PERBEDAAN PILOT PLANT DAN MODELMakalah ini dibuat untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah Azas Teknik Kimia IIDosen Pengampu:Aji Prasetyaningrum, ST, MSi

Disusun Oleh:

Katerina Nila Oktavia21030113120055

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANG2015

A. Pilot Plant1. Pengertian Pilot PlantPilot plant adalah suatu sistem pemprosesan dalam skala kecil yang dioperasikan untuk menghasilkan informasi mengenai perilaku sistem yang digunakan dalam perancangan fasilitas-fasilitas skala besar. Dengan kata lain, pilot plant dapat berarti tiruan dari pabrik atau peralatan yang belum dibuat. Pilot plant digunakan untuk mengurangi resiko terkait dengan konstruksi dari proses skala besar dan untuk memperoleh data desain pabrik atau peralatan yang sebenarnya. Keuntungan pembuatan pilot plant pada hakekatnya lebih murah untuk dibangun dibanding proses skala besar. Bisnis itu tidak mengorbankan banyak modal dalam risiko di suatu proyek yang mungkin tidak efisien. Untuk lebih lanjutnya, perubahan desain dapat dibuat lebih murah di skala pilot dan titik temu di dalam proses dapat direncanakan sebelum pabrik skala besar dibangun. Keuntungan lain dari pembuatan pilot plant yaitu menyediakan data yang berharga untuk perancangan pabrik skala penuh. Data ilmiah misalnya tentang reaksi-reaksi, bahan material, korosivitas, bisa tersedia, tetapi sulit untuk memperkirakan perilaku dari suatu proses dengan banyak kompleksitas. Para perancang menggunakan data dari pilot plant untuk memperhalus rancangan fasilitas skala produksi mereka (Susinggih Wijani,2013)Menurut Arie F. (2013) tahap pilot plant merupakan tahap pertengahan penelitian atau pembuatan produk sebelum masuk ke dalam produksi lebih besar. Tahapaan ini merupakan jembatan yang dapat membantu produksi skala besar karena skala produksi besar terlalu sulit dilakukan apabila mendesain proses mulai dari skala laboratorium. Tahap pilot plant ini dapat mengevaluasi hasil dari laboratorium dalam pembuatan produk, mengkoreksi dan mengembangkan proses serta dapat menyediakan informasi yang digunakan untuk mengambil keputusan dalam pengembangan proses skala besar.

2. Ukuran dan Struktur Pilot PlantPabrik percontohan (pilot plant) adalah unit kecil yang dirancang agar dapat digunakan untuk melakukan berbagai eksperimen untuk mendapatkan data bagi perancangan unit-unit yang lebih besar. Skala pilot plant ini merupakan scale up awal dari skala bench yang tujuannya adalah untuk memastikan operasibilitas proses baru yang data-data awalnya sudah diperoleh dari bench scale.a. Prinsip Pembuatan Skala Dalam pembuatan skala perlu memperhatikan kriteria untuk menentukan ukuran dan bentuk pilot plant. Penentuan skala ini memperhatikan prinsip kesamaan yang telah diformulasikan oleh Newton. Contohnya apabila dalam pilot plant tersebut menangani cairan, maka terdapat 3 tipe kesamaan antara lain: - Kesamaan Geometrik - Kesamaan Kinematik - Kesamaan Dinamik Selain itu, apabila proses yang disimulasikan dalam pilot plant menyangkut reaksi kimia dan biokimia, kesamaan yang harus dipertibangkan adalah: - Kesamaan Termal - Kesamaan Kimia dan Biokimia Di dalam industri pangan skala besar terdapat beberapa unit operasi yang saling terkait satu sama lain. Namun, untuk itu untuk mendapatkan proses yang ideal dalam membuat produk baru merupakan hal yang sulit. Untuk mendapatkan produk yang sesuai dalam proses pembuatan pabrik pangan, perlu dilakukan tahapan sebagai berikut:

Pada skala laboratrium dilakukan percobaan dengan skala kecil. Apabila kita menggunakan reaktor sebagai media pembuatan produk, maka ita dapat menggunakan kapastas 1 liter. Ketika sudah mendapatkan hasil dari penelitian awal, maka dapat dikembangkan pada unit pilot plant dengan kapasitas 10-100 liter. Berikutnya apabila hasil unit pilot plant memuaskan maka dapat dibangun reaktor dengan ukuran 1 m3. Berikutnya untuk pabrik tahap awal skala besar dapat ditentukan dengan pertimbangan data pilot plant.

b. Ukuran Minimal dan Maksimal Beberapa faktor dapat mempengaruhi ukuran dari pilot plant. Umumnya ukuran minimal diambil dari jumlah produk minimal yang dibutuhkan untuk analisa pengontrolan kualitas. Contohnya, apabila tujuan percobaan pilot plant untuk mempelajari pengaruh kondisi proses pada kualitas produk, maka jumlah minimal produk yang diproses pada pilot plant sebaiknya memenuhi jumlah sample yang digunakan untuk analisis fisik dan kimia untuk penentuan kualitas produk. Sedangkan ukuran maksimal dari pilot plant ditentukan dari jumlah kebutuhan produk yang diproses untuk pengujian penerimaan pasar terhadap produk yang akan diproduksi. Untuk proses batch, desain pilot plant yang memproduksi bagian kecil dari sistem pengolahan pangan akan lebih mudah dalam pelaksanaannya. Pada prinsipnya sebuah pilot plant tidak membutuhkan sistem proses pengolahan pangan secara keseluruhan. Sebaliknya apabila pada proses continous, lebih membutuhkan ketelitian dan keseriusan dalam percobaannya. Namun data yang diperoleh akan lebih lengkap apabila dibandingkan pada proses batch. (Susinggih Wijani,2013)

3. Aplikasi dan DesignApabila produksi produk membutuhan jumlah yang besar untuk menentukan penerimaan pasar, pilot plant disebut semi komersial. Sebelum membangun pilot plant semi komersial diperlukan sebuah percobaan dengan ukuran kecil dengan tujuan untuk mendapatkan data awal yang dapat digunakan sebagai acuan. Pada beberapa kasus, pembuatan skala pada pilot plant merupakan media pembelajaran untuk medapatkan informasi dan data mengenai teknik produksi (pada industri pegolahan pangan yang sudah ada) dan teknik desain (industri pengolahan pangan yang baru). Umumnya, hal-hal yang perlu dipelajari pada pembuatan pilot plant antara lain: 1. Studi mengenai produk, meliputi karakterisasi kualitas, pengaruh kondisi proses pada kualitas produk, pengembangan produk baru, studi penerimaan pasar 2. Studi mengenai Bahan Baku, meliputi karakterisasi bahan baku, evaluasi perencanaan dengan menggunakan materi bahan baku yang berbeda. 3. Studi mengenai teknologi proses, meliputi kondisi proses yang paling sesuai secara segi ekonomi (biaya yang mininal) dan segi kualitas produk (mendapatkan prosuk berkualitas), studi mengenai alternatif peralatan proses, pengembangan teknologi baru, pengembangan peralatan baru. 4. Studi kebutuhan pelengkap, meliputi evaluasi kesetimbangan massa dan kesetimbangan energi, studi mengenai energi, dan pengembangan dan evaluasi sebagai alternatif sistem kontrol. Desain pilot plant yang tepat merupakan hal penting untuk mendapatkan hasil yang sesuai selama program percobaan pilot plant. Sebagai bahan pertimbangan atas dasar prinsip kesamaan, faktor yang dikontrol atau dirubah selama percobaan sebaiknya dievaluasi lebih dahulu. Contohnya pada proses pengeringan buah dan sayur dengan menggunakan udara panas yang melewati wadah pengeringan, maka faktor yang dikontrol meliputi: - Kecepatan udara antara 0,2 - 3 m/s - Temperatur udara antara 50 - 100oC - Densitas wadah pengering antara 40 50 kg/m2 - Kelembaban relatif udara antara 20 100% Selain penentuan faktor yang dikontrol juga perlu untuk ditentukan interval dari variasi percobaan yang dilaksanakan. Sedangkan bentuk dan ukuran pilot plant dapat diambil dari data dan prinsip kesamaan yang telah didapatkan. Aspek lain yang perlu diperhitungkan dalam desain pilot plant adalah ketersediaan sistem penunjang, bahan baku, dan spesefikasi produk.(Susinggih Wijani,2013)

4. Contoh Pilot Plant dalam IndustriBIODIESEL PILOT PLANT KAPASITAS 1,5 TON/HARISEBUAH LANGKAH KECIL DALAM ROAD MAP BIODIESELINDONESIAMaharani Dewi Solikhah, Makmuri Nuramin, Syamsu Rizal, Soni S. WirawanBalai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi (Engineering Center-BPPT)Badan Pengkajian dan Penerapan TeknologiGedung 1 BPPT Lantai 6, Jl. M.H. Thamrin No. 8 Jakarta IndonesiaTelp (021) 3168240, 3915536, 3915537Fax (021) 3915535http://ec.bppt.go.idEmail : ranids@webmail.bppt.go.id , ranids@yahoo.com, makmuri@telkom.net

AbstrakBiodiesel Pilot Plant kapasitas 1.5 ton/hari dibangun oleh BRDST BPPT sebagai salah satu perwujudan milestone dalam Road Map Pengembangan Teknologi Biodiesel yang telah disusun. Road Map tersebut disusun untuk lebih mengarahkan pemasyarakatan energi alternatif tersebut. Di samping itu, pabrik tersebut dibangun dengan tujuan memperoleh data riset dalam melakukan scale up untuk kapasitas pabrik yang lebih besar. Biodiesel dapat dibuat melalui proses methanolisis asam lemak atau minyak. Karena Indonesia sangat kaya akan bahan baku biodiesel termasuk Minyak sawit/CPO (Crude Palm Oil), Minyak kelapa, dan Minyak Jarak Pagar, maka Biodiesel Pilot Plant tersebut dirancang untuk dapat memproduksi Biodiesel dari berbagai bahan baku. Bahan baku yang telah digunakan antara lain CPO standar, CPO off grade, Palm Fatty Acid Distillate, dan Coconut Fatty Acid Distillate. Dalam pembangunannya, plant tersebut melalui berbagai tahapan engineering yaitu optimasi proses, conseptual design, basic design, detail engineering, konstruksi, serta start up dan commissioning. Pada proses commissioning dilakukan berbagai tahapan proses hingga biodiesel plant tersebut dapat menghasilkan Biodiesel kualitas standar yang ditetapkan sebagai bahan bakar mesin diesel. Adapun spesifikasi yang dihasilkan antara lain viskositas 4.8 mm2/detik, water content < 0.05 % vol., sediment content 0.009 % vol., TAN (Total Acid Number) 0.46 mgKOH/g, dan cetane number 64.

Kata kunci : Biodiesel Pilot Plant, Commissioning, Biodiesel Kualitas Standar, cetane number

1. PendahuluanSebagai salah satu lembaga yang mengembangkan biodiesel, khususnya dalam bidang riset dan engineering, Balai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi (Engineering Center) BPPT telah memiliki design untuk Pilot Plant Biodiesel berkapasitas 8 ton/hari. Akan tetapi, sebagai salah satu tahapan dalam komersialisasi, diperlukan skala prototype untuk scale-up proses di laboratorium sekaligus optimasi proses sebelum memasuki skala pilot. Oleh karena itu, pada tahun 2003 Engineering Center mendesain dan membangun Biodiesel Prototipe Plant yang kapasitasnya 1.5 ton biodiesel per hari.Pembangunan plant ini bertujuan sebagai salah satu tahapan untuk memperoleh desain Biodiesel Plant kapasitas komersial. Tahapan proven technology untuk membangun Biodiesel Plant komersial dapat dilihat pada gambar berikut. Hal ini sesuai dengan Road Map Biodiesel Indonesia yang telah disusun oleh Forum Biodiesel Indonesia (FBI) dan mengantisipasi Biodiesel Technology Road Map (lihat gambar 8.).Tulisan ini mengkaji hal-hal yang berpengaruh dalam perancangan/desain, commissioning, dan pengoperasian Biodiesel Plant agar diperoleh Biodiesel kualitas standar.

Gambar 1. Tahapan Desain Menuju Proven Technology Biodiesel Plant Commercial2. Desain dan EngineeringBiodiesel umumnya dibuat melalui reaksi alkoholisis (biasanya metanol atau etanol) minyak lemak nabati atau hewani. Dari hasil percobaan di laboratorium dan pembuatan bench scale plant, maka diperoleh data yang cukup untuk melakukan desain dan engineering Pilot Plant kapasitas 1.5 ton/hari dengan system batch.

Gambar 2. Tahapan Desain dan EngineeringPlant ini didesain untuk dapat memproses bahan baku dari minyak apa saja dengan menghasilkan biodiesel yang memenuhi spesifikasi bahan bakar. Bahan baku yang dapat digunakan antara lain :1. CPO (Crude Palm Oil)/Minyak Sawit. CPO merupakan minyak yang paling potensial sebagai bahan baku mengingat saat ini Indonesia merupakan produsen CPO terbesar di dunia. Ada berbagai grade CPO yang dapat digunakan sebagai alternative bahan baku yaitu CPO standard (FFA < 5 %), CPO off grade (FFA 5 20 %), Waste CPO (FFA 20 70 %), Palm Fatty Acid Distillate (FFA > 70 %), PKO (Palm Kernel Oil), RBDP Olein RBDP Stearin,2. Minyak kelapa3. Minyak Jarak pagarKelebihan biodiesel sebagai bahan bakar adalah kemampuannya menurunkan emisi kendaraan (antara lain partikulat, SOx, COx, BTX) (BTMP, 2005), memiliki sifat lubrikasi, dan juga merupakan energi yang terbarukan (renewable energy). Adapun reaksinya secara umum dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Reaksi Umum Pembuatan Biodiesel

Reaksi transesterifikasi pada dasarnya merupakan reaksi bolak-balik/reversible sehingga perlu dilakukan beberapa usaha untuk menggeser reaksi ke arah produk, antara lain dengan menggunakan pereaksi dalam jumlah yang melebihi kebutuhan stoikiometri. Dalam hal ini dipilih untuk menggunakan Methanol dalam jumlah berlebih. Hal ini berimplikasi pada diperlukannya peralatan untuk me-recovery methanol yang tidak bereaksi sehingga dapat digunakan kembali sebagai pereaksi. Diagram prosesnya dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 4. Diagram Proses Biodiesel Pilot Plant Kap. 1.5 ton/hari3. PabrikasiProses yang didisain dituangkan dalam bentuk Flow Diagram Process, Equipment Drawing, P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) sehingga dapat dibuat Isometric Drawing/3D Drawing untuk keperluan pabrikasi. Pabrikasi peralatan dilakukan di workshop milik BPPT di Puspiptek Serpong dan memakan waktu 2 bulan. Dalam pabrikasi, pertimbangan pengoperasian dan keperluan perawatan/maintenance harus diperhatikan. Tahap-tahap dalam pabrikasi dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 5. Tahap 1 : Artist Drawing Biodiesel Prototipe Plant Kap. 1.5 ton/hari

Gambar 6. Tahap 2 : Pabrikasi Equipment

Gambar 7. Tahap 3 : Instalasi Equipment dan Piping

Gambar 8. Tahap 4 : Instalasi Menara Distilasi

Gambar 5. Tahap 5 : Penyelesaian

Gambar 6. Biodiesel Pilot Plant Kapasitas 1.5 ton/hari

5. CommissioningUntuk memperoleh proven process pada sebuah plant, perlu dilakukan commissioning sebagai salah satu tahapan engineering. Kegagalan demi kegagalan yang ditemui menjadi pembalajaran dan penyempurnaan dalam proses.Hal-hal yang ditemui dalam commissioning :1. Sulitnya memperoleh bahan baku yang sesuai keinginanSebagai sarana sosialisasi, dilakukan diversifikasi bahan baku supaya biodiesel yang dihasilkan harganya dapat bersaing. Antara lain dengan menggunakan bahan baku CPO Parit, yang cukup sulit didapatkan di Jakarta dengan kualitas yang diinginkan (kualitasnya tidak sebaik apabila bahan ini diambil dari Pabrik Kelapa Sawit). Bahan baku yang telah dicoba antara lain CPO, CPO Parit, CPO kotor, Palm Fatty Acid, dan Coconut Fatty Acid. Sebelum dilakukan proses pada Pilot Plant, bahan baku tersebut harus diuji kadar FFA (Free Fatty Acid), kadar air, dan kadar kotoran. Apabila tidak memenuhi persyaratan, harus dilakukan pre-treatment terlebih dahulu.2. Proses perkenalan dengan equipment pada plant tersebut juga membutuhkan waktu. Meski demikian lama kelamaan karakteristiknya semakin diketahui dan terus dilakukan optimasi.3. Terdapat desain piping yang harus disempurnakan agar tidak menyulitkan dalam maintenance. Modifikasi harus dilakukan untuk mempermudah pengoperasian dan sebagai data bagi perancangan kapasitas yang lebih besar.4. Proses pencucian atau washing merupakan proses yang menentukan diperolehnya hasil yang berkualitas dengan sesedikit mungkin terjadi losses. Kehilangan atau losses ini dapat memperbesar biaya produksi.5. Memperoleh biodiesel yang memenuhi spesifikasi yang disyaratkan. Riset di laboratorium harus kembali dilakukan ketika menemukan kejanggalan atau kekurangan dalam kualitas biodiesel yang dihasilkan.

Gambar 7. Loop Diagram Proses Commisioning Pembuatan Biodiesel

Data hasil pengujian biodiesel yang pernah dihasilkan Engineering Center dapat dilihat pada Tabel 1. Hasil property test biodiesel dari CPONote :1. Property Test dilakukan oleh PT Prolab dan laboratorium Lemigas, Jakarta2. Accetable Value diambil dari Spesifikasi Pertamina untuk Bahan Bakar Solar.

Sifat fisis/karakteristik yang menunjukkan perbedaan bahan baku terlihat pada cetane number, flash point, dan pour point. Sedangkan yang menunjukkan efisiensi proses ditunjukkan oleh viskositas, densitas, kadar air, kadar sedimen, kadar sulphur, dan Total Acid Number (TAN). (Mittelbach, 2004)Viskositas juga menunjukkan jenis bahan baku yang digunakan. Biodiesel yang terbuat dari minyak dengan rantai C yang lebih pendek (misalnya minyak kelapa) dapat menghasilkan viskositas yang lebih rendah. Sifat fisis ini pula yang dapat digunakan secara cepat dalam menentukan konversi reaksi. Karena proses transesterifikasi ini digunakan untuk menurunkan viskositas trigiliserida (untuk CPO, viskositasnya dapat mencapai 36.8-39.6 mm2/s). Apabila biodiesel yang dihasilkan telah mencapai viskositas yang ditentukan dalam standar, maka bisa dikatakan reaksi telah berhasil. Kemudian dilanjutkan ke tahap pemurnian.Densitas dapat juga menentukan kualitas biodiesel, dan berhubungan dengan kadar sedimen, kadar air, serta kadar abu. Sifat-sifat ini erat kaitannya dengan kualitas proses pemurnian biodiesel. Kadar sulfur dibatasi untuk meyakinkan tidak adanya katalis yang terikut (jika menggunakan katalis asam), yang turut menandakan sukses tidaknya proses pemurnian.Strong Acid Number (SAN) menunjukkan jumlah KOH yang dibutuhkan untuk mencapai pH 4. Spesifikasi menunjukkan Nil maksudnya dalam biodiesel tidak boleh terkandung asam-asam kuat yang diindikasikan dengan pH 4. (NREL, 2004). Spesifikasi ini dapat juga menjadi indicator sukses tidaknya proses pemurnian biodiesel dari asam-asam kuat yang terlibat dalam reaksi.Sedangkan Total Acid Number (TAN) menunjukkan berapa KOH yang dibutuhkan untuk menetralisasi sample biodiesel (sampai pH 7). (NREL, 2004) Spesifikasi ini menunjukkan jumlah asam-asam lemah yang masih terkandung dalam biodiesel, dalam hal ini fatty acid. Angka yang tercantum dalam spesifikasi ini merupakan salah satu tolok ukur sukses tidaknya reaksi dan pemurnian biodiesel.5. Production CostDari proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan Pilot plant tersebut, dilakukan perhitungan production cost atau biaya produksi. Adapun komponen production cost tersebut adalah bahan baku utama (minyak/lemak), methanol, katalis, utilitas (air, steam, listrik), dan operator. Dari optimasi proses diperoleh biaya produksi Biodiesel berkisar pada Rp 1.057/liter hingga Rp 1.500/liter, di luar harga minyak/CPO.Harga biaya produksi ini masih tinggi. Hal ini karena kapasitas pabrik yang kecil dan sistem proses batch yang menyebabkan timbulnya losses lebih banyak daripada proses kontinyu.6. KesimpulanDari uraian di atas dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :1. Desain dalam piping yang optimum pada Biodeisel Plant berpengaruh dalam tercapainya Biodiesel kualitas standar, kemudahan pengoperasian, serta maintenance.2. Kualitas bahan baku mempengaruhi tingkat kesulitan dalam memperoleh Biodisel kualitas standar3. Proses washing merupakan proses yang menentukan dalam memperoleh Biodiesel kualitas standar4. Harga bahan baku mengambil persentase yang tinggi dalam komponen biaya produksi5. Dari optimasi proses, telah diperoleh Biodiesel kualitas standar dengan spesifikasi viskositas 4.8 mm2/s, densitas 0.87 gr/cm3, TAN 0.46 mgKOH/g, sediment content 0.009 % vol, dan water content