Laporan Tugas Khusus [PDF]

Citation preview

LAPORAN TUGAS KHUSUS MENGHITUNG NERACA MASSA DAN NERACA PANAS DI UNIT KILN PT INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA Tbk. CITEUREUP ̶ BOGOR PLANT 8



Disusun Oleh : Tommy Indra Kurniawan I 0516042



PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2018



BAB I PENDAHULUAN



I.1 Latar Belakang Perkembangan industri semen di Indonesia terus mengalami peningkatan setiap tahunnya seiring dengan semakin banyaknya permintaan. Terutama saat ini, Indonesia sedang gencar melakukan pembangunan di berbagai sektor. Sehingga industri semen merupakan salah satu industri yang memegang peranan penting dalam pembangunan bangsa. Dan faktor bahan baku yang melimpah di beberapa wilayah di Indonesia menjadi salah satu pemicu bagi industri - industri semen untuk meningkatkan kinerja dan performa demi menghasilkan semen yang berkualitas. PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. sebagai produsen semen terbesar di Indonesia memiliki beberapa unit operasi dalam proses produksi semen. Unit operasi tersebut meliputi: unit penambangan dan penyediaan bahan baku (mining unit), unit pengeringan dan penggilingan bahan baku (raw mill unit), unit pembakaran tepung baku dan pendinginan clinker (burning unit), unit penggilingan akhir (finish mill unit), unit pengantongan semen (packing unit), serta unit pengeringan dan penggilingan batu bara (coal mill unit). Keseluruhan unit tersebut saling berhubungan satu sama lain, namun evaluasi kinerja setiap unit dapat dilakukan secara terpisah. Unit pembakaran tepung baku dan pendinginan clinker (burning unit) dalam pembuatan semen terdiri dari Suspension Preheater (SP), Rotary Kiln, dan Grate Cooler yang merupakan unit yang paling penting karena di unit inilah terjadi proses pembentukan clinker. Perhitungan efisiensi perlu dilakukan secara berkala, jika terjadi penurunan efisiensi dari alat maka dapat segera dicari penyelesaiannya sehingga dapat menghemat sumber energi. Perhitungan efisiensi panas pada kiln dapat dilakukan dalam dua tahap, yaitu perhitungan dengan neraca massa dan perhitungan dengan neraca panas. Perhitungan neraca massa diperlukan untuk perhitungan neraca panas. Dari perhitungan neraca panas dapat diketahui efisiensi panas dari kiln yang diperlukan untuk mendukung pengoptimalan kinerja kiln.



I.2 Perumusan Masalah Tugas khusus ini membahas perhitungan neraca massa pada unit kiln yang meliputi Suspension Preheater, Kiln, serta Grate Cooler. Selain itu, membahas perhitungan efisiensi panas yang dihitung dengan membandingkan panas yang digunakan dalam proses dengan panas yang disediakan di sistem. Dari perhitungan efisiensi panas dapat diketahui pula besarnya heat loss selama proses berlangsung. Perhitungan efisiensi panas didapat dari perhitungan neraca panas dalam unit kiln berdasarkan neraca massa yang telah terhitung. Berdasarkan neraca panas dapat digunakan pula untuk menghitung efisiensi pembakaran dalam unit kiln. I.3 Tujuan Tujuan dari tugas khusus ini adalah : 1. Untuk mengetahui perhitungan neraca massa pada unit kiln. 2. Untuk mengetahui neraca panas pada unit kiln. 3. Untuk mengetahui efisiensi massa dan panas yang dihasilkan pada unit kiln. 4. Untuk mengetahui panas yang hilang pada unit kiln selama proses berlangsung. I.4 Manfaat Dengan mengetahui efisiensi di kiln maka dapat diambil suatu tindakan yang tepat supaya efisiensi yang ada tidak terus menurun, sehingga panas yang disediakan untuk jumlah produk yang sama lebih efisien. Efisiensi panas kiln merupakan parameter baik atau tidaknya pengoperasian kiln tersebut.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



II.1 Sistem Pembuatan Clinker Proses pembuatan clinker dalam pabrik semen dibagi dalam tiga tahap, yaitu: 1. Penyiapan bahan baku 2. Pembakaran raw meal (pembentukan clinker) 3. Pendinginan clinker Tahap penyiapan bahan baku bertujuan menghomogenkan campuran bahan baku yang sudah dihalusan, sehingga diharapkan tidak akan terjadi : 1. Coating tidak stabil 2. Kualitas semen yang dihasilkan tidak seragam 3. Umur batu tahan api rendah 4. Pemakaian bahan bakar yang terlalu banyak Proses penyiapan bahan baku dilakukan di dalam homogenizing silo dengan menggunakan udara bertekanan, sehingga dihasilkan campuran yang homogen (raw meal). Pembakaran raw meal dilakukan di dalam suspension preheater (SP) dan rotary kiln. Di dalam SP, raw meal mengalami proses pemanasan, penguapan dan kalsinasi awal. SP terdiri dari cyclone - cyclone yang disusun secara bertingkat sehingga kontak antara material dan udara panas akan berlangsung lebih lama. Di dalam SP terjadi reaksi sebagai berikut : a.



Proses penguapan air bebas Terjadi pada suhu 100 – 110ºC Reaksi : H2O(I)



b.



H2O(g)



Pelepasan air kristal dari tanah liat Air kristal akan menguap pada suhu 450 – 800ºC. Pelepasan air kristal terjadi pada kristal hidrat dari tanah liat. Reaksi : Al2O3.2SiO2.2H2O(s)



Al2O3.2SiO2 + 2H2O



c.



Penguraian MgCO3 dan CaCO3 Terjadi pada suhu 710 – 900ºC Reaksi : MgCO3



MgO(s) + CO2



CaCO3



CaO(s) + CO2(g)



Di dalam rotary kiln, raw meal dari SP mengalami proses kalsinasi lanjutan dan pembentukan clinker (C2S, C3S, C3A, dan C4AF). Reaksi yang terjadi dalam Rotary Kiln sampai terbentuk klinker : a.



Reaksi kalsinasi lanjut dari CaCO3 dan MgCO3, pada suhu 700 – 900ºC Reaksi : CaCO3 MgCO3



b.



CaO + CO2 MgO + CO2



Reaksi pembentukan senyawa C2S (Dikalsium Silikat) pada suhu 900 – 1250ºC Reaksi : 2CaO + SiO2



c.



2CaO.SiO2



Reaksi pembentukan senyawa C3A (Trikalsium Aluminat) dan C4AF (Tetra Kalsium Aluminat Ferat), pada suhu 900 – 1300ºC Reaksi : CaO + Al2O3 2CaO + CaO.Al2O3



CaO.Al2O3 3CaO.Al2O3



CaO + 2CaO.Fe2O3 + CaO.Al2O3 d.



4CaO.Al2O3.Fe2O3



Reaksi pembentukan senyawa C3S (Trikalsium Silikat) suhu 1250 – 1450ºC Reaksi : CaO + 2CaO.SiO2



3CaO.SiO2



Material dari rotary kiln kemudian dimasukkan ke dalam grate cooler untuk didinginkan. Pendinginan dilakukan secara mendadak dengan menghembuskan udara dari lingkungan melalui cooling fan. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan butiran kristal yang amorf sehingga bersifat rapuh dan mudah dihancurkan atau digiling untuk mendapatkan semen dengan ukuran ± 325 mesh. II.2. Kesetimbangan Massa Sistem Neraca massa mempunyai arti yang penting di dalam suatu industri kimia, karena merupakan salah satu dasar pokok dalam perhitungan satuan operasi dan satuan proses. Semua perhitungan didasarkan pada hukum kekekalan massa. Dalam neraca massa, dihitung seluruh massa yang masuk dan keluar selama operasi. Massa masuk sistem = Massa keluar sistem + Akumulasi



Untuk menghitung neraca massa, dari data-data yang didapat dihitung neraca massa masuk dan neraca massa keluar dengan basis satu jam operasi. Antara neraca massa masuk dan neraca massa keluar harus dalam keadaan seimbang, dalam arti neraca massa masuk sama dengan neraca massa keluar, karena perhitungan inilah yang kemudian akan digunakan untuk menghitung neraca panas. II.3 Neraca Panas Neraca panas merupakan perhitungan panas yang masuk dan yang dihasilkan dalam suatu proses dengan panas yang dibawa keluar dan yang dipakai. Di dalam kiln, panas yang dihasilkan berasal dari panas pembakaran batu bara dengan udara yang diharapkan sampai pada suhu pembentukan clinker (13501450ºC). Suhu pembentukan clinker mempunyai arti penting dalam operasi karena jika suhu terlalu rendah, maka clinker yang dihasilkan kurang matang sehingga menurunkan mutu semen, sedangkan jika suhu terlalu tinggi maka clinker yang dihasilkan terlalu keras sehingga sulit digiling dan boros bahan bakar. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pembakaran dalam kiln : 1.



Komposisi umpan Bila umpan (tepung baku) mempunyai komposisi kimia yang baik yakni sesuai batasan modulus - modulus semen dan merata (homogen) maka proses pembakarannya akan berjalan dengan sempurna. Sebaliknya bila komposisi tepung kurang homogen akan berakibat proses pembakaran kurang sempurna.



2.



Kadar air Bila kadar air yang terkandung dalam tepung baku terlalu besar maka panas yang digunakan untuk air akan lebih besar.



3.



Panjang pendeknya api Teknik pembakaran merupakan hal yang sangat berpengaruh dalam proses pembakaran dalam kiln, seperti panjang pendeknya api yang diatur dalam CCP akan mempengaruhi proses pembakaran di dalam kiln. Bila api terlalu panjang, maka cooling zone dalam kiln akan panjang dan mengakibatkan C3S akan terdekomposisi kembali menjadi C2S dan free lime sehingga clinker akan kehilangan ketahanannya. Demikian pula bila api terlalu terlalu pendek maka pembakaran dalam kiln tidak sempurna diakibatkan oleh bergesernya zona



transisi ke arah zona pembakaran dan material yang tidak terkalsinasi mencapai zona pembakaran, coating akan menurun, clinker liter weight gagal dan clinker menjadi berdebu menjadi serbuk karena hilangnya fase lelehan. Api yang baik adalah yang kuat dan pendek (short and strong). 4.



Komposisi bahan bakar Komposisi kimia bahan bakar akan menentukan proses pembakaran di kiln dan hasil clinker. Batubara sangat mempengaruhi kualitas clinker seperti kandungan ash didalamnya. Ash tersusun dari beberapa senyawa yang didalamnya juga terkandung unsur-unsur pembentuk clinker seperti alumina dan silika. Adanya ash dalam batubara menyebabkan perubahan komposisi clinker yang dihasilkan. Jika nilainya tidak dimasukkan dalam perhitungan dalam silica ratio atau alumina ratio, maka viskositas leburan akan naik sehingga kualitas clinker akan turun. Variabel yang berpengaruh dalam perhitungan neraca panas di antaranya,



panas reaksi, panas laten, panas sensibel, massa, tekanan, dan temperatur. Temperatur merupakan ukuran sifat panas atau sifat dingin suatu material. Panas akan mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Panas merupakan ukuran energi kinetik total partikel dalam material. Sedangkan temperatur merupakan ukuran energi kinetik rata-rata. Beberapa istilah yang digunakan dalam penyusunan neraca panas adalah sebagai berikut: Qs



=



m. Cv. dT (pada volume tetap)



(2.1)



Qs



=



m. Cp. dT (pada tekanan tetap)



(2.2)



Qs



=



𝑛 ∫𝑇



𝑇 𝑟𝑒𝑓



Qlaten penguapan



=



Qkonveksi



=



Qkonduksi



=



n × Lv h x A x ∆T



∆T 𝑟 𝐴.ln⁡(𝑟0 ) 1 2.𝜋.𝑘.𝐻



dengan : Qs



: panas sensibel (kkal)



m



: massa material (kg)



𝐶𝑝 . 𝑑𝑇 (panas sensibel)



(2.3) (2.4) (2.5) (2.6)



n



: mol material (kmol)



Cv



: kapasitas panas pada volume tetap (kkal/ kg°C)



Cp



: kapasitas panas pada tekanan tetap (kkal/ kg°C)



dT



: perubahan temperatur (°C)



T



: teperatur (°C)



Tref



: temperatur referensi (°C)



Lv



: kalor penguapan (kkal/kg)



k



: konstanta konduksi termal (W/m. °C)



h



: konstanta konveksi termal (W/m. °C) Untuk mencari panas dari suatu bahan dengan kandungan material



campuran dapat menggunakan persamaan berikut: 𝑄 = 𝑚 × 𝐶𝑝 × ∆𝑇



(2.7)



Neraca panas menyatakan besarnya panas yang disediakan sistem dan yang digunakan sistem, maka akan dapat diketahui besarnya panas yang hilang dari sistem tersebut. Panas yang hilang dari sistem ini disebut dengan heat loss. 𝐻𝑒𝑎𝑡⁡𝐿𝑜𝑠𝑠 = panas⁡input − panas⁡output



(2.8)



Selain itu dari neraca panas juga dapat digunakan untuk mengetahui performa suatu sistem operasi peralatan dengan menghitung efisiensi panas yang dikonsumsi sistem tersebut, seperti berikut: Efisiensi =



Panas⁡output Panas⁡input



(2.9)



BAB III METODOLOGI



III.1 Pengumpulan Data III.1.1 Data dari Lapangan Data-data lapangan yang digunakan diperoleh dari Central Control Panel (CCP) PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. Citeureup ̶ Bogor Plant 8 dan Quality Control Department (QC). Pengambilan data unit kiln dilakukan pada tanggal 20 Februari 2019. Dalam penyusunan neraca massa diperlukan data sebagai berikut : a.



Jenis arus



b.



Massa arus material



c.



Laju alir volumetrik udara



d.



Densitas udara



Sedangkan untuk penyusunan neraca panas diperlukan data sebagai berikut : a.



Suhu material



b.



Suhu udara lingkungan dan gas-gas



c.



Suhu dinding cyclone, rotary kiln, dan grate cooler



d.



Luas area dinding cyclone, rotary kiln, dan grate cooler



III.1.2 Data dari Pustaka Sumber pustaka yang digunakan adalah: a. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook ed 8th (Perry, 1997) untuk data kapasitas panas komponen (Cp) dan berat molekul (BM) Tabel III.1 Kapasitas Panas Komponen 𝑇2



Komponen



BM



∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇



Satuan



𝑇1



MgCO3 MgO CaCO3 CaO SiO2 Al2O3



84,3 40,31 100 56 60 102



16.9 10,86+0,001197T-208700T-2 19,68+0,01189T-307600T-2 10+0,008971T-241200T-2 10,87+0,008712T-241200T-2 22,08+0,008971T-522500T-2



kal/mol.K kal/mol.K kal/mol.K kal/mol.K kal/mol.K kal/mol.K



𝑇2



Komponen



∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇



BM



Satuan



𝑇1



Fe2O3 SO3 O2 N2 H2O(g)



159,7 80 32 28 18



H2O(l)



18



CO2 44 SO2 64 III.2 Cara Pengolahan Data



24,27+0,01604T-423400T-2 (8,06+0,001056T-202800T-2).R 8,27+0,000258T-187700T-2 6,5+0,001T 8,22+0,00015T-0,00000134T-2 276370-2090,10T+8,125T20,014116T3+0,0000093701T4 10,34+0,00274T-195500T-2 7,70+0,00530T-0,00000083T-2



kal/mol.K kal/kmol kal/mol.K kal/mol.K kal/mol.K J/mol.K kal/mol.K kal/mol.K



Data-data yang sudah ada digunakan untuk menghitung neraca massa dan neraca panas. Tahap pengolahan data, sebagai berikut: 1.



Pengolahan neraca massa a. Menentukan material yang masuk dan keluar sistem kiln b. Menghitung gas-gas yang dihasilkan dari sistem kiln, yaitu gas dari hasil kalsinasi dan pembakaran batubara c. Menghitung gas-gas yang dihasilkan dari kiln yang di masukkan ke dalam Suspension Preheater. Gas-gas tersebut berasal dari hasil kalsinasi lanjutan dan pembakaran batubara di dalam kiln.



2. Pengolahan neraca panas a. Menghitung panas yang dibawa material yang masuk dan keluar ke dalam sistem kiln. b. Menghitung panas yang dibawa gas-gas dan udara yang masuk dan keluar dari sistem kiln. c. Menghitung panas konveksi dan konduksi yang hilang melalui dindingdinding cyclone dan rotary kiln. d. Menghitung panas yang hilang pada grate cooler. Selanjutnya, dapat menghitung : Efisiensi panas = % Heat Loss =



Panas⁡reaksi Panas⁡masuk



x 100%



𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ⁡𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑦𝑎𝑛𝑔⁡ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑦𝑎𝑛𝑔⁡𝑑𝑖𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎𝑘𝑎𝑛



x 100%



Heat Recovery



=



𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑒𝑙⁡𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑎𝑟𝑦⁡𝑎𝑖𝑟+𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑒𝑙⁡𝑡𝑒𝑟𝑡𝑖𝑎𝑟𝑦⁡𝑎𝑖𝑟 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑒𝑙⁡𝑘𝑙𝑖𝑛𝑘𝑒𝑟⁡𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘⁡𝑐𝑜𝑜𝑙𝑒𝑟+𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑒𝑙⁡𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎⁡𝑑𝑎𝑟𝑖⁡𝑐𝑜𝑜𝑙𝑒𝑟



Efisiensi pembakaran =



𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘⁡𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠⁡𝑦𝑎𝑛𝑔⁡𝑑𝑖𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎𝑘𝑎𝑛



x 100%



x 100%



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN



IV.1 Hasil IV.1.1 Perhitungan Efisiensi Kiln Berdasarkan data-data dari PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. Unit 7 yang diambil pada 20 Februari 2019 berbasis per jam, data yang diambil adalah data kinerja kiln tiap jam, pengambilan data ini mengikuti desain spesifikasi alat kiln. A. Asumsi yang digunakan untuk perhitungan : 1. Udara dianggap gas ideal 2. Udara kering terdiri dari 21% O2 dan 79% N2 B. Data-Data Pengamatan Data-data yang didapat pada 20 Februari 2019 dari CCP dan QC : Tabel IV.1 Komposisi Umpan Suspension Preheater Komponen SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaCO3 MgO3 Impuritis H2O



Komposisi (% berat) 13,30 3,45 2,05 75,52 4,68% 0,7 0,3



Tabel IV. 2 Komposisi Batubara Komponen C H O S N H2O Ash Total



Komposisi (% berat) 42,39 4,69 26,94 0,78 0,3 20,05 4,85 100,00



Tabel IV. 3 Komposisi Ash Batubara Komponen SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Impurities LOI



Komposisi (% berat) 34,31 14,61 6,59 25,60 2,13 15,80 0,96



Tabel IV. 4 Kebutuhan Udara Pendingin di Cooler No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15



Kapasitas (m3/jam) 13323 13305 16512 47000 46000 44071 45184 34000 35260 39270 38915 32306 2700 24615 32575 464036



Cooler fan 2A 2B 2C V4A V4B V4C V4D V5A V5B V5C V5D V6A V6B V6C V6D Total



Selain data yang disajikan dalam Tabel di atas, juga didapatkan data sebagai berikut : Analisis Umpan SP - Laju alir umpan SP



= 319600 kg/jam



Analisis Batubara - Laju alir batu bara masuk SP



= 14736,03 kg/jam



- Laju alir batu bara masuk Kiln



= 9755,046 kg/jam



- Kandungan air dalam batu bara



= 20,05%



Data Udara Ambient - Suhu



= 30°C



- Kelembaban



= 80%



- Tekanan



= 1 atm



Gas Buang SP -T



= 375 °C



Gas Buang Kiln -T



= 878 °C



Udara Sekunder -T



= 950 °C



Udara Tersier - T



= 845 °C



Inlet EP Cooler - Laju Udara



= 464036,24 m3/jam



- T



= 32 °C



Data Lainnya - Laju Udara Primary Kiln Fan



= 13455 m3/jam



- Excess O2



= 5,00%



- Dust Return



= 8% dari kiln feed



C. Perhitungan Neraca Massa Dari data – data pengamatan dan data pustaka di atas, kemudian dengan prinsip kekekalan massa dan kekealan energi, dilakukan perhitungan untuk mencari neraca massa dan neraca panas serta efisiensi panas pada sistem kiln. Berdasarkan data – data tersebut, serta dilakukan asumsi bahwa gas – gas dianggap sebagai gas ideal dan udara kering dianggap terdiri dari 21% O2 dan 79% N2, maka didapat hasil perhitungan seperti berikut : Tabel IV. 6 Laju Massa Komponen Gas Buang SP Komposisi gas buang dari SP CO2 H2O SO2



Laju (kg/jam)



%Komposisi



157.191,45 19.505,90 493,71



41,40% 5,14% 0,13%



Komposisi gas buang dari SP N2 NO2 O2 Total



Laju (kg/jam)



%Komposisi



197.735,45 328,78 4.446,18 379.701,46



52,08% 0,09% 1,17% 100,00%



Tabel IV. 7 Laju Massa Komponen Gas Buang Kiln Komposisi gas buang dari Kiln CO2 H2O SO2 N2 NO2 O2 Total



Laju (kg/jam)



%Komposisi



25.653,40 7.567,75 152,04 46.667,50 96,16 646,35 80.783,19



31,76% 9,37% 0,19% 57,77% 0,12% 0,80% 100,00%



Tabel IV. 8 Neraca Massa di Sistem Kiln Aliran M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 INPUT



Jumlah 319.600,00 14.736,03 10.356,86 7.186,61 25.491,30 379.701,46 199.716,75 80.783,19 172.287,12 15.608,38 9.755,05 189.694,20 45.401,76 538.301,94 320.707,90 189.599,35



Keterangan Feed SP Batu bara masuk SP Udara Primer SP fan Alternatif Fuel Dust return Gas buang dari SP Umpan masuk Kiln Gas buang dari Kiln Udara tersier Udara primer Kiln fan Batubara masuk Kiln Clinker Panas Udara sekunder Udara pendingin Udara keluar EP Clinker dingin



SP



=



M1+M2+M3+M4+M8+M9



KILN



=



M7+M10+M11+M13



COOLER



=



M12+M14



SP



=



M5+M6+M7



KILN



=



M8+M12



COOLER



=



M9+M13+M15+M16



OUTPUT



Input 604.949,82 SP 270.481,93 KILN COOLER 727.996,13 Total 915544,86



Output 604.949,82 270.481,93 727.996,13 915544,86



Selisih 0 0 0 0



Mass Loss = 0%



D. Perhitungan Neraca Panas Berdasarkan data - data yang diperoleh dari perhitungan neraca massa maka dapat dilakukan perhitungan neraca panas unit kiln. Data neraca massa, kapasitas panas, tekanan, dan temperatur yang diperoleh akan memberikan hasil perhitungan seperti berikut: Tabel IV.9 Neraca Panas Sistem Kiln Input Alat



Aliran Panas yang dibawa batu bara kering



SP



Output Panas (Kkal/Kg) 260,68



Panas sensible dari batubara



78.100,94



Panas sensible H2O dalam AF



145,24



Panas sensibel AF



23.205,57



Panas gas buang kiln



19.764,28



Aliran Panas gas buang SP Panas yang dibawa produk masuk kiln Panas dari gas return Panas CO2 hasil kalsinasi Panas penguapan H2O dalam tepung baku



Panas (Kkal/Kg) 28.645,57 38.151,92 3.127,01 19.707,84 6.995,75



Panas udara tersier Panas udara primer



SP



Kiln



Grate Cooler



Panas yang dibawa umpan masuk SP Panas dari CO2 hasil kalsinasi kiln Panas sensible H2O dalam batu bara Panas dari H2O dalam umpan masuk SP Panas sensible umpan kiln



36.395,65 71,15 5.319,67



1.677,51 398,67



84,707 36,05 38.151,92 172,56



Panas yang dibawa udara primer



114,37



Panas dari udara sekunder



10.912,31



Panas pembakaran batu bara



57.837,67



TOTAL



Panas penguapan H2O dalam AF



57.229,42



2.198,41



Panas yang dibawa batu bara



Panas sensible H2O dalam batu bara Panas yang dibawa dari klinker Panas yang dibawah udara pendingin



Panas disosiasi MgCO3 dan CaCO3 Panas penguapan H2O dalam umpan batu bara



Panas dari gas buang kiln Panas yang dibawa klinker keluar



18.536,78



Panas dari CO2 hasil kalsinasi



2.189,76



Panas disosiasi MgCO3 dan CaCO3 Panas penguapan air dalam batu bara



55.770,09



6.358,82 1.110,49



56,07 55.770,09



Panas udara sekunder



10.912,31



4.048,03



Panas udara tersier



36.395,65



332.645,42



Panas debu kluar EP Panas klinker dingin TOTAL



5,10 4.575,03 291.787,79



% Heat loss



= =



Jumlah⁡panas⁡yang⁡hilang Panas⁡yang⁡disediakan 332.645,42−291.787,79 332.645,42



⁡x⁡100%



⁡x⁡100%



= 12,28%



Efisiensi panas



= =



Panas⁡yang⁡digunakan⁡dalam⁡proses Panas⁡yang⁡disediakan 291.787,79 332.645,42



⁡x⁡100%



⁡x⁡100%



= 87,72%



Efisiensi Kiln



= =



Massa⁡𝐶𝑙𝑖𝑛𝑘𝑒𝑟⁡Panas Massa⁡Umpan⁡𝐾𝑖𝑙𝑛 189.694,20 199.716,75



⁡x⁡100%



⁡x⁡100%



= 94,98 % IV.2 Pembahasan Pada proses pembuatan semen, tahapan yang paling penting adalah proses pembakaran tepung baku menjadi mineral-mineral semen (clinker). Proses pembakaran ini dilakukan sampai mencapai temperatur pembentukan mineral semen yaitu 1450ºC dan energi yang diperlukan sangat besar. Untuk menghemat energi dan meringankan kerja dari Rotary Kiln maka proses pembakaran ini dibagi dalam dua tahap. Tahap pertama yaitu tahap prekalsinasi yang terjadi dalam Suspension Preheater dan tahap kedua yaitu proses pembakaran/pembentukan clinker yang terjadi dalam Rotary Kiln. Proses pemanasan awal Kiln Feed terjadi di dalam Suspension Preheater. Suspension Preheater adalah bagian dari Kiln yang berfungsi mengeringkan raw meal dan memanaskan Kiln Feed sebelum masuk ke Rotary Kiln. Proses pemanasan awal terjadi karena adanya pembakaran batubara dan alternative fuel di Suspension Preheater. Dari perhitungan neraca massa untuk umpan Suspension Preheater sebesar 604.949,82 kg/jam menghasilkan material keluar Suspension Preheater sebagai umpan kiln sebesar 199.716,75 kg/jam. Selain itu, didapat hasil perhitungan



gas buang SP sebesar 379.701,46 kg/jam. Dari data pabrik, didapat derajat kalsinasi yang terjadi di Suspension Preheater sebesar 90%. Setelah mengalami proses prekalsinasi di Suspension Preheater, material keluar dengan suhu 825ºC, kemudian masuk dalam Kiln. Jenis dari Kiln adalah Rotary Kiln yang berfungsi untuk membakar Kiln Feed atau slurry menjadi semen setengah jadi (clinker). Rotary Kiln yang digunakan panjangnya 78 meter dan dipasang horisontal dan berputar pada kecepatan 3 rpm. Di dalam Kiln dilapisi bata tahan api yang berfungsi untuk melindungi Kiln yang terbuat dari plat baja dari temperatur tinggi dan mempertahankan temperatur proses dengan mengurangi kehilangan panas. Di dalam Rotary Kiln, Raw Meal mengalami proses kalsinasi lanjutan dan pembakaran untuk pembentukan komponen clinker (C2S, C3S, C3A, C4AF) pada suhu 900ºC sampai 1450ºC. Dari perhitungan neraca massa untuk umpan Rotary Kiln sebesar 199.716,75 kg/jam menghasilkan material keluar Rotary Kiln sebagai umpan cooler sebesar 189.694,20 kg/jam. Untuk pembakaran di Kiln, digunakan batubara sebesar 9.755,05 kg/jam. Dengan menganggap proses pembakaran batubara terjadi secara sempurna, dan debu batubara menjadi clinker, maka didapat gas buang kiln sebesar 80.783,19 kg/jam. Setelah tahap pembakaran, material mengalir menuju ke daerah di belakang nyala api, sehingga temperatur mulai menurun. Kemudian material masuk ke Cooling Zone. Material yang keluar dari Kiln disebut clinker yang mempunyai temperatur keluar Kiln sebesar 1200ºC kemudian masuk ke dalam Grate Cooler untuk didinginkan secara mendadak agar dihasilkan terak atau clinker yang amorf yang mudah digiling pada penggilingan akhir di Cement Mill. Clinker didinginkan secara mendadak dalam Clinker Cooler type Grate Cooler yang digerakkan oleh motor. Clinker keluar cooler yang dihasilkan sebesar 189.599,35 kg/jam. Udara yang digunakan untuk mendinginkan clinker berasal dari udara lingkungan yang dihembuskan menggunakan 15 fan dengan laju total 464.036,24 kg/jam pada suhu 32 ºC. Dengan menganggap udara kering terdiri dari 21% O2 dan 79% N2, maka dapat diketahui densitas udara pada suhu tersebut 1,16 kg/m3 sehingga laju massa udara pendingin sebesar 538.301,94 kg/jam.



Dari perhitungan neraca panas di dalam sistem Rotary Kiln berdasarkan prinsip perpindahan panas, termodinamika serta kekekalan energi, kebutuhan panas untuk proses pemanasan awal/kalsinasi di dalam Suspension Preheater dan pembuatan clinker pada Rotary Kiln serta pendinginan klinker di cooler sebesar 291.787,79 kkal/kg clinker. Dalam sistem kiln ini terdapat panas hilang pada Suspension Preheater, Rotary Kiln, dan Grate Cooler sebesar 40.857,63 kkal/kg clinker atau sebesar 12,28%. Adanya panas hilang ini dikarenakan alat yang sudah lama digunakan sehingga terjadi kebocoran yang mengakibatkan udara lingkungan masuk kedalam sistem dan mengurangi panas yang dihasilkan . Kehilangan panas ini juga dapat diperkecil dengan mengidentifikasi alat alat yang mengalami kebocoran dan memperbaikinya. Dari analisa dan perhitungan data – data yang ada, didapat hasil bahwa efisiensi panas kiln sebesar 87,72% dimana total yang dibutuhkan dalam sistem sebesar 291.787,79 kkal/kg clinker.



BAB V PENUTUP



V.1 Kesimpulan Dari perhitungan di atas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut. 1. Penyusunan neraca massa dalam sistem kiln melibatkan 2 komponen utama, yakni material/clinker dan udara. Massa material/clinker dan udara yang masuk dan keluar sistem sudah berada dalam jumlah yang sama. 2. Penyusunan neraca panas dalam sistem kiln menggunakan prinsip perpindahan panas dan termodinamika. 3. Efisiensi kiln mempengaruhi kinerja alat dalam upaya menghasilkan kualitas semen terbaik. 4. Efisiensi kiln sebesar 94,98 %, Effisiensi panas sebesar 87,72% dan besarnya panas yang hilang selama operasi sebesar 12,28%



V.2 Saran Beberapa saran agar performa kiln semakin meningkat adalah: 1. Untuk meningkatkan efisiensi panas dari kiln, dapat dilakukan dengan cara mengidentifikasi terhadap alat-alat yang mengalami kebocoran dan segera dilakukan perbaikan. Selain itu, dapat dengan mengoptimalkan penerapan sistem pengontrolan pada kinerja kiln. 2. Menambah sistem pemanfaatan panas dari gas buang dengan Thermoelectric Generator untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik. 3. Pengambilan data untuk neraca massa dan neraca panas harus dilakukan secara komprehensif dan menyeluruh dalam unit tersebut demi mengetahui efisiensi alat.