i

LAPORAN TUGAS PRARANCANGAN PABRIK

PRARANCANGAN PABRIK BIODIESEL DARI

MINYAK NYAMPLUNG DAN METHANOL

KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN

Diajukan guna Memenuhi Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Teknik Strata Satu

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Oleh:

Oryza Mistyanti

D 500 100 029

Dosen Pembimbing

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

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

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2015

iii

INTISARI

Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat dari tahun ke tahun.

Keadaan ini semakin diperparah dengan banyaknya pembelian kendaraan pribadi

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

keadaan ini terus berlanjut dapat dipastikan bahwa beberapa tahun mendatang

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

untuk menanggulangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil maka didirikan

pabrik biodiesel dari minyak biji nyamplung dan metanol dengan kapasitas

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

Menggunakan proses esterifikasi-transesterifikasi dalam reaktor alir tangki

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

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

Pabrik ini digolongkan pabrik beresiko rendah karena kondisi operasi pada

tekanan atmosferis

Kebutuhan minyak nyamplung 2378,8847 kg/jam dan metanol

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

proses meliputi penyediaan air diperoleh dari sungai, penyediaan saturated steam

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

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

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

didirikan dikawasan Kutai Kalimantan timur dengan jumlah karyawan 180 orang.

Pabrik biodiesel ini menggunakan modal tetap sebesar

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

analisis ekonomi terhadap pabrik ini menunjukkan keuntungan sebelum pajak

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

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

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

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

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

Dari data analisis kelayakan di atas disimpulkan bahwa pabrik ini menguntungkan

dan layak untuk didirikan.

iv

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat dan karunia-Nya kepada penyusun sehingga dapat menyelesaikan naskah

tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Biodiesel Kapasitas 20.000

ton/tahun.

Tugas akhir prarancangan pabrik ini merupakan salah satu syarat di Program

Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang

harus ditempuh oleh mahasiswa untuk memenuhi kelengkapan akademisdalam

memperoleh gelar kesarjanaan.

Dalam penyusunan naskah ini penyusun telah mendapatkan bimbingan dari

berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Rois Fatoni, S.T, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia.

2. Ibu Kusmiyati, S.T, M.T, Ph.D selaku dosen pembimbing I yang dengan

sabar membimbing dan memberi arahan kepada penyusun hingga

terselesaikannya naskah tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Ir. Ahmad M. Fuadi, M.T selaku dosen pembimbing II yang

telah membimbing penyusun hingga terselesaikannya naskah tugas akhir

ini.

4. Bapak dan Ibu dosen atas ilmu dan bimbingannya selama masa

perkuliahan.

5. Seluruh karyawan dan staf TU Universitas Muhammadyah Surakarta yang

telah membantu kelancaran salama masa perkuliahan dan tugas akhir.

Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan tugas prarancangan pabrik

ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya

saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan

naskah ini. Penyusun berharap semoga naskah ini dapat bermanfaat bagi pembaca

pada umumnya dan penyusun pada khususnya.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Juni 2015

Penyusun

v

MOTTO

Yakin, ikhlas dan istiqomah

“Berangkat dengan penuh keyakinan, berjalan dengan penuh keikhlasan dan

istiqomah dalam menghadapi cobaan”

“Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila kau

sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu.”

(Q.S Al-Insyirah:6-8).

“Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan shalatmu sebagai

penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar”

(Q.S Al-Baqarah:153)

vi

PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rakhmat dan hidayahnya

yang telah memberikan kekuatan, kesehatan dan kesabaran untukku dalam

mengerjakan skripsi ini.

Aku persembahkan cinta dan kasih sayangku kepada kedua orangtuaku dan

adik-adikku yang telah menjadi motivasi dan inspirasi dan tiada henti

memberikan dukungan dan do’anya buat aku. Tanpa keluarga manusia sendiri

di dunia gemetar dalam angin.

Terimakasih yang tak terhingga buat dosen-dosenku, terutama pembimbingku

yang tak pernah lelah dan selalu sabar memberikan bimbingan dan arahan

kepadaku.

Terimakasihku juga ku persembahkan kepada para sahabatku Risky, Rina, Ade,

Yenni, Encik, yang senantiasa menjadi penyemangat dan menemani disetiap

hariku. Sahabat merupakan salah satu sumber kebahagiaan dikala kita tidak

merasa bahagia.

Teruntuk teman-teman angkatanku yang selalu membantu, berbagi keceriaan

dan melewati setiap suka dan duka selama kuliah, terimakasih banyak.

Aku belajar, aku tegar, dan aku bersabar hingga aku berhasil.

Terimakasih semua...... ^_^

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ ii

INTISARI ....................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ................................................................................... iv

MOTTO ........................................................................................................ v

PERSEMBAHAN .......................................................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................................................. vii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik ........................................... 13

1.2. Penentuan Kapasitas Perancangan Pabrik .............................. 14

1.2.1 Proyeksi Kebutuhan Biodiesel dalam Negeri .............. 14

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ............................................ 15

1.2.3 Kapasitas Minimal Pabrik yang Telah Beroperasi ...... 16

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ........................................................ 16

1.4. Tinjauan Pustaka .................................................................... 18

1.4.1 Tanaman Nyamplung ................................................... 18

1.4.2 Minyak Nyamplung ..................................................... 18

1.4.3 Biodiesel ...................................................................... 19

1.4.4 Standar Mutu Biodiesel ................................................ 20

1.4.5 Macam-macam Proses ................................................. 21

1.4.6 Kegunaan Produk ......................................................... 22

1.4.7 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk ......... 22

1.4.8 Tinjauan Proses Secara Umum .................................... 25

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ....................................... 26

2.1.1 Bahan Baku ..................................................................... 26

2.1.2 Produk ............................................................................. 27

viii

2.1.3 Katalis ................................................................................... 28

2.2. Konsep Reaksi ......................................................................... 29

2.2.1 Dasar Reaksi.................................................................... 29

2.2.2 Kondisi Operasi .............................................................. 30

2.2.3 Mekanisme Reaksi ............................................................. 30

2.2.4 Tinjauan Kinetika ................................................................ 30

2.2.5 Tinjauan Termodinamika ............................................... 31

2.2.6Langkah Proses ................................................................ 33

2.3. Diagram Alir Proses ................................................................ 37

2.3.1 Diagram Alir Kualitatif ................................................ 37

2.3.2 Diagram Alir Kuantitatif .............................................. 38

2.4. Diagram Alir Neraca Massa dan Neraca Panas ...................... 39

2.4.1 Diagram Alir Neraca Massa .......................................... 39

2.4.2 Neraca Massa Komponen di sekitar Tiap Alat ............. 39

2.4.3 Neraca Panas Komponen di sekitar Alat ....................... 45

2.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan ............................................. 54

2.5.1 Tata Letak Pabrik ................................................................ 54

2.5.2 Tata Letak Peralatan ....................................................... 57

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES

3.1. Spesifikasi Alat Utama ............................................................ 60

3.2. Spesifikasi Alat Pendukung .................................................... 71

BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN

LABORATORIUM

4.1. Unit Pendukung Proses (Utilitas) ........................................... 95

4.1.1 Unit Penyediaan Air dan Pengolahan Water Supply

Section ........................................................................... 95

4.1.2 Unit Penyediaan Steam ................................................... 111

4.1.3 Unit Penyedia Listrik .................................................... 112

4.1.4 Unit Pengadaan bahan Bakar ........................................ 117

4.1.5 Unit Pengadaan Udara Tekan ....................................... 118

4.2. Laboratorium ........................................................................... 118

ix

4.3. Keselamatan Kerja .................................................................. 120

BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN

5.1. Bentuk Perusahaan .................................................................. 123

5.2. Struktur Organisasi ................................................................. 124

5.3. Tugas dan Wewenang ............................................................. 126

5.3.1 Pemegang Saham .............................................................. 126

5.3.2 Dewan Komisaris ........................................................... 126

5.3.3 Dewan Direksi .................................................................. 127

5.3.4 Staf Ahli ........................................................................... 128

5.3.5 Kepala Bagian .................................................................. 128

5.3.6 Kepala Seksi .................................................................... 131

5.4. Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................ 131

5.4.1 Karyawan Shift ................................................................. 132

5.4.2 Karyawan Non Shift ......................................................... 133

5.5. Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 134

5.5.1 Karyawan Tetap ................................................................ 134

5.5.2 Karyawan Harian ............................................................... 134

5.5.3 Karyawan Borongan ............................................................. 134

5.6. Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ................ 134

5.6.1 Penggolongan Jabatan ..................................................... 134

5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji ............................................. 135

5.7. Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................... 136

BAB VI ANALISA EKONOMI

A. Investasi Modal ......................................................................... 142

B. Biaya Produksi .......................................................................... 142

C. Pengeluaran Umum ................................................................... 143

D. Analisa Kelayakan ..................................................................... 143

x

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Kebutuhan Biodiesel .................................................................. 14

Tabel 1.2. Potensi Budidaya Nyamplung di Indonesia ............................... 16

Tabel 1.3. Pabrik Biodiesel di Indonesia .................................................... 16

Tabel 1.4. Syarat Mutu Biodiesel Ester Alkil ................................................ 20

Tabel 2.1. Harga ΔHo f untuk beberapa komponen ..................................... 31

Tabel 2.2. Harga ΔGo f untuk beberapa komponen ..................................... 32

Tabel 2.3. Neraca Massa Tangki Degumming (M-01) ................................ 39

Tabel 2.4. Neraca Massa Decanter (D-05) ................................................. 40

Tabel 2.5. Neraca Massa Mixer (M-02) ....................................................... 40

Tabel 2.6. Neraca Massa Mixer (M-03) ....................................................... 40

Tabel 2.7. Neraca Massa Reaktor Esterifikasi (R-01) ................................. 41

Tabel 2.8. Neraca Massa Decanter (D-01) .................................................. 41

Tabel 2.9. Neraca Massa Reaktor Esterifikasi (R-02) ................................. 42

Tabel 2.10. Neraca Massa Decanter (D-02) .................................................... 42

Tabel 2.11. Neraca Massa Transesterifikasi (R-03)........................................ 43

Tabel 2.12. Neraca Massa Decanter (D-03) ................................................... 43

Tabel 2.13. Neraca Massa Tangki Pengencer (M-04)..................................... 44

Tabel 2.14. Neraca Massa Decanter (D-04) ................................................... 44

Tabel 2.15. Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01) .................................... 45

Tabel 2.16. Neraca Panas sekitar tangki degumming (M-01) ......................... 45

Tabel 2.17. Neraca Panas decanter (D-05) ..................................................... 46

Tabel 2.18. Neraca Panas heater 1 (E-01) ...................................................... 46

Tabel 2.19. Neraca Panas mixer 1 (M-02) ...................................................... 47

Tabel 2.20. Neraca Panas heater 2 (E-02) ...................................................... 47

Tabel 2.21. Neraca Panas mixer (M-03) ......................................................... 47

Tabel 2.22. Neraca Panas heater 3 (H-03) ...................................................... 47

Tabel 2.23. Neraca Panas reaktor esterifikasi (R-01) ..................................... 48

Tabel 2.24. Neraca Panas decanter (D-01) ..................................................... 48

Tabel 2.25. Neraca Panas esterifikasi (R-02) .................................................. 49

xi

Tabel 2.26. Neraca Panas Decanter (D-03) .................................................... 49

Tabel 2.27. Neraca Panas Transesterifikasi (R-03) ........................................ 50

Tabel 2.28. Neraca Panas Decanter (D-04) .................................................... 50

Tabel 2.29. Neraca Panas tangki pengencer (M-04) ....................................... 51

Tabel 2.30. Neraca Panas Decanter (D-05) .................................................... 51

Tabel 2.31. Neraca Panas Heater (H-04) ....................................................... 51

Tabel 2.32. Neraca Panas Menara Distilasi .................................................... 52

Tabel 2.33. Neraca Panas Cooler (Co-01) ..................................................... 52

Tabel 2.34. Neraca Panas Cooler (Co-02) ..................................................... 53

Tabel 2.35. Neraca Panas Cooler (Co-03) ..................................................... 53

Tabel 2.36. Neraca Panas Cooler 4 (Co-04) .................................................. 53

Tabel 2.37. Perincian luas tanah bangunan pabrik ......................................... 57

Tabel 4.1. Kebutuhan air umpan tangki pencuci .......................................... 108

Tabel 4.2. Kebutuhan air pendingin ............................................................. 109

Tabel 4.3. Kebutuhan air untuk steam (saturated steam) ............................ 110

Tabel 4.4. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses ................................ 113

Tabel 4.5. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Utilitas ............................... 114

Tabel 4.6. Kebutuhan Listrik untuk penerangan ........................................... 114

Tabel 5.1. Jadwal Pembagian Kelompok Shift ............................................ 132

Tabel 5.2. Penggolongan Jabatan dalam Suatu Perusahaan ......................... 134

Tabel 5.3. Perincian Jumlah Karyawan dan Gaji dalam Rupiah .................. 135

Tabel 6.1. Data Cost Index Chemical Plant .................................................. 141

Tabel 6.2. Fixed Capital Investment ............................................................. 144

Tabel 6.3. Working Capital Investment ........................................................ 145

Tabel 6.4. Manufacturing Cost ..................................................................... 145

Tabel 6.5. General Expenses ......................................................................... 146

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Kebutuhan Biodiesel ................................................... 15

Gambar 2.1. Diagram Alir Kualitatif .......................................................... 37

Gambar 2.2. Diagram Alir Kuantitatif ........................................................ 38

Gambar 2.3. Tata Letak Pabrik ................................................................... 56

Gambar 2.4. Tata Letak Peralatan ............................................................... 59

Gambar 4.1. Utilitas Pabrik Biodiesel ......................................................... 122

Gambar 5.1. Struktur Organisasi Perusahaan ............................................. 138

Gambar 6.1. Cost Index Chemical Plant ...................................................... 141

Gambar 6.2. Analisa Ekonomi .................................................................... 150