PERANCANGAN CST SEBAGAI SALAH SATU BAGIAN PROSES PEMURNIAN CRUDE OIL

Untuk mengambil crude oil  dari daging buah semaksimal mungkin haruslah melalui tahapan-tahapan  proses yang sesuai. Mulai dari perebusan, pemecahan daging buah,  ekstraksi minyak secara mekanis (screw press) dan tahap akhir pemurnian minyak. Pemurnian minyak disini yang akan dibahas hanya proses pada CST (Continuous Settling Tank) saja. Adapun pemurnian minyak  dimaksudkan adalah pemurnian dari cairan-cairan bukan minyak dan non-fat (bahan-bahan bukan lemak terdiri a.l : serat-serat, sisa” sel dan bahan” lain yang dapat larut. 

Mengingat proses pengendapan di CST hanyalah merupakan salah satu tahapan untuk memperoleh minyak sawit maka alangkah lebih baiknya sebelum kita membahas proses yang terjadi didalam CST terlebih dahulu kita mundur ketahapan proses awal untuk mengupas material daging buah secara mendetail.

I. PEREBUSAN

Disini perebusan mempunyai tujuan a.l :

1. Menghentikan perkembangan ALB
2. Memudahkan penebahan (stripping)
3. Penyempurnaan pengolahan inti sawit
4. Penyempurnaan dalam pengolahan crude oil

Untuk proses pengendapan di CST maka seterusnya kita membahas poin ke-4 saja yaitu ‘penyempurnaan dalam pengolahan crude oil’ disini dimaksudkan adalah mempercepat peguraian daging buah (bercerai-berainya ikatan” antar sel” dari daging buah). 

Daging buah (pericarp) terdiri dari 3 komponen :

- sel-sel yang mengandung minyak, mempunyai dinding-dinding yang tipis dan boleh dikatakan terisi sepenuhnya oleh minyak yang berbentuk bintik

- serabut, yang tersusun memanjang dari pangkal kearah ujung buah (melingkungi/menjelujuri daging buah)

- bahan pengikat (semen), yang mempunyai sifat seperti pektin mengikat sel-sel antara sesamanya dan kepada serabut sehingga terbentuk suatu ikatan/jalinan = daging buah

Analoginya adalah ’BETON BERTULANG’ :

-  kerikil (sel-sel yang mengandung minyak)

- kerangka besi beton  (serabut)

- semen / specie (bahan pengikat)

Proses percepatan penguraian daging buah (kalau dianalogikan pada ’beton bertulang’ yaitu pemisahan antar kerikil, kerangka besi beton dan  semen) akan lebih mudah dicapai pada  daging buah yang dicelupkan kedalam air panas daripada daging buah segar. Berikut cukilan uji laboratorium yang dilakukan :

1. Suatu potongan/irisan yang tidak terlalu tipis, dari buah yang matang dan masih segar, yang dicelupkan kedalam air dingin, tidak akan mengalami perubahan apapun.
2. Irisan (seperti tersebut dalam poin a. diatas), setelah dicelupkan beberapa saat kedalam air panas ( 90º - 100º C) akan terurai. Ikatan” antara sel” terputus dan sel” atau gugusan sel” bercerai berai kedalam air dalam keadaan utuh (seperti semula) dengan bintik minyak didalamnya.
3. Jika percobaan b. dilakukan dengan irisan daging buah yang telah terebus maka hasilnya akan sama tetapi penguraian daging buah akan lebih cepat terjadi.
4. Pada serabut yang dicabut dari dalam daging buah  matang yang segar akan terdapat sel” yang mengandung minyak, yang melihat padanya dan yang tidak dapat dilepaskan dari serabut itu dengan mencelupkannya kedalam air dingain.
5. Sel” tersebut diatas akan melepas dari serabut jika dilakukan pencelupan kedalam air panas.

II. PEMECAHAN DAGING BUAH

Pemecahan daging buah dilakukan dengan menggunakan ketel pengaduk (digester). Untuk pengertian praktis dibutuhkan pengertian” mengenai hal-hal  yang terjadi selama pengadukan yaitu :

- perusakan dari sel” minyak

- pengeluaran minyak dari ketel pengaduk

- pendidihan isi dari ketel pengaduk

- pengisian ketel pengaduk dan pengaruhnya terhadap efek pengadukan

II.1. Perusakan Dari Sel” Minyak

Karena gesekan” yang timbul pada waktu pengadukan maka dinding sel (daging buah) yang mengandung minyak, terkoyak-koyak/rusak, sehingga minyak ( = bintik” minyak) akan keluar dengan sendirinya atau sekurang-kurangnya dapat dengan mudah sekali dikeluarkan dari dalam sel.    

Jika minyak yang membebaskan diri dari dalam sel” nya, selama pengadukan, tidak dialirkan keluar dari dalam ketel pengaduk, maka massa yang sedang diaduk seakan-akan dilumas yang berakibat menurunnya efek pengadukan yaitu : perusakan-perusakan dinding sel.

Jika dari sampah pengempaan diteliti sel” minyaknya dibawah mikroskop maka akan dapat dilihat bahwa sel” minyak itu sudah kehilangan sebagian terbesar dari minyaknya : hanya beberapa pada sel” yang rusak masih terdapat sedikit sisa” minyak berbentuk bintik”.

Tetapi seandainyapun minyak dapat dibebaskan karena sel” dapat dipecahkan dengan pengempaan pada tekanan tinggi minyak akan lebih sukar keluar dari masa yang telah menjadi kompak/ketat, karena tekanan pengempaan yang lebih tinggi, sehingga akhirnya minyak dapat dibebaskan dari dalam sel”nya tetapi tidak dapat diperoleh ataupun kerugian minyak didalam sampah pressan tetap tinggi.

II.2. Pengeluaran Minyak Dari Dalam Ketel Pengaduk.

Kecuali menurunnya efek pengadukan , seperti dijelaskan diatas maka minyak ’bebas’ yang tidak dikeluarkan dari dalam ketel pengaduk akan membentuk emulsi dengan unsur” lain yang terkandung didalam minyak kasar itu. Minyak kasar terbentuk dari unsur” :

1. Non-fat = bahan” bukan lemak, terdiri a.l  dari serat”, sisa” sel dan bahan” lain yang dapat larut.
2. Cairan” bukan minyak
3. Emulsi cairan bukan minyak dengan minyak
4. Emulsi minyak dengan cairan bukan minyak
5. Minyak

Terutama untuk emulsi 3. dan 4. adalah cairan” yang tinggi sekali viskositasnya dan dihasilkan oleh pengempaan pada tekanan tinggi.

Untuk menurunkan viskositas dapat ditempuh cara” :

1. Menambahkan air (panas) kedalam ketel pengaduk tetapi hasilnya tidak memuaskan, malahan merugikan karena : efek pengadukan akan sangant menurun, daging buah akan ”tercuci” sehingga sel” tidak terpecah tetapi dengan kandungan minyak didalamnya, akan ikut terbuang dengan lumpur  =  meningkatnya kerugian minyak didalam lumpur.
2. Penambahan air (panas) pada minyak kasar yang kluar dari pengempaan akan hanya memperbanyak substansi yang mempersukar pemurnian : air yang ditambahkan akan hanya diikat/di absorbir  secara kollodial pula pada emulsi” yang telah ada didalam minya kasar. Untuk memperoleh pengenceran yang dikehendaki diperlukan penambahan air (panas) yang tidak sedikit, yang akibatnya meekan kapasitas bagian pemurnian minyak.
3. Oleh karena hal tersebut diatas maka cara yang paling aman adalah memanaskan isi ketel pengaduk tanpa penambahan air. Pemanasan dilakukan melalui dinding ketel pengaduk dengan stoom-mantel (jacketing). Suhu 100^oC adalah terbukti memberikan hasil optimal. Jika suhu terlalu tinggi maka akan terjadi pendidihan didalam ketel pengaduk.

II.3. Pendidihan Isi Dari Ketel Pengaduk

Meskipun minyak ’bebas’ didalam pengadukan telah dialirkan keluar dari dalam ketel pengaduk tetapi tetap masih akan terdapat sisa” cairan yang karena pendidihan membentuk gelembung yang timbul bergerak kearah atas sambil membawa sisa cairan” yang mengendap dibagian bawah dari ketel pengaduk, sehingga masa yang sudah menjadi lebih kesat akan dilumas kembali. Hal ini merugikan efek pengadukan.

Kecuali yang tersebut diatas itu maka gelembung” pendidihan yang selaput tipisnya mengandung minyak, yang semula sudah berhimpun akan terpencar / terbagi” kembali dalam bintik” minyak yang sangat halus = terjadi emulsi.

 II.4. Pengisian Ketel Pengaduk

Untuk mencapai hasil pengadukan yang baik maka pengadukan harus dilakukan pada ketel pengaduk yang terisi penuh. Jika ketel pengaduk terisi penuh maka tekanan yang ditimbulkan oleh beban berat isian itu sendiri mempertinggi gaya” geseran yang diperluakn untuk memperoleh hasil pengadukan yang optimal.

Sehingga tujuan utama dari pengadukan sendiri yaitu mempersiapkan daging buah untuk pengempaan sehingga minyak dengan mudah dapat dipisahan dari daging buah dengan kerugian” yang sekecil-kecilnya dapat dicapai.

III. PENGEMPAAN (Screw Press)

Pengempaan bertujuan untuk mengeluarkan minyak dari bubur buah yang telah diaduk. Sel” minyak mentah yang keluar dari pressan becampur dengan molekul” air. Campuran ini dibedakan atas 2 golongan :

1. Campuran minyak bebas.

Campuran ini bisa dikatakan  tidak mempunyai affinitas (daya ikat) apapun dengan air yang mengelilinginya ataupun yang tercampur dengannya. Campuran air dan minyak tidak terbagi terlalu halus sehingga dengan cepat dan mudah   kedua unsur itu dapat dipisahkan  Minyak ini diperoleh saat :

- berasal dari minyak yang telah terbebas dari daging buah didaam bejana pemanas sebelum pengempaan

-   hasil pengempaan dengan tekanan rendah, yaitu pada tahap permulaan dari pengempaan

2. Campuran homogen

Campuran homogen antar butir” air dan minyak yang terbagi sangat halus. Dalam hal demikian kedua unsur merupakan emulsi yang sangat stabil. Campuran semacam ini terutama berasal dari tahap terakhir dari pengempaan pada tekanan tinggi.

Pada tahap terakhir itu sisa” zat cair didalm ampas ditekan dan dipaksakan mencari jalan keluar melalui celah” kecil dalam ampas pengempaan, sehingga terpecah/terurai menjadi butir” molekuler : minyak seakan-akan terhomogeniser didalam lingkungan air.

IV. CONTINUOUS SETTLING TANK

Emulsi merupakan campuran antara minyak dan air yang jika diletakkan didalam tangki dia merupkan lapisan (layer). Emulsi lapisan jika dipandang dari ikatan molekulnya dibagi atas 2 yaitu :

1.  Emulsi air/minyak

Emulsi semacam ini boleh dikatakan tidak berarti didalam pemurnian minyak di PKS asalkan dapat dijamin viskositas yang layak ( pada suhu 80^o -100^oC).

2.  Emulsi minyak/air

Jika des-integrasi minyak  didalam air sedemikian jauhnya sehingga sehingga terjadi homogenisasi maka diperoleh suatu emulsi yang stabil. Selain itu emulsi yang stabil juga dapat disebabkan berkat adanya emulgator yang aktif. Emulgator = asam lemak, zat” lendir dan serat” halus serta sisa” sel.

Minyak” kasar yang datang dari pressan terdiri dari terdiri dari butir” minyak yang memiliki berbagai ukuran didalam lingkungan air. Butir” minyak itu menunjukan gerakan kepermukaan. Jika medium pemisah antara butir” itu hilang maka terjadi penggabungan butir” yang lebih besar dan dengan demikian gerakan kepermukaan menjadi lebih dipercepat.

Gerak keatas dan penggabungan butir menjadi butir” besar adalah gerak kearah keseimbangan sehingga akhirnya terjadi lapisan minyak disebelah atas dan lapisan air dibawahnya.

Mula” pemisahan kedua lapisan itu tidak jelas (kabur)  : butir” kecil air didalam lapisan minyak dan butir” kecil minyak dalam lingkungan air. Butir” air akan dapat mengendap masuk kedalam lingkungan air jika lapisan minyak cukup encer (BD air > BD minyak).

Butir” halus minyak lambat sekali bergerak keatas dan sebagian akan tetap berbentuk butir” halus sekali dan melayang didalam lingkungan air. Emulgator” dengan  muatan listriknya mencegah ataupun memperlambat penggabungan butir” halus minyak itu. Butir” halus yang bermuatan listrik merupakan emulsi yang stabil. 

Pemisahan minyak dari minyak kasar didalam tangki CST berlangsung karena pengendapan bagian yang kotor dan pemisahan minyak dilapisan atas.

Resultan gaya vertikal dapat ditulis dengan persamaan :

Pada awalnya gerak ini adalah gerak yang dipercepat ( F  =  m . a ) yang kemudian menjadi gerak beraturan ( S  = v . t ), karena pengaruh geseran yang dialami butir” minyak didalam geraknya  didalam zat dispersie (air).

dimana :

μ   =   viskositas dinamis, dinyatakan dalam POISE

v   =   kecepatan beraturan dari butiran minyak

d   =   diameter butiran minyak

Sehingga persamaan (i) diatas dapat ditulis sbb :

Karena kecepatan gerak butir minyak adalah relatif lebih kecil maka dibayangkan bahwa butir minyak dalam geraknya tetap diselubungi oleh suatu selaput dari zat dispersie ( = air)sehingga dapat dikatakan bahwa geseran yang terjadi dalam gerak itu adalah geseran dari zat dispersie.

Dari persamaan (ii) diketahui bahwa kecepatan pemisahan butiran minyak dipengaruhi oleh vikositas. Semakin besar viskositas maka kecepatan pemisahan semakin lambat.

Viskositas sendiri dipengaruhi oleh temperatur dan konsentrasi zat dispersie.

Berikut dapat dilihat tabel hubungan antar konsentrasi dan temperatur zat  terhadap nilai viskositas.

Agar lebih mudah membandingkannya dengan aplikasi lapangan, kita akan ambil 2 kondisi perhitungan dengan asumsi :

- % N.O.S adalah konstant, dengan asumsi = 5 %

- ketinggian emulsi  = h = sama = 100 cm

- diameter butiran minyak = 0,04 mm

- akan dicelupkan satu butiran minyak dengan BD = 0,9

Kondisi I,  :

Temperatur  = 60^oC, sehingga didapati nilai viskositas  μ = 0,083 poise

 Kondisi II, :

Temperatur  = 90^oC, sehingga didapati nilai viskositas  μ = 0,053 poise

Sehingga lamanya waktu minyak naik keatas selama :

t₁  =  h /  v₁

t₁ =  100 / 1,0506 . 10^-2

t₁  =  9.518 detik  =  2,64 jam

Sehingga lamanya waktu minyak naik keatas selama :

t₂ =  h /  v₂

t₂  =  100 / 1,645 . 10^-2

t₂  =  6.097 detik  =  1,7 jam (waktunya lebih cepat dibanding t₁ )

Dari rumusan diatas dapat diambil kesimpulan, lamanya waktu pemisahan  campuran dari 2 unsur  (air dan minyak) dengan pengendapan adalah tergantung dari  :

1. Tingginya lapisan campuran =  h
2. Desintegrasi dari minyak  =  d
3. Selisih berat jenis (  ρ₂ -  ρ₁ )
4. Viskositas dari cairan

1. Tingginya Lapisan Cairan  =   h

Jika kita lihat gambar layout  2 dimensi dari tanki CST  dibawah, ini merupakan salah satu tanki CST yang dipasang di  PKS Bah Jambi. Tanki ini mempunyai diameter 4280 mm dan ketinggian 6000 mm dengan kapasitas tampung crude oil 90 m³.

Tingginya lapisan cairan emulsi = h, dari perhitungan diatas diasumsikan setinggi 1 meter.

Timbul pertanyaan, alangkah lebih baik tanki CST dibuat lebih gemuk sehingga tinggi layer emulsi dapat lebih kecil, dan tentunya dengan semakin tipis ’h’ maka lama waktu pemisahan butiran minyak dengan air akan bertambah cepat.

Untuk pemisalan diatas, secara logis dan pembuktian dilapangan memang benar, tetapi kita terlebih dahulu harus menyesuaikannya dengan kapasitas crude oil kita yang masuk ketangki CST.

Untuk kapasitas PKS 30 ton/jam akan dihasilkan CPO sebanyak 6,9 ton/jam (asumsi rendement 23%). Sehingga ketebalan minyak diatas permukaan tangki untuk waktu satu jam dengan diameter 4280 mm adalah setinggi :

Kondisi pengutipan minyak dengan skimmer sangat baik sekali, karena diharapkan CPO keluar dari skimmer mempunyai kadar air = 0,6 – 0,8 % dan kadar kotoran = 0,3 – 0,4%

Jika diameter tanki CST dibuat 5500 mm, maka :

Kondisi pengutipan minyak dengan skimmer agak sedikit riskan, jika CPO keluar dari skimmer mempunyai kadar air > 0,8 % dan kadar kotoran > 0,4% maka beban dari Oil Purifier dan beban dari Vacuum Dryer tentunya akan bertambah.

Dari analisa perhitungan diatas, rancangan diameter tanki CST dengan diameter 4280 sangat aman sekali jika dipandang dari sisi pengutipan ketebalan minyak, walaupun efeknya ketinggian emulsi agak lebih tinggi sedikit.

 2. Desintegrasi dari minyak  =  d

Desain dari tanki CST dalam hal ini tidak dapat membantu menurunkan nilai ‘d’, karena desinteggrasi (’d’  yang sangat kecil) didapati akibat tekanan diujung kempa yang terlalu tinggi. Dalam hal ini CST dirancang minimal hanya mempertahankan nilai” diameter molekul yang kecil bukan malah memperbanyak molekul yang kecil. Hal ini dilakukan dengan menambah balance tank sebelum masuk ke CST dan payung diujung keluaran pipa masuk ke tanki, sehingga volume cairan yang masuk sealu konsatan dan tidak memberikan aliran yang turbulent. 

3. Selisih Berat Jenis

Dalam hal ini nilai selisih berat jenis adalah konstan, tidak dapat diubah dengan merubah rancangan CST

4. Viskositas dari Cairan

Dari persamaan (ii) diatas telah kita buktikan bersama bahwa menjaga temperatur kerja CST diatas 90^oC adalah hal yang mutlak pada peralatan ini sehingga didapati waktu pemisahan molekul minyak yang cepat     +/-   1,7 jam.

Tetapi disatu sisi jangan mencapai titik didih (100^oC) karena akan memberikan efek gelembung, yang malah akan menambah desintegrasi minyak.

Untuk menjaga temperatur sesuai dengan yang diinginkan, tanki CST dilengkapi dengan pipa injeksi langsung pada bagian bawah (bottom) dan pipa coil pemanas dibagian tengah, sehingga  pemanaan cairan dapat lebih homogen.