau solar. Secara kimia biodiesel
termasuk dalam golongan monoalkil ester atau metil ester dengan panjang rantai
karbon antara 12 samapi 20 yang mengandung oksigen.
Pada prinsipnya biodiesel diproduksi melalui reaksi transesterifikasi antara
trigliserida dengan metanol menjadi metil ester dan gliserol dengan bantuan
katalis basa atau asam, sehingga secara alamiah biodiesel dikenal sebagai metil
ester (Darmoko,2003).
Biodiesel mempunyai sifat fisika dan sifat kimia yang sama dengan
petroleum diesel sehingga dapat digunakan langsung pada mesin diesel atau di
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
5
campur dengan petroleum diesel. Walaupun kandungan kalori biodiesel serupa
dengan petroleum diesel, tetapi karena biodiesel mengandung oksigen, maka flash
pointnya lebih tinggi sehingga tidak mudah terbakar. Disamping itu biodiesel
tidak mengandung sulfur dan senyawa benzene yang karsinogenik sehingga
biodiesel merupakan bahan bakar yang lebih bersih dan mudah ditangani daripada
petroleum diesel. Adapun kelebihan biodiesel bila dibandingkan dengan
petroleum diesel antara lain:
1. Merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan karena menghasilkan emisi
yang jauh lebih baik (free sulfur dan smoke number rendah).
2. Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan yang terbarukan.
3. Biodiesel jauh lebih aman dan tingkat toksisitasnya 10 kali lebih rendah
dibandingkan dengan petroleum diesel. Biodiesel tidak menambah efek
rumah kaca seperti halnya petroleum diesel karena emisi yang dihasilkan
dapat terurai secara alamiah (biodegradable).
4. Mereduksi polusi tanah serta melindungi kelestarian peraiaran dan sumber
air minum.
5. Cetana number lebih tinggi (51-62) dibandingkan dengan petroleum diesel
(42) sehingga menghasilkan suara mesin yang elbih halus (Didiek, 2004).
2.1.1 Syarat Utama Biodiesel dari Metil Ester
Syarat utama biodiesel menurut Badan Standardisasi Nasional dapat dilihat
pada Tabel 2.1 sedangkan sifat-sifat metil ester dapat dilihat pada Tabel 2.2.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
6
Tabel 2.1 Syarat Utama Biodiesel menurut Badan Standardisasi Nasional
NO PARAMETER SATUAN NILAI
1 Massa jenis pada suhu 40oC kg/m3 850-890
2 Viskositas kinematik pada suhu 40oC mm2/s(cSt) 2,3-6,0
3 Angka setana min.51
4 Titik nyala oC min.100
5 Belerang ppm-m(mg/kg) maks.100
6 Fosfor ppm-m(mg/kg) maks.10
7 Angka asam Mg-KOH/g maks.0,8
8 Gliserol bebas %-massa maks.0,02
9 Gliserol total %-massa maks.0,24
10 Kadar ester alkil %-massa min.96,5
11 Angka iodium %-massa(g-I2/100g) maks.115
12 Uji Halpen Negatif
(Badan Standardisasi Nasional, 2006).
Tabel 2.2 Sifat-sifat Metil Ester
NO PARAMETER NILAI
1 Titik didih >200oC
2 Titik nyala 100oC
3 Titik embun -11-16oC
4 Densitas pada suhu 25oC 0,885 g/mL
5 Viskositas pada suhu 25oC 7,5 cp
6 Spesifik gravity 0,87-0,89
7 Angka asam 0,7-1 mg KOH/g
(Perry, 1999).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
7
2.1.2 Sifat Fisika dan Kimia Biodiesel dan Petrodiesel
Saat ini pengembangan produk biodiesel lebih diarahkan pada bnetuk metil
ester dari minyak nabati. Dalam bentuk metil ester maka berat molekul, titik beku,
titik didih, danj viskositas minyak akan menjadi lebih rendah. Teknologi produksi
yang intensif dikembangkan adalh proses transesterifikasi antara minyak nabati
dengan alkohol. Disamping produksi biodiesel, proses ini juga menghasilkan
gliserol (12%) yang merupakan produksi samping yang bernilai ekonimis tinggi.
Untuk mengetahui kualitas dari biodiesel dapat ditentukan dari sifat fisika dan
kimia dari biodiesel itu sendiri. Sifat fisika dan kimia dari biodiesel dan
petrodiesel dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Sifat Fisika-Kimia Biodiesel dan Petrodiesel
No Sifat Fisika-Kimia Biodiesel Petrodiesel
1 Komposisi Metil ester asam lemak Hidrokarbon
2 Densitas 0,8624 0,8750
3 Viskositas, cSt 5,55 4,0
4 Flash point, oC 172 98
5 Cetana number 62,4 53
6 Engine power, BTU 128.000 130.000
7 Engine Torque 128.000 130.000
8 Emisivitas Lebih rendah CO2, total
hidrokarbon, SO2, dan NOX
Lebih inggi CO2,
total hidrokarbon,
SO2, dan NOX
9 Sifat Terbarukan Tidak terbarukan
(Pakpahan, 2001).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
8
2.2 Minyak Kelapa Sawit
Ide penggunaan minyak nabati sebagai pengganti untuk bahan bakar diesel
telah dipertunjukkan oleh seorang penemu mesin diesel, Rudolph Diesel, pada
tahun 1900-an. Sejak itu, peneltian di daerah ini dilanjutkan dengan berbagai
bahan bakar yang diturunkandari lemak hewani dan lemak nabati (biofuel) yang
telah diuji secara luas sebagai bahan bakar alternatif (Foglia, 2000).
Untuk mengatasi masalh-masalh (viskositas tinggi dan pengotoran atau
penyumbatan injector bahan bakar) yang berhubungan dengan penggunaaan
trigliserida secara utuh sebagai bahan bakar diesel, minyak atau lemak diubah
menjadi alkil ester yang sederhana (yang paling umuadalah metil ester atau etil
ester). Saat ini, biodiesel adalah istilah yang diterapkan untuk alkil ester asam
lemak (FAME= fatty acid metil ester) yang digunakan sebagai penggnati bahan
bakr diesel yang terbuat dari minyak bumi.
Biodiesel sawit dapat dibuat dari hampir semua fraksi sawit seperti Crude
Palm Oil (CPO), Palm Kernel Oil (PKO), Refined Bleached and Deodorized
Palm Oil (RBDPO), Refined Palm Oil (RPO), dan olein. Faktor penting yang
perlu diperhatikan dalam pemilihan bahan baku adalah kandungan asam lemak
bebasnya dan harganya. Untuk minyak kelapa sawit yang mengandung asam
lemak bebas > 1% perlu dilakukan perlakuan pendahuluan berupa penetralan atau
penghilanagan asam lemak (deasidifikasi). Prosesini dapat dilakukan dengan
penguapan, saponifikasi, atau esterifikasi asam dengan katalis padat
(Darmoko, 2003).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
9
Adapun bahan baku berbasis CPO yang berpeluang menjadi bahan baku
biodiesel adalah sebagai berikut:
1. CPO off grade/minyak kotor, dengan kadar FFA 5-20%.
2. CPO parit, dengan kadar FFA 20-70%.
3. Palm Fatty Acid Distillate (PFAD), dengan kadar FFA >70%.
4. Minyak goreng bekas.
5. Stearin dan crude stearine.
Disamping CPO masih ada lebih dari 40 jenis minyak nabti yang memiliki
potensial sebagai bahan baku biodiesel di Indonesia, misalnya minyak jarak pagar,
minyak kelapa, minyakkedelai, minyak kapok, sehingga pengembanagn biodiesel
dapat disesusaikan oleh potensi alam setempat (Darmoko, 2003).
2.3 Reaksi Transesterifikasi
Proses transesterifikasi merupakan proses pembuatan biodiesel yang paling
banyak dikembangkan. Tahapan reaksi transesterifikasi gliserida dengan metanol
berlangsung denga skema yang dapat dilihat pada Gambar 2.1.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
10
Gambar 2.1. Skema Tahapan Proses Transesterifikasi
Proses transesterifikasi pada suhu dan tekanan tinggi dengan katalis asam
memiliki konversi yang tinggi dan sangat cocok untuk bahan baku minyak nabati
yang mengandung asam lemak bebas tinggi, namun proses ini memerlukan biaya
produksi yang tinggi.
Proses tranesterifikasi pada suhu dan tekanan rendah (60oC-80
oC) dan
tekanan 10 bar merupakan proses produksi biodiesel yang paling sering
digunakan. Katalis alkali merupakan yang paling cocok digunakan untuk
proses ini.
Transesterifikasi dengan menggunakan superctical metanol pada 350oC dan
tekanan 43Mpa merupakan alternatif memperpendek rangkaian proses
esterifikasi-transesterifikasi minyak sawit mentah, disebutkan suhu dan tekanan
reaksi yang tinggi tanpa katalis dapat menghasilkan metil ester dan gliserol tanpa
memerlukan proses pemurnian, dan asam lemak bebas yang terdapat dalam
kandungan minyak juga terkonversi menjadi ester.
Pengendalian transesterifikasi dipertahankan tetap berlangsung untuk
meningkatkan produk biodiesel. Reaksi dikendaliakan dengan menggunakan
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
11
metanol berlebih dan memisahkan hasil samping gliserol yang terbentuk. Reaksi
keseluruhan untuk trigliserida dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Reaksi Keseluruhan Transestrifikasi
2.4 Uraian Proses Pembuatan Biodiesel
Bahan baku yang digunakan untuk pengolahan biodiesel yaitu :
1. Refined Palm Oil (RPO) merupakan minyak hasil kelapa sawit yang telah
mengalami proses pemurnian di Revinery.
2. Metanol (CH3OH) merupakan senyawa alkohol yang digunakan sebagai
pereaksi yang akan memberikan gugus alkil kepada rantai trigliserida
dalam reaksi biodiesel.
3. Natrium metilat (NaOCH3) digunakan sebagai katalis (zat yang
digunakan untuk mempercepat reaksi),merupakan katakis basa karena
mengandung alkalinity 30%.
4. Asam klorida (HCl) digunakan dalam proses penetralan akatalis di dalam
Heavy Phase (Glycerine - water - methanol) dengan kadar (>30%).
Pada proses pembuatan minyak diesel dari minyak nabati yang biasanya
dikenal dengan biodiesel ada beberapa tahapan proses yang harus dilalui. Tahapan
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
12
proses dapat dilihat pada Lampiran 1. Berikut ini akan menguraikan pemilihan
proses produksi.
2.4.1 Tahap Persiapan
Tahap persiapan ini bertujuan untuk mencampurkan metanol, RPO, dan
katalis agar dihasilkan campuran yang homogen. RPO pada Tangki RPO
(TK-111) di pompa kemudian masuk ke Filter (FB-133). Setelah itu RPO
dipompa ke Mixer (MX-201), pada Mixer terjadi pencampuran antara RPO,
metanol 98% dari Tangki Metanol (TK-234), dan katalis natrium metilat
(NaOCH3) dari Gudang Katalis (TK-212) yang dilairkan melalui Conveyor
(C-223). Setelah didapatkan campuran yang homogen, kemudian campuran dari
RPO, metanol 98%, dan katalis dipanaskan dalam Heater (XH-256) yang
bertujuan untuk mengkondisikan suhu sebelum masuk Reaktor (R-301).
Campuran RPO, metanol98%, dan katalis dipanaskan sampai suhu 60oC.
2.4.2 Tahap Transesterifikasi
Didalam Reaktor (R-301) terjadi reaksi transesterifikasi dengan reaksi
umum:
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
13
Reaktor ini meenggunakan pengaduk dengan kecepatan pengadukan2rps.
Lamanya pengadukan adalah 2 jam yang dilkukan pada suhu 60oC-65
oC dan
takanan 1 atm. Hasil konversi tahap ini dapat mencapai 99,9%. Adapun tahap
transesterifikasi ini menghasilkan campuran metil ester, gliserol, metanol yang
tidak bereaksi, air, dan katalis.
2.4.3 Tahap Pemisahan dan Pemurnian Metil Ester
Produk intermediate hasil reaksi kemudian dipompakan menuju Separator
(CF-401) pada suhu 65oC dan tekanan 1 atm yang berfungsi untuk memisahkan
metil ester yang terbentuk dengan gliserol, katalis, air, dan metanol. Adapun di
dalam Separator (CF-401) akan terbentuk dua lapisan yaitu lapisan light phase
yang berupa metil ester dan juga terbentuk heavy phase yang berupa gliserol,
metanol, dan air. Kemudian light phase dipompakan ke Tangki Washing
(TK-501), lalu pada Tangki Washing (TK-501) metil ester yang terbentuk di cuci
dengan air untuk memastikan metilester yang terbentuk sudah bebas dari
campuran air, katalis, metanol, dan gliserol. Setelah itu metil ester dipanaskan
dalam Heater (XH-512) sampai suhu 135oC yang bertujuan untuk
mengkondisikan suhu metil ester sebelum masuk ke Vacum Dryer (TK-601). Pada
Vacum Dryer (TK-601) air yang rekandung pada metil ester hasil dari proses
pencucian diuapkan, proses ini berlangsung pada tekanan vacum dan suhu operasi
sebesar 135oC-137
oC. Setelah itu metil ester yang terbebas dari air dipompakan ke
dalam tangki penyimpan metil ester atau Tangki Biodiesel (TK-612).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
14
2.4.4 Tahap Pengolahan Gliserol
Heavy phase yang terbentuk pada Separator (CF-401) dipompakan ke
Netralizer (NR-701) yang bertujuan untuk menetralkan katalis natrium metilat
(NaOCH3) dengan adanya penambahan asam klorida. Hasil reaksi dari natrium
metilat dan asam kloroda adalah garam natrium klorida dan metanol. Setelah itu
campuran dari gliserol, metanol, air, dan natrium klorida dipompakan ke Tangki
Washing (TK-723) dengan penambahan air yang bertujuan untuk menghilangkan
garam natrium klorida. Setelah itu campuran dari gliserol, metanol, dan air
dipompa ke Kolom Distilasi (D-801) yang bertujuan untuk memisahkan metanol
dari gliserol dan air, selain itu juga untuk me-recycle sisa metanol yang tidak
bereaksi. Pada Kolom Distilasi (D-801) feed masuk pada suhu 27oC, kemudian
metanol dengan kadar 98% akan keluar sebagai produk atas karena titik didih
metanol lebih rendah dibandingkan dengan gliserol dan air. Bagian bawah Kolom
Distilasi beroperasi pada suhu 107oC, dan sebagai produk bawah adalah gliserol
dan air. Metanol hasil produk distilasi dialirkan ke Tangki Matanol (TK-234) dan
produk bawah dari hasil proses ditilasi dialirkan ke Evaporator (EV-901) yang
bertujuan untuk memekatkan gliserol sehingga dihasilka gliserol dengan
konsentrasi 88%. Setelah itu gliserol yang terbentuk dialirkan ke Tangki Gliserol
(TK-912).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
15
2.5 Sifat-sifat Bahan
2.5.1. Metil Ester (Biodiesel)
1. Berwujud cairan jernih tidak berwarna
2. Berat molekul : 214,344 d/mol
3. Spesifik gravity : 0,87-0,89 (25oC)
4. Titik leleh : 4,5oC (760 mm)
5. Titik didih : 148oC (18 mm)
261,5 oC (760 mm)
6. Nilai asam : 1 max KOH/g
7. Flash point : 130oC
8. Angka setana : 46-70
9. Titik asap : -11-16oC
(Wikipedia, 2013).
2.5.2. Refined Palm Oil (RPO)
1. Kandungan karbohidrat : 15,23 g
2. Kandungan gula : 6,23 g
3. Densitas : 0,926g/mL
4. Lemak : 33,49 gram
Jenuh : 29,70 gram
Tidak jenuh tunggal : 1,43 gram
Tidak jenuh poli : 0,37 gram
5. Protein : 3,3 gram
Thiamin (vitamin B1) : 0,066 mg (5%)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
16
Riboflavin (vitamin B2) : 0,02 mg (1%)
Niasin (vitamin B3) : 0,54 mg (4%)
Asam pantotenik (vitamin B5) : 0,300 mg (6%)
Vitamin B6 : 0,054 mg (4%)
Volat (vitamin B9) : 26 μg (6%)
Vitamin C : 3,3 mg (6%)
Kalsium : 14 mg (1%)
Besi : 2,43 mg (19%)
Magnesium : 32 mg (9%)
Pospor : 113 mg (16%)
Kalium : 356 mg (8%)
Seng : 1,1 mg (11%)
(Wikipedia, 2013).
2.5.3. Air (H2O)
1. Merupakan cairan yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau
2. Merupakan elektrolit lemah dan dapat terionisasi menjadi H2O+ dan OH
-
3. Berat molekul : 18,016 g/mol
4. Densitas : 1 g/mL
5. Titik nyala : 0oC
6. Viskositas : 0,01002 cp
7. Panas spesifik : 1 cal/g
8. Tekanan uap : 760 mmHg
9. Tegangan permukaan : 73 dyne/cm
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
17
10. Panas laten : 80 cal/g
11. Indeks bias : 1,333
12. Mempunyai kemampuan katalitik tertentu,terutama pada oksidasi
logam (Orthmer, 1987).
2.5.4. Metanol (CH3OH)
1. Warna tidak berwarna dalam cairan
2. Densitas : 0,7918 g/cm3
3. Titik beku : -97oC (1 atm)
4. Titik didih : 64,7oC
5. Keasaman : 15,5 pKa
6. Berat molekul : 32,04 g/mol
7. Viskositas (20oC) : 0,59 mPa.s
8. Batas kemampuan terbakar
(% volume di udara) : 6,72%-36,5%
9. Titik nyala : 11oC
10. Kapasitas panas cairan: Cp=0,54247+1314x10-6
T+485x10-8
T2
11. Cairan yang mudah menguap (volatile)
12. Mudah terbakar
13. Muerupakan bahan kimia beracun
14. Dapat digunakan sebagai bahan bakar, anti beku, denaturasi, dan pelarut
(Wikipedia, 2013).
2.5.5. Gliserol
1. Titik beku : 18,17oC
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
18
2. Titik didih : 147,9oC
3. Densitas : 1,2582 g/mL
4. Tekanan uap (50oC) : 0,0025 mmHg
5. Viskositas (20oC) : 1499 cp
6. Kapasitas panas (20oC) : 0,5795 cal/g
7. Panas penguapan (55oC) : 21,060 cal/mol
8. Panas pembentukan : 159,60 kcal/mol
9. Konduktivitas panas : 0,00068 cal/cm2o
C
10. Titik nyala : 177oC (1 atm)
11. Titik api : 204oC
12. Larut sempurna dalam air dan alkohol
13. Sedikit larut dalam eter, etil asetat, dioxine, tidak dapat larut dalam
hidrokarbon.
2.5.6. Natrium Metoksida (NaOCH3)
1. Berbentuk serbuk putih
2. Berat molekul : 54,04 g/mol
3. Biasanya dilarutkan dalam pelarut metanol atau etanol dengan kadar 30%
(Wikipedia, 2013).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
19
BAB III
NERACA MASSA
Hasil perhitungan neraca massa pada proses pembuatan biodiesel dari RPO
dengan kapasitas 330.200,64 ton/tahun diuraikan sebagai berikut:
Kapasitas produksi = 330.200,64 ton/tahun
Pabrik berjalan selama 330 hari (1 hari, 24 jam)
Kapasitas produksi
6
2 g
666 6 g
Basis = 1 jam produksi
Bahan baku yang diperlukan :
RPO = 39700 kg/jam
Metanol 98% = 4554 kg/jam
Katalis (Sodium Metilat) =151,863 kg/jam
3.1 Mixer (MX-201)
Fungsi: Mencampur semua bahan baku sebelum direaksikan ke dalam
reaktor.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
20
3.2 Heater (XH-256)
Fungsi: Untuk mengkondisikan campuran RPO, metanol, dan katalis
NaOCH3 sebelum masuk ke reaktor.
MIXER
NM masuk Kg NM keluar kg
aliran (2) :
aliran (5) :
RPO 39700 RPO 39700
Metanol 4554
aliran (3) :
NaOCH3 151,863
Metanol 4554
aliran (4) :
NaOCH3 151,863
TOTAL 44405,86 TOTAL 44405,86
HEATER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (5) : aliran (6) :
RPO 39700 RPO 39700
Metanol 4554 Metanol 4554
NaOCH3 151,863 NaOCH3 151,863
Air 52,163 52,163
TOTAL 44.458,026 TOTAL 44.458,026
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
21
3.3 Reaktor (R-301)
Fungsi: Mereaksikan RPO dan methanol dengan bantuan katalis NaOCH3
melalui reaksi transesterifikasi untuk menghasilkan metil ester (biodiesel) sebagai
produk utama dan gliserol sebagai hasil samping.
Reaksi: Trigliserida + 3 CH3OH ----> Gliserol + 3 ME
Metanol sisa : 44,3542 kg
ME yang terbentuk : 41692 kg
3.4 Separator (CF-401)
Fungsi: Untuk memisahkan fase berat (gliserol, metanol, dan air) dan fase
ringan (biodiesel) dari reaksi yang terbentuk di dalam reaktor.
REAKTOR
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (6) : aliran (7) :
RPO 39700 Metanol 44,354
Metanol 4554 NaOCH3 151,863
NaOCH3 151,863 ME 41692,021
Air 52,163 Gliserol 4316,848
Air 52,055
TOTAL 44.458,026 TOTAL 44.458,026
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
22
3.5 Washing (TK-501)
Fungsi: Untuk memastikan bahwa light fase (biodiesel) sudah terbebas dari
zat-zat lainnya seperti metanol, katalis NaOCH3 dan pengotor lainnya.
SEPARATOR
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (7) : aliran (8) :
Metanol 44,35 ME 41692,021
NaOCH3 151,86
ME 41692,03 aliran (9) :
Gliserol 4316,85 Metanol 44,354
Air 52,16 NaOCH3 151,863
Gliserol 4316,848
Air 52,055
TOTAL 46.257,26 TOTAL 46.257,14
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
23
3.6 Heater (XH-512)
Fungsi: Untuk memanaskan biodiesel yang sudah terbentuk atau
mengkondisikan suhu biodiesel sebelum masuk ke vacum dryer.
3.7 Vacum Dryer (TK-601)
Fungsi: Untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat pada biodiesel.
WASHING
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (8) : aliran (11) :
ME 41692,03 ME 41692,03
Air 290
aliran (10) aliran (12) :
Air 1000 Air 710
TOTAL 42.692,03 TOTAL 42.692,03
HEATER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (11) : aliran (13) :
ME 41692,03 ME 41692,03
Air 290 Air 290
TOTAL 41.982,03 TOTAL 41.982,03
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
24
3.8 Netralizer (NR-701)
Fungsi : Untuk menetralkan katalis NaOCH3 dengan penambahan HCl
sehingga dihasilkan garam natrium klorida (NaCl) dan metanol.
Reaksi: NaOCH3 + HCl NaCl + CH3OH
DRYER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (13) : aliran (14a) :
ME 41692,03 ME 41692,03
Air 290
aliran (14b) :
Air 290
TOTAL 41.982,03 TOTAL 41.982,03
NETRALIZER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (9) : aliran (16) :
Metanol 44,35 ME 134,35
NaOCH3 152 Gliserol 4316,85
Gliserol 4316,85 Air 52,16
Air 52,16 NaCl 164,52
aliran (15)
HCl 102,64817
TOTAL 4.667,88 TOTAL 4.667,88
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
25
3.9 Washing (TK-723)
Fungsi : Menghilangkan garam NaCl yang terbentuk dari hasil reaksi
netralisasi dengan menggunakan air.
WASHING
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (16) :
aliran (18) :
Metanol 134,35 Air 710
Gliserol 4316,85 NaCl 164,52
Air 52,16
NaCl 164,52 aliran (19) :
Metanol 134,35
aliran (17) :
Gliserol 4316,85
Air 1000 342,16
TOTAL 4.667,88 TOTAL 4.667,88
3.10 Distilasi (D-801)
Fungsi : Untuk memisahkan metanol dari gliserol dan air.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
26
DISTILASI
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (19) :
aliran (21) :
Metanol 134,35 Metanol 134,35
Gliserol 4316,85 Air 1,54
Air 342,16
aliran (23) :
Gliserol 4316,85
Air 340,62
TOTAL 4.667,88 TOTAL 4.667,88
3.1.1 Evaporator (EV-901)
Fungsi: Memekatkan gliserol sehingga dihasilkan gliserol dengan
konsentrasi 88%.
EVAPORATOR
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (23) :
aliran (24) :
Gliserol 4.316,848 Air 198,5045
Air 340,621
aliran (25) :
Gliserol 4.316,85
Air 142,117
TOTAL 4.657,469 TOTAL 4.657,469
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
27
BAB IV
NERACA PANAS
Hasil perhitungan neraca panas pada proses pembuatan biodiesel dari RPO
dengan kapasitas 330.200,64 ton/tahun diuraikan sebagai berikut:
Kapasitas produksi 41692 kg/hr
Basis: 1 jam produksi
Waktu operasi: 330 hari/tahun, 24 jam/hari
Satuan perhitungan kcal/jam
Suhu referensi: 25oC
Asumsi pada :
1. Kondisi Steady State, E = 0
2. Tak ada perubahan energi kinetik, K = 0
3. Tak ada perubahan energi potensial, P = 0
4. Tidak terjadi kerja dalam sistem, W = 0
4.1 Mixer (MX-201)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
28
4.2 Heater (XH-256)
MIXER
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (2) aliran (5)
RPO 763.731.181,96 RPO 763.731.181,96
Metanol 1.120.872,7
aliran (3) Air 11.830,031
Metanol 1.120.872,7 NaOCH3 245,934
Air 11.830,031
aliran (4)
NaOCH3 245,9340475
TOTAL 77.864.130,64 TOTAL 77.864.130,64
HEATER
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (5) aliran (6)
RPO 77.864.130,64 RPO 537.000.000
Metanol 1.120.872,7 Metanol 57.461.845
NaOCH3 245,934 NaOCH3 1.721,538
Air 11.830,031 Air 580.762,2
Steam 517.298.471,4
TOTAL 595.162.602,1 TOTAL 595.162.602,1
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
29
4.3 Reaktor (R-301)
REAKTOR
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (6) aliran (7)
RPO 537.118.273,7 Biodiesel 636.137.426,2
Metanol 57.461.845 Metanol 738.526,017
NaOCH3 1.721,5383 Gliserol 96.779.882
Air 580.762,1687 Air 758.783,05
NaOCH3 1.967,4724
Steam 139.236.379 Panas Reaksi -17.603,525
TOTAL 734.398.981,2 TOTAL 734.398.981,2
4.4 Heater (XH-256)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
30
HEATER
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (11) aliran (13)
ME 480.000.000 ME 1.272.274.852
Air 2.371.386,7 Air 16.915.601,3
Steam 809.715.997,4
TOTAL 1.289.190.454 TOTAL 1.289.190.454
4.5 Vacum Dryer (TK-601)
DRYER
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (13) aliran (14a)
ME 1.272.274.852 ME 1.781.184.793
Air 16.915.601,3
aliran (14b)
Air 33.219.745,45
Qlost 525.214.085,1
TOTAL 1.814.404.539 TOTAL 1.814.404.539
105oC
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
31
4.6 Netralizer (NR-701)
NETRALIZER
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (9) aliran (16)
Metanol 560.887,686 Metanol 2.236.966,37
Gliserol 84.682.396,7 NaCl 6231,9532
NaOCH3 1.721,538 Gliserol 96.779.882
Air 580.762,169 Air 758.783,049
aliran (15)
HCl 2.209,50186 Panas Reaksi 14.077,6296
Steam 13.967.963,3
TOTAL 99.795.940,9 TOTAL 99.795.940,9
4.7 Distilasi (D-801)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
32
DISTILASI
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (19) aliran (21)
Metanol 5.280,136967 Metanol 66.165,56187
Gliserol 4.838.994,097 Air 22.144,8878
Air 1.084.008,661
aliran (23)
Gliserol 198.398.758
Air 20.876.713,56
Steam 21.451.823,9
TOTAL 219.363.782 TOTAL 219.363.782
4.8 Evaporator (EV-901)
EVAPORATOR
NP masuk ∆H (kcal) NP keluar ∆H (kcal)
aliran (23) aliran (24)
Gliserol 198.398.758 Air 127.638,241
Air 20.876.713,56 aliran (25)
Air 19.647.556,9
Steam 37.077.879,07 Gliserol 236.577.381
TOTAL 256353350,6 TOTAL 256353350,6
107oC
148oC
110oC
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
33
BAB V
SPESIFIKASI ALAT
5.1 Tangki Penampung RPO
Fungsi : Tempat penyimpanan bahan baku RPO
Bentuk : Silinder tegak tutup ellipszoidal, alas datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283 grade C
Jumlah : 1
Kapasitas : 39700 kg
1591,95 ft3
Kondisi penyimpanan
P = 1 atm
T = 30oC
Kondisi Fisik
- Silinder
Diameter : 7,153 m
Tinggi : 14,306 m
Tebal : 1,75 inch = 0,044 m
- Tutup
Diameter : 7,153 m
Tinggi : 1,78 m
Tebal : 1,75 inch = 0,044 m
5.2 Filter
Fungsi : Memisahkan pengotor yang ada pada RPO
Type : Gravity
Bahan : Carbon steel
Kapasitas : 39700 kg
1591,95 ft3
Jumlah : 1 unit
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
34
Area : 50 ft2
5.3 Tangki Penampung Metanol
Fungsi : Tempat menampung methanol dan hasil recycle
dari proses distilasi
Type : Silinder vertikal dengan tutup bawah flat dan tutup
atas standar dished.
Kapasitas : 4554 kg
202,64 ft3
Jumlah : 1 buah
Ukuran
Diameter tangki : 5,33 ft
Tinggi tangki : 12,57405 ft
Tebal silinder : 3/16 in
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 Grade C
5.4 Screw Conveyor
Fungsi : Mengangkut kalatlis menuju mixer
Type : Horizontal screw conveyer
Kapasitas : 151,863 kg/jam
Kecepatan angkut : 100 s.d. 600 ft/min
Daya : ¼ hp
Jumlah : 1 unit
5.5 Mixer
Fungsi : Mencampurkan Bahan baku RPO, metanol, dan
katalis NaOCH3
Type : silinder vertikal dengan alas dan tutup Ellipszoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 1906,499 ft3
5.6 Heater
Fungsi : sebagai pemanas untuk menaikan suhu biodiesel.
Type : Shell dan Tube 1 – 2 HE
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
35
Jumlah : 1 unit
Diameter shell : 12 in
Pitch : 1 in square pitch
Diameter tube : ¾ in
Jenis tube : 12 BWG
Jumlah tube : 60
Panjang tube : 20 ft
5.7 Reaktor
Fungsi : tempat terjadi reaksi transterifikasi
Jenis : Batch Reaktor
Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup Ellipszoidal
Bahan konstruksi : carbon steel SA-203, grade A
Jumlah : 1
Kapasitas : 44.458,026 kg
2506,06 ft3
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 65oC
Kondisi Fisik :
- Silinder
diameter : 3,352 m
tinggi : 4,469 m
tebal : 0,5 inch = 0,0127 m
- Tutup
Diameter : 3,352 m
tinggi : 0,838 m
tebal : 0,5 inch = 0,0127 m
5.8 Separator
Fungsi : memisahkan gliserol dan katalis dari biodiesel
Type : Separator overflow
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar dan tutup ellipzoidal
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
36
Bahan konstrksi : baja karbon SA-283 grade C
Kapasitas : 46257 Kg = 2907,243 ft3
Kondisi operasi ;
P=1 atm
T = 65oC
Kondisi Fisik :
- Silinder
Diameter : 1,976 m
tinggi : 5,93 m
tebal : 0,75 inch = 0,0191 m
- Tutup :
Diameter : 1,976 m
tinggi : 0,494 m
tebal : 0,75 inch = 0,0191 m
5.9 Tangki Washing
Fungsi : Mencuci Biodiesel dengan air
Jenis : Tangki berpengaduk
Bentuk : Silinder vertical dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-113 Grade C
Kapasitas : 42692 kg
1832,906 ft3
Kondisi operasi :
P =1 atm
T = 30oC
Kondisi Fisik :
- Silinder
Diameter : 2,11 m
tinggi : 2,82 m
tebal : 1,5 inch = 0,0381 m
- Tutup :
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
37
diameter : 2,11 m
tinggi : 0,7052 m
tebal : 1,5 inch = 0,0381 m
5.10 Heater
Fungsi : sebagai pemanas untuk menaikan suhu biodiesel.
Type : Shell dan Tube 1 – 2 HE
Jumlah : 1 unit
Diameter shell : 12 in
Pitch : 1 in square pitch
Diameter tube : ¾ in
Jenis tube : 12 BWG
Jumlah tube : 60
Panjang tube : 20 ft
5.11 Vacum Dryer
Fungsi : Menghilangkan air pada biodiesel
Type : Drum vacum
Bahan konstruksi : Carbon steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 41982 kg
788,58 ft3
Surface area : 50 ft2
5.12 Tangki Biodiesel
Fungsi : Menyimpan Biodiesel pada 30oC; 1 atm
Type : Silinder vertikal dengan tutup atas datar dan bawah
konis
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-53 grade C
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 1692,283 ft3
Kondisi operasi :
P=1 atm
T = 30oC
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
38
Kondisi Fisik :
- Silinder
Diameter : 4,507 m
tinggi : 13,52 m
tebal : 0,5 inch = 0,0127 m
- Tutup :
Diameter : 4,507 m
tinggi : 1,126 m
tebal : 0,5 inch = 0,0127 m
5.13 Netralizer
Fungsi : Untuk menetralkan katalis dengan penambahan HCl
Type : Silinder tegak berpengaduk dengan tutup atas
berbentuk dishead dan tutup bawah berbentuk konis
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-53 grade C
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : 4667,88 kg
Kondisi operasi :
P=1 atm
T = 30oC
Kondisi Fisik :
- Silinder
Diameter : 14,9203 in
tinggi : 22,3804 in
tebal : 3 in
- Tutup :
diameter : 14,9203 in
tinggi : 7,460148 in
tebal : 3 in
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
39
5.14 Kolom Distilasi
Fungsi : untuk memisahkan alkohol dengan gliserol
Type : Sieve tray multistage
Spesifikasi :
Kolom :
Diameter : 1 ft = 12 in
Jarak tray : 0,8333 ft
Tray :
Bentuk aliran : Reverse flow
Diameter lubang : 1/8 in = 0,125 in
Tebal plate : 0,4375 in
Tinggi tray : 6,83 ft
Downcomers :
Weir : - Tinggi = 3 in
- Panjang = 7,2 in
5.15 Evaporator
Fungsi : Memekatkan gliserol menjadi 88% berat
Jenis : 1-2 Shell and tube Exchanger
Jumlah : 1 unit
Diameter sheel : 17,25 in
Pitch : 1 insquare pitch
Diameter tube : 1 ¼ in
Jenis tube : 18 BWG
Jumlah tube : 78
Panjang tube : 16 ft
5.16 Tangki Gliserol
Fungsi : Menyimpan Gliserol pada 30oC; 1 atm
Type : Silinder vertikal dengan tutupatas datar dan
bawah konis
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-53 grade C
Jumlah : 1 unit
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
40
Kapasitas : 4316,85 kg
Kondisi operasi :
P =1 atm
T = 30oC
Kondisi Fisik :
- Silinder
Diameter : 4,507 m
tinggi : 13,52 m
tebal : 0,5 inch = 0,0127 m
- Tutup :
diameter : 4,507 m
tinggi : 1,126 m
tebal : 0,5 inch = 0,0127 m
5.17 Pompa RPO
Fungsi : Memompa RPO ke dalam tangki
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kapasitas : 0,442 ft3/s
Daya motor : 0,4698 hp
5.18 Pompa Metanol
Fungsi : Memompa RPO ke dalam tangki
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kapasitas : 0,056 ft3/s
Daya motor : 0,0453 hp
5.19 Pompa Mixer
Fungsi : Memompa RPO ke dalam tangki
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
41
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kapasitas : 0,473 ft3/s
Daya motor : 0,418 hp
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
42
BAB VI
ANALISA EKONOMI
Untuk mengevaluasi kelayakan berdirinya suatu pabrik dan tingkat
pendapatannya, maka dilakukan analisa perhitungan secara teknik. Selanjutnya
perlu juga dilakukan analisa terhadap aspek ekonomi dan pembiayaannya. Dari
hasil analisa tersebut diharapkan berbagai kebijaksanaan dapat diambil untuk
pengarahan secara tepat. Suatu rancangan pabrik dianggap layak didirikan bila
dapat beroperasi dalam kondisi yang memberikan keuntungan.
Berbagai parameter ekonomi digunakan sebagai pedoman untuk
menentukan layak tidaknya suatu pabrik didirikan dan besarnya tingkat
pendapatan yang dapat diterima dari segi ekonomi. Parameter-parameter tersebut
antara lain:
1. Modal investasi / Capital Investment (CI)
2. Biaya produksi total / Total Cost (TC)
3. Marjin keuntungan / Profit Margin (PM)
4. Titik impas / Break Even Point (BEP)
5. Laju pengembalian Modal / Return On Investment (ROI)
6. Waktu pengembalian Modal / Pay Out Time (POT)
7. Laju pengembalian internal / Internal Rate of Return (IRR)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
43
6.1 Modal Investasi
Modal investasi adalah seluruh modal untuk mendirikan pabrik dan mulai
menjalankan usaha sampai mampu menarik hasil penjualan. Modal investasi
terdiri dari:
6.1.1 Modal Investasi Tetap (MIT) / Fixed Capital Investment (FCI)
Modal investasi tetap adalah modal yang diperlukan untuk menyediakan
segala peralatan dan fasilitas manufaktur pabrik. Modal investasi tetap ini terdiri
dari:
1. Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) / Direct Fixed Capital Investment
(DFCI), yaitu modal yang diperlukan untuk mendirikan bangunan pabrik,
membeli dan memasang mesin, peralatan proses, dan peralatan pendukung
yang diperlukan untuk operasi pabrik. Modal investasi tetap langsung ini
meliputi:
- Modal untuk tanah
- Modal untuk bangunan dan sarana
- Modal untuk peralatan proses
- Modal untuk peralatan utilitas
- Modal untuk instrumentasi dan alat kontrol
- Modal untuk perpipaan
- Modal untuk instalasi listrik
- Modal untuk insulasi
- Modal untuk investaris kantor
- Modal untuk perlengkapan kebakaran dan keamanan
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
44
- Modal untuk sarana transportasi
1. Estimas Harga Peralatan Proses
Alat Harga 2009
US $/unit
Harga 2015
US $/unit Jumlah
Harga Total
US $
Tangki RPO 56.100,00 56.953,74 1 56.953,74
Tangki Metanol 47.600,00 48.324,39 1 48.324,39
Filter 52.400,00 53.197,44 1 53.197,44
Mixer 69.000,00 70.050,06 1 70.050,06
Heater 2.800,00 2.842,61 2 5.685,22
Reaktor 138.300,00 140.404,69 1 140.404,69
Separator 28.700,00 29.136,76 1 29.136,76
Washing tank 77.600,00 78.780,94 2 157.561,87
Dryer 217.700,00 221.013,02 1 221.013,02
Distilasi 108.300,00 109.948,14 1 109.948,14
Evaporator 107.600,00 109.237,48 1 109.237,48
Tangki Gliserol 35.230,00 35.766,14 1 35.766,14
Tangkibiodiesel 50.460,00 51.227,91 1 51.227,91
Pompa 3.700,00 3.756,31 9 33.806,77
Conveyor 28.000,00 28.426,11 1 28.426,11
Netralizer 21.200,00 21.522,63 1 21.522,63
Tangki HCl 1.500,00 1.522,83 1 1.522,83
Kondensor 21.300,00 21.624,15 1 21.624,15
Reboiler 551.000,00 559.385,26 1 559.385,26
Tangki H2O 33.100,00 33.603,72 2 67.207,45
Total: 1.822.002,06
Dari Tabel di atas didapat harga peralatan proses= $ 1.822.002,06
Diasumsikan kurs dollar pada tahun 2015= Rp 12.250,00
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
45
Harga Total Peralatan Proses= Rp 1.648.447.962,56
2. Estimasi Harga Peralatan Utilitas
Alat Harga 2009
US $/unit
Harga 2015
US $/unit Jumlah
Harga Total
US $
Boiler 12.000,00 12.182,62 1 12.182,62
Tk. Bahan
bakar 2.000,00 2.030,44 1 2.030,44
Generator Set 10.100,00 10.253,70 1 10.253,70
Total 134.567,18
Dari Tabel di atas didapat harga peralatan proses= $ 134.567,18
Diasumsikan kurs dollar pada tahun 2015= Rp 12.250,00
Harga Total Peralatan Proses= Rp 1.648.447.962,56
Harga Total Peralatan Proses= Harga peralatan Proses + Harga peralatan Utilitas
= Rp 124.405.836.921,81
No Direct Cost (biaya Langsung) Harga
1 Harga Peralatan (FOB) Rp 124.405.836.921,81
2 Pemasangan Alat 40% Rp 49.762.334.768,72
3 Instrumentasi dan Control 20% Rp 24.881.167.384,36
4 Perpipaan 70% Rp 87.084.085.845,26
5 Listrik 50% Rp 62.202.918.460,90
6 Bangunan 20% Rp 16.378.000.000
7 Pengembangan yard 15% Rp 18.660.875.538,27
8 Fasilitas Pelayanan 40% Rp 49.762.334.768,72
9 Tanah Rp 4.200.000.000
Total Direct cost Rp 437.337.553.688,05
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
46
Dari hasil perhitungan diperoleh modal investasi tetap langsung, MITL sebesar
Rp 437.337.553.688,05
3. Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) / Indirect Fixed Capital
Investment (IFCI), yaitu modal yang diperlukan pada saat pendirian pabrik
(construction overhead) dan semua komponen pabrik yang tidak berhubungan
secara langsung dengan operasi proses. Modal investasi tetap tak langsung ini
meliputi:
- Modal untuk pra-investasi
- Modal untuk engineering dan supervisi
- Modal biaya legalitas
- Modal biaya kontraktor (contractor’s fee)
- Modal untuk biaya tak terduga (contigencies)
Tabel Perhitungan biaya tak langsung
N0 Indirect cost (Biaya Tak Langsung)
1 Teknik Pengawasan 33% Rp 41.053.926.184,20
2 Biaya Konstruksi dan kontaktor 100% Rp 124.405.836.921,81
3 Biaya tak terduga 40% Rp 49.762.334.768,72
Total indirect cost Rp 215.222.097.874,73
Dari perhitungan diperoleh modal investasi tetap tak langsung, MITTL
sebesar Rp 215.222.097.874,73
Maka total modal investasi tetap,
MIT = MITL + MITTL
= Rp 437.337.553.688,05 + Rp 215.222.097.874,73
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
47
= Rp 652.559.651.562,78
6.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC)
Modal kerja adalah modal yang diperlukan untuk memulai usaha sampai
mampu menarik keuntungan dari hasil penjualan dan memutar keuangannya.
Jangka waktu pengadaan biasanya antara 3 – 4 bulan, tergantung pada cepat atau
lambatnya hasil produksi yang diterima. Dalam perancangan ini jangka waktu
pengadaan modal kerja diambil 3 bulan. Modal kerja ini meliputi:
- Modal untuk biaya bahan baku proses dan utilitas
- Modal untuk kas
Kas merupakan cadangan yang digunakan untuk kelancaran operasi dan
jumlahnya tergantung pada jenis usaha. Alokasi kas meliputi gaji pegawai, biaya
administrasi umum dan pemasaran, pajak, dan biaya lainnya.
- Modal untuk mulai beroperasi (start-up)
- Modal untuk piutang dagang
Piutang dagang adalah biaya yang harus dibayar sesuai dengan nilai penjualan
yang dikreditkan. Besarnya dihitung berdasarkan lamanya kredit dan nilai jual
tiap satuan produk.
Rumus yang digunakan:
xHPTIP
PD12
Dengan: PD = piutang dagang
IP = jangka waktu yang diberikan (3 bulan)
HPT = hasil penjualan tahunan
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
48
Harga Bahan baku dn harga penjualan produk:
Bahan
Baku
Harga Keperluan
(kg/jam)
Keperluan
(kg /tahun)
Total
RPO Rp 3.480 39700 314424000 1.094.195.520.000
Methanol Rp 2.025 4544 35988480 72.876.672.000
NaOMe Rp 8.400 151,863 1202754,96 10.103.141.664
HCl Rp 1.000 102,64817 812973,5064 812.973.506
Rp 1.177.175.333.664
Hasil
produksi
Harga Jumlah
produksi
(kg/jam)
Jumlah Produksi
(kg/tahun)
Total Harga
Biodiesel Rp 9.220 41692,03 330200877,6 3.044.452.091.472
Gliserol Rp 7.550 4316,85 34189452 258.130.362.600
Rp 3.302.582.454.072
Dari hasil perhitungan diperoleh modal kerja sebesar Rp 825.645.613.518
Maka, total modal investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja
= Rp 652.559.651.562,78 + Rp 825.645.613.518
= Rp 1.478.205.265.080,78
Modal investasi berasal dari :
Modal sendiri adalah Rp 886.923.159.048,47
- Pinjaman dari bank sebanyak 40 % dari modal investai total
Pinjaman bank adalah Rp 591.282.106.032,31
2 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
49
Biaya produksi total merupakan semua biaya yang digunakan selama pabrik
beroperasi. Biaya produksi total meliputi:
6.2.1 Biaya Tetap / Fixed Cost (FC)
Biaya tetap adalah biaya yang jumlahnya tidak tergantung pada jumlah
roduksi, meliputi:
- Gaji tetap karyawan
- Bunga pinjaman bank
- Depresiasi dan amortisasi
- Biaya perawatan tetap
- Biaya tambahan industri
- Biaya administrasi umum
- Biaya pemasaran dan distribusi
- Biaya laboratorium, penelitian dan pengembangan
- Biaya hak paten dan royalti
- Biaya asuransi
- Pajak Bumi dan Bangunan (PBB)
1. Biaya Produksi Langsung Rupiah
a. Bahan Baku dan bahan pembantu Rp 1.177.175.333.664
b. Gaji Karyawan Rp 4.582.500.000
c. Utilitas Rp 206.720.249.688,35
d. Pemeliharaan dan Perbaiakn 6%FCI Rp 7.464.350.215,31
e. Laboratory Charge: 0,5% (a) Rp 5.885.876.668
f. Penyediaan Operasi: 0,75%FCI Rp 933.043.776,91
g. Gaji Supervisi: 15%(b) Rp 687.375.000
Total Rp 1.403.448.729.013
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
50
2. Biaya Tetap (FC)
a. Depresiasi Alat: 10%FCI Rp 12.440.583.692,18
b. Depresiasi Bangunan: 2%FCI Rp 2.488.116.738,44
c. Pajak: 2%FCI Rp 2.488.116.738,44
d. Asuransi: 1%FCI Rp 1.244.058.369,22
e. Bunga Bank: 20% Pinjaman Rp 11.708.784.651,46
Total Rp 30.369.660.189,74
3. Plant Overhead Cost
60% (c) Rp 124.032.149.813,01
Total Rp 124.032.149.813,01
4. Pengeluaran umum
a. Administrasi: 8% (b+d) Rp 963.748.017,22
b. Distribusi & Pemasaran: 2%FCI Rp 2.488.116.738,44
c. R and D: 2%FCI Rp 2.488.116.738,44
d. Financing: 0,4%FCI Rp 497.623.347,69
Total Rp 6.437.604.841,78
Dari hasil perhitungan diperoleh biaya tetap (FC) adalah sebesar
Rp 30.369.660.189,74.
6.2.2 Biaya Variabel (BV) / Variable Cost (VC)
Biaya variabel adalah biaya yang jumlahnya tergantung pada jumlah
produksi. Biaya variabel meliputi:
- Biaya bahan baku proses dan utilitas
- Biaya variabel tambahan, meliputi biaya perawatan dan penanganan
lingkungan, pemasaran dan distribusi.
- Biaya variabel lainnya
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
51
A. Biaya Variabel (VC) Rupiah
Bahan Baku Rp 1.177.175.333.664
Biaya Utilitas Rp 206.720.249.688,35
Total Rp 1.383.895.583.352
B. Biaya Semi Variabel (SVC)
Gaji Karyawan Rp 4.582.500.000
Laboratorium Rp 5.885.876.668
Pemeliharaan dan
perbaiakn Rp 7.464.350.215,31
Operating Supplies Rp 933.043.776,91
Biaya Pengeluaran umum Rp 6.437.604.841,78
Plant Overhead cost Rp 124.032.149.813,01
Gaji supervisi Rp 687.375.000
Total Rp 150.022.900.315
C. Biaya tetap (FC)
Total Rp 30.369.660.189,74
D. Hasil Penjualan (S)
Total Rp 3.302.582.454.072
Dari hasil perhitungan diperoleh biaya variabel (VC) adalah sebesar
Rp 1.383.895.583.352
Maka, biaya produksi total, = Biaya Tetap (FC) + Biaya Variabel (VC)
= Rp 30.369.660.189,74. + Rp 1.383.895.583.352
= Rp 1.414.265.243.000
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
52
6.3 Total Penjualan (Total Sales)
Penjualan diperoleh dari hasil penjualan produk biodiesel, metanol dan
gliserol, yaitu sebesar Rp. 3.302.582.454.072. Maka laba atas penjualan adalah
sebesar Rp 1.914.104.370.720,-
6.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha
Dari hasil perhitungan pada Lampiran E diperoleh:
1. Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 1.042.976.586.128,75
2. Pajak penghasilan (PPh) = Rp 208.595.317.225,75
3. Laba setelah pajak (netto) = Rp 834.381.268.903
6.5 Analisa Aspek Ekonomi
6.5.1 Profit Margin (PM)
Profit Margin adalah persentase perbandingan antara keuntungan sebelum
pajak penghasilan PPh terhadap total penjualan.
PM = PenjualanTotal
pajaksebelumLaba× 100 %
PM = 32%
Dari hasil perhitungan diperoleh profit margin sebesar 32 %, maka pra
rancangan pabrik ini memberikan keuntungan.
6.5.2 Break Even Point (BEP)
Break Even Point adalah keadaan kapasitas produksi pabrik pada saat hasil
penjualan hanya dapat menutupi biaya produksi. Dalam keadaan ini pabrik tidak
untung dan tidak rugi.
BEP = VariabelBiayaPenjualanTotal
TetapBiaya
× 100 %
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
53
BEP = 15%
Kapasitas produksi pada titik BEP = 15 % × 156.600.000 kg = Rp 3.955.909.575
Nilai penjualan pada titik BEP = 15 % × Rp 2.097.342.926.639,-
= Rp 524.335.731.660,-
Dari data feasibilities, (Timmerhaus, 1991) :
- BEP ≤ 5 % p b l y (feasible)
- BEP ≥ % p b u g l y (infeasible).
Dari perhitungan diperoleh BEP = 25 %, maka pra rancangan pabrik ini layak.
6.5.3 Return on Investment (ROI)
Return on Investment adalah besarnya persentase pengembalian modal tiap
tahun dari penghasilan bersih.
ROI = InvestasiModalTotal
pajaksetelahLaba× 100 %
ROI = 179.078.526.088.1.
149.766.722.668.
Rp
Rp× 100 % = 61,4337846 %
Analisa ini dilakukan untuk mengetahui laju pengembalian modal investasi
total dalam pendirian pabrik. Kategori resiko pengembalian modal tersebut
adalah:
• ROI ≤ 5 % es pe ge b l d l e d
• 5 ≤ ROI ≤ 5 % es pe ge b l d l -rata.
• ROI ≥ 5 % es pe ge b l d l gg
Dari hasil perhitungan diperoleh ROI sebesar 64,5 %; sehingga pabrik yang
akan didirikan ini termasuk resiko laju pengembalian modal tinggi.
6.5.4 Pay Out Time (POT)
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
54
Pay Out Time adalah angka yang menunjukkan berapa lama waktu
pengembalian modal dengan membandingkan besar total modal investasi dengan
penghasilan bersih setiap tahun. Untuk itu, pabrik dianggap beroperasi pada
kapasitas penuh setiap tahun.
POT = ROI
1× 1 tahun
POT = 6143,0
1× 1 tahun
= 1,6277 tahun
Dari hasil perhitungan, didapat bahwa seluruh modal investasi akan
kembali setelah 1,6277 tahun operasi.
6.5.5 Return on Network (RON)
Return on Network merupakan perbandingan laba setelah pajak dengan
modal sendiri.
RON = sendiriModal
pajaksetelahLaba× 100 %
RON = 908.646.115.653.
149.766.722.668.
Rp
Rp × 100 % = 102,389641 %
6.5.6 Internal Rate of Return (IRR)
Internal Rate of Return merupakan persentase yang menggambarkan
keuntungan rata-rata bunga pertahunnya dari semua pengeluaran dan pemasukan
besarnya sama. Apabila IRR ternyata lebih besar dari bunga riil yang berlaku,
maka pabrik akan menguntungkan tetapi bila IRR lebih kecil dari bunga riil yang
berlaku maka pabrik dianggap rugi. Dari perhitungan Lampiran E diperoleh IRR =
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
55
73,82 %, sehingga pabrik akan menguntungkan karena lebih besar dari bunga
bank saat ini sebesar 31 % (Bank Mandiri, 2008).
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
56
BAB VII
KESIMPULAN
Dari hasil yang telah diuraikan pada bab-bab sebelumnya, maka dapat
disimpulkan sebagai berikut :
1. Perencanaan operasi : kontinyu, 24 jam/hari, selama 320 hari
2. Kapasitas produksi Biodiesel : 41692 kg / jam = 330.200,64 ton/thn
Kapasitas produksi Gliserol : 13,370.4 kg/jam = 105,893 ton/thn
3. Bahan baku, RPO : 39700 kg / jam
Bahan baku, Metanol : 4554 kg/jam
4. Massa konstruksi : 2 tahun
5. Analisa ekonomi :
- Analisa NPV
IRR pada tahun ke sepuluh 73,82 %
POT 1,672 tahun
BEP 15 %
- Analisa Kepekaan
Dari ketiga parameter sensitifitas yaitu fluktuasi biaya investasi, harga
bahan baku, dan harga jual dari produk, terlihat bahwa ketiganya tidak
memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap kenaikan atau
penurunan nilai IRR pabrik. Sehingga pabrik Hidrogen ini layak untuk
didirikan.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
57
LAMPIRAN 1
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi = 41692 kg/hr
Basis = 1 jam produksi
Waktu operasi = 330 hari/tahun, 24 jam/hari
Bahan baku yang diperlukan :
RPO = 39700 kg/hr
Metanol 98% = 4554 kg/hr
Katalis (Sodium Metilat) =151,863 kg/hr
1. Mixer (MX-201)
MIXER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (2) : aliran (5) :
RPO 39700 RPO 39700
aliran (3) : NaOCH3 151,863
Metanol 4554 Metanol 4554
aliran (4) :
NaOCH3 151,863
TOTAL 44405,863 TOTAL 44405,86
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
58
Neraca RPO :
F2
RPO = F5 RPO = 39700 kg
Neraca Metanol :
F2
metanol = F5 metanol = 4554 kg
Neraca NaOCH3 :
F2
NaOCH3 = F5
NaOCH3 = 151,863 kg
Neraca Massa Total :
F5
= F5 RPO + F
5 metanol + F
5NaOCH3
= 39700 kg + 4554 kg + 151,863 kg = 44405,863 Kg
2. Heater (XH-256)
Neraca RPO :
F5
RPO = F6 RPO = 39700 kg
HEATER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (5) : aliran (6) :
RPO 39700 RPO 39700
Methanol 4554 Metanol 4554
NaOCH3 151,863 NaOCH3 151,863
Air 52,163 52,163
TOTAL 44.458,026 TOTAL 44458,026
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
59
Neraca Metanol :
F5
metanol = F6 metanol = 4554 kg
Neraca NaOCH3 :
F5
NaOCH3 = F6
NaOCH3 = 151,863 kg
Neraca Air :
F5
air = F6
air = 52,163 kg
Neraca Massa Total :
F6
= F6 RPO + F
6 metanol + F
6NaOCH3 + F
6air
= 39700 kg + 4554 kg + 151,863 kg + 52,163 kg = 44.458,026 kg
3. Reaktor (R-301)
Reaksi: Trigliserida + 3 CH3OH ----> Gliserol + 3 ME
REAKTOR
NM masuk Kg NM keluar kg
aliran (6) : aliran (7) :
RPO 39700 Metanol 44,354
Methanol 4554 NaOCH3 151,863
NaOCH3 151,863 ME 41692,021
Air 52,163 Gliserol 4316,848
Air 52,163
TOTAL 44.458,026 TOTAL 44.458,026
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
60
Metanol sisa : 44,3542 Kg
ME yang terbentuk : 41692 Kg
Bahan baku minyak kelapa yang dipakai adalah F6 = 39700 kg
F6
RPO = 39700 kg
N6 RPO =
kgmolkg
kg
/847
39700 = 46,8713 kgmol
F5
Metanol = 4554 kg
N6 metanol =
kgmolkg
kg
/32
4544= 142 kgmol
Konversi = 100%
Reaksi : Trigliserida + 3 CH3OH ----> Gliserol + 3 ME
Mula-mula 46,8713 142 0 0
Reaksi 46,8713 140,614 46,8713 140,614
Setimbang 0 1,386 46,8713 140,614
Neraca RPO :
F6
RPO = 39700 kg
Neraca Metanol :
F6
metanol = 4554 kg
F7 metanol = 1,386 kgmol x 32kg/kgmol = 44,354 kg
Neraca NaOCH3 :
F6
NaOCH3 = F7
NaOCH3 = 151,863 kg
Neraca Gliserol :
F7
gliserol = 46,8713kgmol x 92,1 kg/kgmol = 4316,848 kg
Neraca ME :
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
61
F7
ME = 140,614kgmol x 296,5kg/kgmol = 41692,021 kg
Neraca Air :
F6
air = F7
air = 52,163 kg
Neraca Massa Total :
F7
= F7 metanol + F
7NaOCH3 + F
7gliserol + F
7ME + F
7air
= 44,354 kg + 151,863 kg + 4316,848 kg + 41692,021 kg + 52,163 kg
= 44.458,026 Kg
4. Separator (CF-401)
Neraca Metanol :
F7
metanol = F9 metanol = 44,35 kg
SEPARATOR
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (7) : aliran (8) :
Metanol 44,35 ME 41692,03
NaOCH3 151,86
ME 41692,03 aliran (9) :
Gliserol 4316,85 Metanol 44,354
Air 52,16 NaOCH3 151,863
Gliserol 4316,85
Air 52,055
TOTAL 46.257,14 TOTAL 46.257,14
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
62
Neraca NaOCH3 :
F7
NaOCH3 = F9
NaOCH3 = 151,863 kg
Neraca Metyl Ester :
F7
Metyl Ester = F8 Metyl Ester = 41692,03 kg
Neraca Gliserol :
F7
Gliserol = F9
Gliserol = 4316,848
Neraca Air :
F7
air = F9
air = 52,055 kg
Neraca Massa Total :
F6
= F9 metanol + F
9NaOCH3 + F
8 Metyl Ester + F
9 Gliserol + F
9air
= 44,35 kg + 151,863 kg + 41692,03 kg + 4316,848 + 52,055 kg
= 44.458,026 Kg
5. Washing (TK-501)
WASHING
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (8) :
aliran (11) :
ME 41692,03 ME 41692,03
aliran (10)
aliran (12) :
Air 1000 Air 1000
TOTAL 42.692,03 TOTAL 42.692,03
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
63
Neraca Metyl Ester :
F8
Metyl Ester = F11
Metyl Ester = 41692,03 kg
Neraca Air :
F10
air = F12
air = 1000 kg
Neraca Massa Total :
F11+12
= F11 Metyl Ester + F
12air
= 41692,03 Kg + 1000 Kg = 42.692,03 Kg
6. Heater (XH-512)
Neraca Metyl Ester :
F11
Metyl Ester = F13
Metyl Ester = 41692,03 kg
Neraca Air :
F11
air = F13
air = 290 kg
Neraca Massa Total :
F13
= F13
Metyl Ester + F13
air
= 41692,03 Kg + 1000 Kg = 42.692,03 K
HEATER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (11) : aliran (13) :
ME 41692,03 ME 41692,03
Air 290 Air 290
TOTAL 41.982,03 TOTAL 41.982,03
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
64
7. Dryer (TK-601)
Neraca Metyl Ester :
F13
Metyl Ester = F14(a)
Metyl Ester = 41692,03 kg
Neraca Air :
F13
air = F14(b)
air = 290 kg
Neraca Massa Total :
F14
= F14(a)
Metyl Ester + F14(b)
air
= 41692,03 Kg + 290 Kg = 41.982,03 Kg
DRYER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (13) : aliran (14a) :
ME 41692,03 ME 41692,03
Air 290
aliran (14b) :
Air 290
TOTAL 41.982,03 TOTAL 41.982,03
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
65
8. Netralizer (NR-701)
NETRALIZER
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (9) : aliran (16) :
Metanol 44,35 Metanol 134,35
NaOCH3 152 Gliserol 4316,85
Gliserol 4316,85 Air 52,16
Air 52,16 NaCl 164,52
aliran (15)
HCl 102,64817
TOTAL 4.667,88 TOTAL 4.667,88
Bahan baku minyak kelapa yan gdipakai adalah F5 = 39700 kg
F15
HCl = 102,64817 kg
N15
HCl = kgmolkg
kg
/5,36
102,64817 = 2,81228 kgmol
F9 NaOCH3 = 152 kg
N9 NaOCH3 =
kgmolkg
kg
/54
152= 2,81228 kgmol
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
66
Konversi = 100%
Reaksi : HCl + NaOCH3 ----> NaCl + CH3OH
Mula-mula 2,81228 2,81228 0 0
Reaksi 2,81228 2,81228 2,81228 2,81228
Setimbang 0 0 2,81228 2,81228
Neraca Metanol :
F9
metanol = 44,35 kg
F16
metanol = 44,35 + (2,81228 x 32) = 134,35 kg
Neraca Gliserol :
F9
gliserol = F16
gliserol = 4316,848 kg
Neraca HCl :
F16
NaCl = 2,81228 kgmol x 58,5 kg/kgmol = 164,52 kg
Neraca Air :
F6
air = F7
air = 52,16 kg
Neraca Massa Total :
F16
= F16
metanol + F16
gliserol + F16
air + F16
NaCl
= 134,35 kg + 4316,848 kg + 164,52 kg + 52,16 kg
= 4.667,88 Kg
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
67
9. Washing (TK-723)
WASHING
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (16) :
aliran (18) :
Metanol 134,35 Air 710
Gliserol 4316,85 NaCl 164,52
Air 52,16
NaCl 164,52 aliran (19) :
metanol 134,35
aliran (17) :
Gliserol 4316,85
Air 1000 Air 342,16
TOTAL 4.667,88 TOTAL 4.667,88
Neraca Metanol :
F16
Metanol = F19
Metanol = 134,35 kg
Neraca Gliserol :
F16
Gliserol = F19
gliserol = 4316,85 kg
Neraca air :
F16
air = 52,16 kg
F17
air = 1000 kg
F18
air = 0,71 x F17
air = 0,71 x 1000 =710 kg
F19
air = 52,16 + (1000-710) = 342,16 kg
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
68
Neraca NaCl :
F16
NaCl = F18
Nacl = 164,52 kg
Neraca Massa Total :
F = F18
air + F18
Nacl + F19
Metanol + F19
gliserol + F19
air
= 710 kg + 164,52 kg + 134,35 kg + 4316,85 kg + 342,16 kg
= 4.667,88 kg
10. Distilasi (D-801)
DISTILASI
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (19) :
aliran (21) :
Metanol 134,35 Metanol 134,35
Gliserol 4316,85 Air 1,54
Air 342,16
aliran (23) :
Gliserol 4316,85
Air 340,62
TOTAL 4.667,88 TOTAL 4.667,88
Neraca Metanol :
F19
Metanol = F21
Metanol = 134,35 kg
Neraca Gliserol :
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
69
F19
Gliserol = F23
gliserol = 4316,85 kg
Neraca Air :
F19
air = 342,16 kg
F21
air = 1,54 kg
F21
air = 340,62 kg
Neraca Massa Total :
F = F21
Metanol + F21
air + F23
gliserol + F23
air
= 134,35 kg + 1,54 kg + 4316,85 kg + 340,62 kg = 4.667,88 kg
11. Evaporator (EV-901)
EVAPORATOR
NM masuk Kg NM keluar Kg
aliran (23) :
aliran (24) :
Gliserol 4.316,848 Air 198,5045
Air 340,621
aliran (25) :
Gliserol 4.316,85
Air 142,117
TOTAL 4.657,469 TOTAL 4.657,469
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
70
Neraca Gliserol :
F23
Gliserol = F25
gliserol = 4316,85 kg
Konsentrasi gliserol pada aliran 23 = kg469,4567
kg340,6211 = 0,92 = 92%-wt
Konsentrasi gliserol pada aliran 25 = kg469,4567
kg142,1171 = 0,97 = 97%-wt
Neraca Air :
F21
air = 340,621 kg
F24
air = 198,5045 kg
F25
air = 142,117kg
Neraca Massa Total :
F = F24
air + F25
gliserol + F25
air
= 198,5045 kg + 4316,85 kg + 142,117kg = 4.657,469 kg
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
71
LAMPIRAN 2
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : kcal
Temperatur referensi : 25oC atau 298 K
Neraca panas ini mengggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
1. Perhitungan panas sensible untuk aliran masuk dan keluar
pd p
e 25
2. Perhitungana panas reaksi
3. Perhitungan panas penguapan/laten
Data-data yang diambil untuk perhitungan pada neraca panas ini adalah:
1. Cp untuk liquid
p
R B 2
a. Air: A= 8,712
B= 1,25.10-3
C= -1,80.10-7
b. Metanol: A= 13,431
B= -5,13.10-2
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
72
C= 1,31.10-4
pd e
2B 2 e
2
e
Keterangan:
Bed e lp l
p p s s p s
l u
l
g
su u u
Asumsi pada:
1. Kondisi Steady State, E = 0
2. Tak ada perubahan energi kinetik, K = 0
3. Tak ada perubahan energi potensial, P = 0
4. Tidak terjadi kerja dalam sistem, W = 0
Menghitung Cp dari masing-masing komponen
a) Air
A= 8,712
B= 1,25.10-3
C= -1,80.10-7
pd e
2B 2 e
2
e
- Pada suhu 30oC
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
73
Dilakukan perhitungan yang sama untuk mendapatkan Cp dari air pada
setiap suhu. Dapat dilihat Cp air untuk masing-masing suhu pada Tabel.1.
Tabel 1 Cp Air pada berbagai suhu
T, oC Tref,
oC Cp, kcal/kg
oC
60 25 318,1013
65 25 363,6578
55 25 272,5732
135 25 1004,389
27 25 18,13966
107 25 747,4409
148 25 1123,981
110 25 774,9294
b) Metanol
A= 13,431
B= -5,13.10-2
C= 1,31.10-4
pd e
2B 2 e
2
e
- Pada suhu 30oC
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
74
Dilakukan perhitungan yang sama untuk mendapatkan Cp dari metanol pada
setiap suhu. Dapat dilihat Cp metanol untuk masing-masing suhu pada Tabel 2.
Tabel 2 Cp metanol pada berbagai suhu
T, oC Tref,
oC Cp, kcal/kg
oC
60 25 361,3044
65 25 416,2662
135 25 1298,831
137 25 1327,634
27 25 19,6511
5. Cp untuk komponen lain
Cp untuk RPO, Metil Ester, Gliserol, NaOCH3, HCl, dan NaCl dapat dilihat
pada Tabel 3
Tabel 3 Cp untuk Komponen lain
Komponen Cp, kcal/kgoC
RPO 386,5551
NaOCH3 0,32389
Metil Ester 381,45025
Gliserol 560,47774
HCl 0,615
NaCl 0,947
(Reklaitis, 1983).
6. P s pe be u ( o
f)
Panas pembentukan pada setiap komponen dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 P s pe be u ( o
f) untuk setiap komponen
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
75
Komponen ∆Ho
f, kcal/kg
Metanol -1502,5
Air -3211,11
RPO -7691,94
Metil Ester -10786,9
Gliserol -25743,5
HCl -605,0275
NaCl -1680,565
(Himmelblau, 1996).
7. Steam yang digunakan pada setiap proses yaitu saturated steam pada suhu
120oC dan tekanan 198,54 kPa. Hv= 2202,2 kJ/kg = 526,3258 kcal/kg.
8. Panas Laten HVL
HVL,CH3OH= 35,270 kJ/mol
= 263,4228 kcal/kg
HVL,H2O= 40,6562 kJ/mol
= 539,82 kcal/kg
Perhitungan neraca panas pada setiap alat sebagai berikut:
1. Mixer (MX-201)
(2)
RPO
T=30oC
(3)
Metanol
Air
T=30oC (5)
NaOCH3, RPO, Metanol,
Air
T=30oC
(4)
NaOCH3
T=30oC
MX-201
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
76
E= Ein-Eout
0 = (H2 + H3 + H4) – (H5+Q)
Q = H2 + H3 + H4 – H5
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 dan Tabel.3. Dari hasil
perhitungan didapatkan:
H2= HRPO= 76.731.181,96 kcal/hr
H3= Hmetanol + H air
= 1.120.872,7kcal/hr + 11.830,03 kcal/hr = 1132702,7 kcal/hr
H4= HNaOCH3= 245,9340475 kcal/hr
H5= HRPO + HMetanol + HAir + HNaOCH3
= 763.731.181,96 kcal/hr + 1.120.872,7 kcal/hr + 11.830,031 kcal/hr +
245,934 kcal/ hr
= 77.864.130,64 kcal/hr
Didaptkan nilai Q= 0, karena tidak ada panas yang keluar ataupun panas
yang masuk di dalam Mixer.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
77
2. Heater (XH-256)
E= Ein-Eout
0 = H5 +Q- H6
Q = H6 – H5
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 dan Tabel.3. Dari hasil
perhitungan didapatkan:
H5= HRPO + HMetanol + HAir + HNaOCH3
= 763.731.181,96 kcal/hr + 1.120.872,7 kcal/hr + 11.830,031 kcal/hr +
245,934 kcal/ hr
= 77.864.130,64 kcal/hr
H6= HRPO + HMetanol + HAir + HNaOCH3
= 537.000.000 kcal/hr + 57.461.845 kcal/hr + 580.762,2 kcal/hr +
1.721,538 kcal/hr
= 595.162.602 kcal/hr
(5)
NaOCH3, RPO,
Metanol, Air
T=30oC
Steam
T=120oC
Condensate
T=120oC (6)
NaOCH3, RPO, Metanol,
Air
T=60oC
XH-256
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
78
Didaptkan nilai Q= 517.298.471,4 kcal/hr
Menghitung kebutuhan massa steam yang dibutuhkan:
s e
msteam=98.188,521 kg/hr
Jadi massa steam yang dibutuhkan sebanyak 98.188,521 kg/hr untuk
menaikan suhu campuran RPO, metanol, NaOCH3, dan air.
3. Reaktor (R-301)
E= Ein-Eout
0 = H6 +Q- (H7 + panas reaksi)
Q = Panas reaksi + H7 – H6
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Perhitungan panas sensible untuk aliran masuk dan keluar
pd p
e 25
Steam
T=120oC
(6)
NaOCH3, RPO,
Metanol, Air
T=60oC
Condensate
T=120oC (7)
NaOCH3, Metanol, Air,
Metil Ester, Gliserol
T=65oC
R-301
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
79
Perhitungana panas reaksi
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 Tabel.3 dan Tabel.4.
Dari hasil perhitungan didapatkan:
H6= HRPO + HMetanol + HAir + HNaOCH3
= 537.000.000 kcal/hr + 57.461.845 kcal/hr + 580.762,2 kcal/hr +
1.721,538 kcal/hr
= 595.162.602 kcal/hr
H7= HMetil Ester + HGliserol + HMetanol + HAir + HNaOCH3
= 636.137.426,2 kcal/hr + 96.779.882 kcal/hr + 738.526,017 kcal/hr +
758.783,05 kcal/hr + 1.967,4724 kcal/hr
= 734.398.981,2 kcal/hr
Panas reaksi:
Konversi 100%
Reaksi: RPO + 3CH3OH
Reaksi: RPO + 3CH3OH NaOCH3 3ME + Gliserol
Mula-mula 46,871 142
Reaksi 46,871 140,61 140,61 46,871
Setimbang 0 2,8123 140,61 46,871
Data dalam satuan kmol
2 pRPO
2
p O
2
p E
2
p l se l
2
2 E l se l RPO e l
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
80
( - 6 ) (-25 5 5) – (- 6 ) ( - 5 2 5)
= -5306,6472 kcal/kg
5 6 6 2 l g – 62 25 l g
Didaptkan nilai
Q = Panas reaksi + H7 – H6
Q = -17603,525 kcal/hr + 734.398.981,2 kcal/hr - 595.162.602 kcal/hr
= 139.236.379 kcal/hr
Menghitung kebutuhan massa steam yang dibutuhkan:
s e
msteam= 63.226,0372 kg/hr
Jadi massa steam yang dibutuhkan sebanyak 63.226,0372 kg/hr.
4. Heater (XH-512)
E= Ein-Eout
0 = H11 +Q- H13
Steam
T=120oC
(11)
Metil Ester, air
T=55oC
Condensate
T=120oC (13)
Metil Ester, Air
T=105oC
XH-512
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
81
Q = H13 – H11
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 dan Tabel.3. Dari hasil
perhitungan didapatkan:
H5= HME + HAir
= 477.103.069,7 kcal/hr + 2.371.386,7 kcal/hr
= 479.474.456 kcal/hr
H6= HME + HAir
= 1.272.274.852kcal/hr + 16.915.601,3 kcal/
= 1.289.190.454 kcal/hr
Didaptkan nilai Q= 809.715.997,4 kcal/hr
Menghitung kebutuhan massa steam yang dibutuhkan:
s e
msteam= 367.685,041 kg/hr
Jadi massa steam yang dibutuhkan sebanyak 367.685,041 kg/hr untuk
menaikan suhu ME atau biodiesel.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
82
5. Vacum Dryer (TK-601)
E= Ein-Eout
0 = H13 + Q - H14a + H14b
Q = H14a + H14b – H13
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 dan Tabel.3. Dari hasil
perhitungan didapatkan:
H13= HME + HAir
= 1.272.274.852 kcal/hr + 16.915.601,3 kcal/hr
= 1.289.190.454 kcal/hr
H14a= HME + HAir
= 1.781.184.793 kcal/hr
H14b= HME + HAir
= 33.219.745,45 kcal/hr
Didaptkan nilai Q= 525.214.085,1 kcal/hr
Qlostnya yaitu sebesar 525.214.085,1 kcal/hr
Steam
T=120oC
(13)
Metil Ester, Air
T=105oC
Condensate
T=120oC (14a)
Metil Ester
T=137oC
TK-601
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
83
6. Netralizer (NR-701)
E= Ein-Eout
0 = H9 + H15 + Q- (H16 + panas reaksi)
Q = Panas reaksi + H16 – H15 – H9
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Perhitungan panas sensible untuk aliran masuk dan keluar
pd p
e 25
Perhitungana panas reaksi
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 Tabel.3 dan Tabel.4.
Dari hasil perhitungan didapatkan:
H9= HGliserol + HMetanol + HAir + HNaOCH3
= 84.682.396,7 kcal/hr + 560.887,686 kcal/hr + 580.762,169 kcal/hr +
1.721,538 kcal/hr
= 85.825.768,1 kcal/hr
H15 = HHCl
(15) HCl
T=60oC
Steam
T=120oC
(9)
NaOCH3, Gliserol,
Metanol, Air
T=60oC
(16)
NaCl, Metanol,
Air,Gliserol
T=65oC
Condensate
T=120oC
NR-701
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
84
= 2.209,50186 kcal/hr
H16= HGliserol + HMetanol + HAir + HNaCl
= 96.779.882 kcal/hr + 2.236.966,37kcal/hr + 758.783,049 kcal/hr +
6231,9532 kcal/hr
= 99781863,3 kcal/hr
Panas reaksi:
Konversi 100%
Reaksi: HCl + NaOCH3 NaCl + CH3OH
Mula-mula 2,8213 2,8213
Reaksi 2,8213 2,8213 2,8213 2,8213
Setimbang 0 0 2,8213 2,8213
Data dalam satuan kmol
2 p l
2
p O
2
p l
2
p e l
2
2 l e l l O
(- 6 56 5 5) (- 5 2 5) – (-6 5 2 5 ) ( )
= -2578,0371 kcal/kg
25 l g – 666 l g
Didaptkan nilai
Q = Panas reaksi + H16 – H15 – H9
Q = 14.077,6296 kcal/hr + 99.781.863,3 kcal/hr - 2.209,50186 kcal/hr -
85.825.768,1 kcal/hr
= 13.967.963 kcal/hr
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
85
Menghitung kebutuhan massa steam yang dibutuhkan:
s e
msteam= 6.342,73152 kg/hr
Jadi massa steam yang dibutuhkan sebanyak 6.342,73152 kg/hr.
7. Distilasi (D-801)
E= Ein-Eout
0 = H19 + Q- (H21 + H25)
Q = H21 – H23 – H19
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Perhitungan panas sensible untuk aliran masuk dan keluar
pd p
e 25
Perhitungana panas laten
(25)
Gliserol, Air
T=107oC
(21)
Metanol, Air
T=65oC
(19)
Metanol, Gliserol, Air
T=27oC
D-801
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
86
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 Tabel.3 dan Tabel.4.
Dari hasil perhitungan didapatkan:
H19= HGliserol + HMetanol + HAir
= 4.838.994,097 kcal/hr + 5.280,136967 kcal/hr + 1.084.008,661 kcal/hr
= 4.845.545,12 kcal/hr
H21 = (HMetanol + HVLMetanol ) +( HAir + HVLAir)
= 66.165,56187 kcal/hr + 22.144,8878 kcal/hr
= 88.310,4497 kcal/hr
H25= HGliserol + HAir
= 198.398.758 kcal/hr + 20.876.713,56 kcal/hr
= 219.275.472 kcal/hr
Didaptkan nilai
Q = H21 + H23 – H19
Q = 88.310,4497 kcal/hr + 219.275.472 kcal/hr - 4.845.545,12 kcal/hr -
= 21.451.823,9 kcal/hr
Menghitung kebutuhan massa steam yang dibutuhkan:
s e
msteam= 97 410,8786 kg/hr
Jadi massa steam yang dibutuhkan sebanyak 97 410,8786 kg/hr.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
87
8. Evaporator (EV-901)
E= Ein-Eout
0 = H23 + Q- (H24 + H25)
Q = H24 + H25 – H23
Untuk menentukan panas dari setiap stream digunakan rumus sebagai berikut:
Perhitungan panas sensible untuk aliran masuk dan keluar
pd p
e 25
Perhitungana panas laten
Cp pada setiap stream dapat dilihat pada Tabel.1, Tabel.2 Tabel.3 dan Tabel.4.
Dari hasil perhitungan didapatkan:
H23= HGliserol + HAir
= 198.398.758 kcal/hr + 20.876.713,56 kcal/hr
= 219275471,5 kcal/hr
H24 = 127.638,241 kcal/hr
H25= HGliserol + HAir
(23)
Gliserol 92%-wt, Air
T=107oC
(24) Air
T=110oC (25)
Gliserol 97%-wt, Air
T=148oC
EV-901
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
88
= 236.577.381 kcal/hr + 19.647.556,9 kcal/hr
= 256.224.937,4 kcal/hr
Didaptkan nilai
Q = H24 + H25 – H23
Q = 127.638,241 kcal/hr + 256.224.937,4 kcal/hr - 219275471,5 kcal/hr
= 37.077.879,07 kcal/hr
Menghitung kebutuhan massa steam yang dibutuhkan:
s e
msteam= 4255,17423 kg/hr
Jadi massa steam yang dibutuhkan sebanyak 4255,17423 kg/hr.
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
89
LAMPIRAN 3
SPESIFIKASI DAN DESAIN ALAT UTAMA
1. Reaktor
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi transesterifikasi
Jenis : Batch reaktor terhubung parallel
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-203 Grade A
Jumlah : 2 Unit
Reaksi yang terjadi : C12H22O2 + 3CH3OH 2C13H20O2 + Gliserol
Tekanan Operasi : 1 atm
Temp. Masuk : 30oC
Temp. Keluar : 65oC
Komposisi Umpan :
Senyawa Laju Alir
Massa(kg/jam)
Laju alir
molar(kmol/jam) Mr
Fraksi
Mol
ρ
(kg/ltr)
ρ
campuran
RPO 39699,6626 46,87091216 847 0,24088 880 211,9744
CH3OH 4544,003396 142,0001061 32 0,72977 794,5 579,8023
H2O 52,15186764 2,89732598 18 0,01489 997,08 14,84652
Katalis(NaOMe) 151,8323346 2,8117099 54 0,01445 1100 15,895
Total 44447,6502 194,582 822,5182
De s s l u ρs = 822,5182 kg/m3 = 52,1879 lb/ft
3
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
90
lu e Re u l
ρs 65 2
g
22 5 2 g
5 5
Laju Alir mol RPO,Fa0 = 46,8709 kmol/jam
se s l RPO l RPO
6
l
5 5
6 l
W u gg l e d l e τ 2 ( su u p l 2 )
lu e u e τ
2
6 6
Ruang bebas reaktor direncanakan 20% dari volume minimum reaktor,
campuran keluar reaktor secara over flow.
lu e e 2 2 2 6 2
a. Volume Reaktor
lu e e
τ 6
2 6
Volume Larutan = V = 108,0770 m3
Volume Tangki = 129,6924 m3
b. Diameter dan tinggi shell
Di : Hs = 3:4
s
D
2
D
2 D
s 2
D
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
91
D 2 6 2
5 5 226
s
D
5 6
c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = Diameter tangki = Di = 4,7934 m
gg g
2 D
2 2 6
Rasio Axis = 2:1
gg u up g
2 D
2
2
2
d. Tebal Shell tangki
P D
E 6 P B ell 5 l 25
dimana:
t = Tebal shell (in)
P = Tekanan desain (psia)
D = Diameter dalam Tangki (in)
S = Allowable stres (psia)
E = joint Efficiency
Volume Campuran dalam tangki = 108,0770 m3
lu e s ell
D
5
5 2 2
gg d l g
s ell gg g 2 gg u up
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
92
gg d l g
5 2 2 2 6 2
e d s s ρ g l 22 5 2
626 6 2 P 6 26 P
Tekanan Udara Luar = 1 atm = 101,325 kPa
P operasi = P udara luar + P Hidrostatis = 101,325 + 36,2608
= 137,5857 kPa
Faktor kelonggaran = 20% = 0,2
Maka, P design = 1,2 x 137,5857 kPa = 165,1029 kPa
Joint Efficiency (E) = 0,8 (Brownell, 1959)
Allowable stress = 112039,8834 kPa (Brownell, 1959)
eb l s ell g 65 2 5 (( 2 ( 6 65 2 ) ) )
Faktor korosi = 0,125 in
Maka, tebal shell yang dibutuhkan = 0,3480 + 0,125 = 0,473 in
Menghitung Jaket pemanas
Q reaktor = 734.398.981,20 kcal/hr = 175.521.356,5 kJ/hr
λ s e p d 120oC= 2202,59 kJ/kg (dari steam table)
Diameter luar reaktor = Di + (2 x tebal dinding)
= (15,7276 x 12) + ( 2 x 0,473) = 189,6664 in
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
93
Tinggi jaket = Tinggi reaktor = 2,3967 m = 94,3599 in
Asumsi jarak jaket = 3 in
Diameter dalam jaket = 94,3599 + ( 2 x 3) = 100,3599 in
Luas yang dilalui steam (A)
D2 2
5 2 5 2 2 5 2
Kecepatan superficial steam (V)
p
5 5
5 26
Tebal dinding jaket (tj)
Bahan Stainless steel plate tipe SA-240 grade 314
H jaket = 65,984 in = 5,4987 ft
ρ 62 2 5 lb 3
P ρ
5 62 2 5
55 ps
Pdesign reaktor = 165,1029 kPa = 23,9528 psi
P design jacket= PH + Pdesign = 23,9528 + 1,9455 = 25,8983 psi
P D
E 6 P s
25 5
5 6 25 25 5
Maka, dipilih tebal jaket standart = 1,75 in
Perancangan sistem pengadukan
Jenis pengaduk : Turbin impeller daun enam
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
94
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbine standar (Mc cabe, 1993), diperoleh:
D
D
D
D
5 226 5 2 5 6
E
D
E D 5 2 5 6
D
D
5 2 2
W
5 D
5 5 2 2
D
2
2 D
2 5 226 2 ft
Dimana:
Dt = Diameter tangki
Da = Diameter impeller
sE = tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin
J = lebar baffle
Kecepatan Pengadukan, N = 120 rpm = 2 rps
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
95
Viskositas cairan = 0,788 cP = 0,000788 kg/m.s
B l g Rey ld Re ρ D
2
μ 22 5 2 2 5 6
2
5 2 2 5
p P
ρ D 5 e pl s
P p ρ D 5
5 66 2
5 2
5
2 55 6 P
Efisiensi motor penggerak = 80%
D y pe gge P
E s e s 6
6 2 P
2. Tangki Penyimpanan RPO
Fungsi : Tempat/Wadah penyimpanan bahan baku RPO
Bentuk : Silinder tegak, tutup ellipzoidal, alas datar
Bahan Konstruksi : Carbon Stell SA-283, Grade C
Jumlah : 2 Unit
Kondisi Penyimpanan
Tekanan, Temperatur: 1 atm (14,696 psi), 30oC
Laju alir massa (F) 39700 kg/hr
Densitas (ρ) 880 kg/m3
Lama penyimpanan 24 jam
Faktor keamanan = 15 % = 0,15
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
96
e. Diameter dan Tinggi Shell
Direncanakan:
Tinggi shell : Diameter = Hs : Dt = 2 : 1
Tinggi Head : Diameter = Hh : Dt = 1 : 4
Vt = Vs + Vh = 1,57.Dt3 + 0,138.Dt
3 = 1,7003.Dt
3
D 622 56 2
5 2 6 2
Hs = 2.Dt = 2. 7,1533 = 14,3066 m
Hh = (1/4) . Dt = 0,25 . 7,1533 = 1,7883 m
Diameter tutup = Diameter tangki = 7,1533 m
Tinggi Tangki = Hs + Hh = 14,3066 + 1,7883 = 16,0950 m
f. Tebal Dinding Silinder Tangki
Dari tabel 13.1 (Brownell,1959), diperoleh data:
Allowable working stress (S) = 12650 psi
Efisiensi sambungan (E) = 0,8
Corrosion allowance (C) = 0,125 in/thn
Umur Alat (A) = 10 tahun
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
97
gg d l g l
s
5 6 6
622 56 2 6 2 6
e d s s ρ g 6 5 P 2 ps
Tekanan Operasi = Tekanan Hidrostatis + Tekanan kondisi penyimpanan
= 20,1317 + 14,696 = 34,8277 psi
Tebal Dinding Silinder tangki:
s 2 2 6 2
2 265 2 2 25 5
Dari tabel 5.4 (brownell,1959), diperoleh tebal tangki 1,75 in (range 1,5-4,5).
Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan
ditetapkan tebal tutup 1,75 in.
3. Tangki penyimpanan Methanol (TK234)
Fungsi : Tempat penyimpanan methanol
Bentuk : Silinder tegak, tutup ellipzoidal, alas datar
bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, grade C
Jumlah : 1 Unit
Kondisi Penyimpanan:
Tekanan, Temperatur = 1 atm (14,696 psi), 30oC
Laju Alir massa (F) 4544 kg/jam
Densitas (ρ) 794,5 kg/m3
Lama penyimpanan 24 Jam
Faktor Keamanan = 20 % = 0,2
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
98
Volume Methanol
Volume Tangki
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
99
a. Diameter dan Tinggi Shell
Direncanakan:
Tinggi shell : Diameter = Hs : Dt = 2 : 1
Tinggi Head : Diameter = Hh : Dt = 1 : 4
Vt = Vs + Vh = 1,57.Dt3 + 0,138.Dt
3 = 1,7003.Dt
3
D 6 6
5 22
Hs = 2.Dt = 2. 4,5922 = 9,1845 m
Hh = (1/4) . Dt = 0,25 . 4,5922 = 1,1481 m
Diameter tutup = Diameter tangki = 4,5922 m
Tinggi Tangki = Hs + Hh = 9,1845 + 1,1481 = 10,3326 m
g. Tebal Dinding Silinder Tangki
Dari tabel 13.1 (Brownell,1959), diperoleh data:
Allowable working stress (S) = 12650 psi
Efisiensi sambungan (E) = 0,8
Corrosion allowance (C) = 0,125 in/thn
Umur Alat (A) = 10 tahun
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
100
gg d l g l
s
26
6 6 5 65
e d s s ρ g 5 65 5 5 2 P 6 ps
Tekanan Operasi = Tekanan Hidrostatis + Tekanan kondisi penyimpanan
= 8,643 + 14,696 = 23,339 psi
Tebal Dinding Silinder tangki:
s 2
2 265 2 2 25 5
Dari tabel 5.4 (Brownell,1959), diperoleh tebal tangki 1,5 in (range 1,5-4,5).
Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan
ditetapkan tebal tutup 1,5 in.
4. Pompa RPO
L 30
F 45,11 m3/h
Densitas RPO 880 kg/m3
viskositas RPO 0,11549114 kg/m.hr
v 1,525
Menghitung Luasan Area
6 2
Menghitung ID
Menghitung Reynold Number
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
101
e ρ ID
μ
Menghitung Heat Loss
5
2 2
ID
Isolation valve
CL = 2
6 2
ID 22
Asumsi check valve
2
ID 2
Asumsi Orifice
Cd = 0,62
A0 = 0,4
d2
2
5252
2
Entrance Loss
5 2
2 5
Exit loss
2
2 5
P ρ l 56
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
102
Menghitung kinerja pompa
- l 2 5 l 26
W
6 P
6 2 W 6 W
5. Pompa Mixer
L 30
F 54,0511 m3/h
Densitas 822,518 kg/m3
viskositas 0,1155 kg/m.hr
v 1,8268 m/s
Menghitung Luasan Area
Menghitung ID
Menghitung Reynold Number
e ρ ID
μ
Menghitung Heat Loss
2 2
2 2
ID 2 6
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
103
Isolation valve
CL = 2
6 2
2 2
Asumsi check valve
2
ID
Asumsi Orifice
Cd = 0,62
A0 = 0,4
d2
2
5252
2
Entrance Loss
5 2
2 5
Exit loss
2
2
P ρ l
Menghitung kinerja pompa
- l 2 5 l
W
6 P
2 W 2 W
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
104
6. Pompa Methanol
L 30
F 5,69424 m3/h
Densitas 798 kg/m3
Viskositas 0,00125 kg/m.hr
V 1,8268 m/s
Menghitung Luasan Area
Menghitung ID
Menghitung Reynold Number
e ρ ID
μ 25
Menghitung Heat Loss
2 2
2 2
ID 2 2
Isolation valve
CL = 2
6 2
2 2265
Asumsi check valve
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
105
2
ID
Asumsi Orifice
Cd = 0,62
A0 = 0,4
d2
2
5252
2
Entrance Loss
5 2
2
Exit loss
2
2
P ρ l 6
Menghitung kinerja pompa
- l 2 5 l 5 66
W
6 P
55 6 55 W