Tugas Khusus PDF

Preview

Summary

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk TUGAS KHUSUS “PERHITUNGAN NERACA MASSA, NERACA PANAS, DAN EFFISIENSI SUSPENSION PREHEATER PADA PLANT 7 PT. INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA, TBK” NIHAYATUN NI’MAH 11/319059/TK/38193 Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM 2017 Nihayatun Ni’ma...

Description

Accelerat ing t he world's research.

Tugas Khusus Aya Ni'mah

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

186864506-LAPORAN-KERJA-PRAKT EK-SEMEN-GRESIK-BAB-IV-pdf.pdf nihayat ul fadila suspenssion preheat er Andre Vandyan T UGAS T EKNOLOGI SEMEN PABRIK-PABRIK SEMEN DI INDONESIA Dewi Rat nasari

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

TUGAS KHUSUS “PERHITUNGAN NERACA MASSA, NERACA PANAS, DAN EFFISIENSI SUSPENSION PREHEATER PADA PLANT 7 PT. INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA, TBK”

NIHAYATUN NI’MAH 11/319059/TK/38193

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM 2017

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 115

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Dewasa ini, dengan adanya era untuk menuju pasar bebas di Indonesia, barang-barang produksi dituntut untuk memiliki daya saing yang mumpuni, baik dalam segi kualitas maupun harga. Sebagai produsen semen terbesar di Indonesia, PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk. juga tidak terlepas dari tuntutan ini, di mana permintaan akan semen dengan kualitas yang tinggi dengan harga yang bersaing juga semakin meningkat. Pada proses produksinya, efisiensi energi perlu diperhatikan. Dalam menghadapi perkembangan industri ramah dan hemat lingkungan, efisiensi energi memiliki pengaruh yang besar. Cakupannya sendiri cukup luas, seperti penghematan bahan bakar dan penggunaan listrik dalam suatu alat. Alat utama di industri semen adalah rotary kiln. Pembakaran pada kiln akan menentukan mutu dan kualitas semen yang dihasilkan. Di samping kiln, terdapat pula alat pembakaran lain yang digunakan untuk reaksi kalsinasi, yaitu suspension preheater. Di suspension preheater, di samping terjadi proses kalsinasi, terdapat pula dekomposisi material sandy clay di dalam kiln feed. Penggunaan suspension preheater dalam unit burning pembentukan clinker memiliki beberapa keuntungan, di antaranya yaitu: 1. Rotary Kiln yang dibutuhkan memiliki dimensi lebih pendek Di dalam suspension preheater, kalsinasi terjadi hingga 80-85%. Semakin besarnya derajat kalsinasi pada suspension preheater, maka energi yang dipergunakan untuk kalsinasi lanjutan di dalam kiln akan menurun. Akibatnya, produksi clinker pun akan meningkat. Hal ini akan menjadi dasar untuk pengoptimalan kapasitas di pabrik. Keuntungan lain dari digunakannya suspension preheater adalah untuk mereduksi brick consumption dan menaikkan refractory life.

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 116

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

2. Penghematan Bahan Bakar Proses burning yang dilakukan dalam suspension preheater menggunakan udara tersier dari kiln yang berasal dari gas panas yang dihasilkan pada pendinginan clinker pada air quenching cooler (grate cooler). Selain gas panas dari kiln dan grate cooler, dalam suspension preheater juga terjadi proses burning atau pembakaran. Pembakaran dalam suspension preheater dilakukan di dalam riser duct. Sistem injeksi pembakarannya tidak sama dengan sistem pembakaran yang terjadi pada kiln. Pada suspension preheater, sistem pembakarannya berlangsung dengan mencapur tertiary air dan batubara. 3. Mengurangi emisi NO3 Penurunan ini diakibatkan karena pembakaran pada suspension preheater pada temperature yang lebih rendah daripada di kiln, sehingga mengakibatkan berkurangnya pembentukan NOx, di mana NOx hanya terbentuk di kiln, persisnya pada suhu sekitar 1800°C.

B. Perumusan Masalah Untuk mengetahui efisiensi pembakaran suspension preheater, dapat dilakukan analisis melalui perhitungan neraca massa dan neraca panasnya . Dalam hal ini, akan dilakukan perhitungan efisiensi dengan perbandingan kebutuhan panasnya terhadap panas yang diberikan oleh bahan bakar untuk suspension preheater. Jika efisiensi suspension preheater telah diketahui, maka dapat dilakukan optimasi pada unit ini agar dapat menghasilkan produk semen dengan kualitas yang lebih baik serta menghemat pemakaian bahan bakar dan biaya produksi untuk proses pembakaran di suspension preheater.

C. Batasan Masalah Batasan masalah dalam laporan ini adalah pada kiln feed untuk Plant 7 di PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk. Objek penelitian berupa Suspension Preheater. Data lapangan yang digunakan adalah data hasil analisa rata-rata pada tanggal 22 September 2015 WIB.

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 117

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

D. Tujuan Tujuan dari analisis ini adalah: 1. Mempelajari tahapan proses yang terjadi pada Suspension Preheater. 2. Mengetahui dan mengevaluasi panas yang hilang dan efisiensi Suspension Preheater Plant 7 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk. dalam kegunaannya untuk perbaikan kinerja alat. 3. Mengevaluasi kinerja unit Suspension Preheater Plant 7 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk.

E. Manfaat Manfaat dilakukannya analisis ini adalah: 1. Dapat mengevaluasi perlakuan pada suspension preheater untuk meningkatkan efisiensinya di unit pembakaran yang mengarah pada penghematan bahan bakar dan mengurangi heat loss yang tinggi. 2. Dengan diperolehnya data-data hasil evaluasi, maka dapat dilakukan perbaikan pada alat atupun kondisi operasi pada suspension preheater untuk menekan biaya produksi.

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 118

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. Sistem Pembakaran Pada industri semen, unit pembakaran bahan baku dan pendinginan klinker terbagi menjadi tiga tahapan: 1. Unit Persiapan Bahan Baku 2. Unit Pembakaran (Pembentukan Klinker) 3. Unit pendinginan Klinker Yang termasuk ke dalam unit penyiapan bahan baku adalah proses homogenisasi raw material di homogenizing / blending silo. Langkah tersebut dimaksudkan untuk menyeragamkan campuran raw material yang sudah dihaluskan menjadi tepung baku, sehingga diharapkan tidak terjadi: - coating yang tidak stabil - ketidakseragaman kualitas semen yang dihasilkan - umur batu tahan api yang rendah - overuse pada bahan bakar yang digunakan Proses pembentukan klinker bermulai di suspension preheater, yang kemudian dilanjutkan di rotary kiln. Suspension preheater sendiri merupakan alat dalam unit produksi semen yang berfungsi untuk memanaskan material sebelum dibakar di dalam rotary kiln. Tujuan pemanasan ini adalah untuk memanaskan material secara perlahan-lahan sesempurna mungkin sehingga umpan kiln nantinya sudah siap untuk mengalami proses selanjutnya sehingga didapatkan klinker dengan kualitas yang baik. Suspension preheater memanfaatkan gas panas dari rotary kiln sebagai pemanas. Karena hisapan SP fan, maka gas panas tersebut aan naik ke preheater dan dimanfaatkan untuk proses kalsinasi dan penguapan air. Jenis preheater yang digunakan pada Plant 7 adalah jenis twin stream preheater dopol yang dilengkapi dengan prepol preheater. Proses yang terjadi di suspension preheater adalah pemanasan awal, penguapan air, dan kalsinasi awal. Di mana, proses kalsinasi

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 119

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

terjadi sekitar 80%. Suspension preheater di Plat 7 dilengkapi dengan precalciner. Pre-calciner merupakan pengembangan dari sistem di suspension preheater, yang berfungsi untuk melakukan sebagian pembakaran dari batu bara yang terletak di antara suspension preheater dan kiln. Gas panas dari suspension preheater berasal dari kiln dan pre-calciner. Reaksi kalsinasi di suspension preheater mulai terjadi pada suhu 700°C dan berlangsung secara cepat pada suhu 800°C - 900°C. Material akan terpisahkan dari gas panas dengan memanfaatkan gaya sentrifugal. Gaya ini menyebabkan material akan terlempar ke dinding cyclone karena material memiliki massa yang lebih besar dengan gas. Di dalam rotary kiln material mengalami proses kalsinasi lanjutan dan pembentukan mineral semen, yaitu C3S, C2S, C3A, C4AF.

B. Neraca Massa Neraca massa mempunyai arti yang sangat penting dalam industri kimia, karena hal tersebut merupakan salah satu factor penting dalam penentuan satuan operasi dan satuan proses. Semua perhitungan dalam neraca massa didasarkan pada hukum kekekalan energi. Dalam perhitungan neraca massa, terlebih dahulu dihitung massa yang keluar dan massa yang masuk ke sistem selama operasi berlangsung. Hal tersebut dapat dituliskan sebagai: Massa masuk

=

Massa akumulasi + Massa keluar

Secara umum, neraca massa dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu: 1. Neraca massa over all Merupakan neraca massa di mana semua komponen bhan masuk dan keluar dihitung dari proses awal sampai akhir dan merupakan suatu kesatuan 2. Neraca massa komponen Merupakan neraca massa yang perhitungannya berdasarkan atas satu komponen bahan yang masuk saja. Di mana, dalam hal ini, berlaku persamaan: Komponen bahan masuk

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

=

Komponen bahan keluar

Page 120

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

C. Neraca Panas Neraca panas merupakan perhitungan panas yang masuk serta yang dihasilka dalam suatu sistem. Perhitungan neraca panas tersebut didasarkan pada hukum kekekalan energi (panas). Selain itu, penyusunan neraca panas juga dilakukan berdasarkan neraca massa yang sebelumnya telah disusun terlebih dahulu. Neraca panas dapat digunakan untuk flow proses pada setiap tekanan dan non-flow power yang berada dalam tekanan konstan (Smith, 1956). 1. Flow proses Dalam hal ini bahan masuk dan keluar berlangsung terus menerus selama proses operasi. Pada keadaan ini, suhu susunan campuran pada setiap titik bernilai sama. Keadaan ini disebut sebagai keadaan steady state. 2. Non flow proses Dalam hal ini, proses operasinya bersifat berkala. Susunannya pun berubah sesuai dengan waktu teradinya proses bila tidak ada arus masuk dan arus keluar secara kontinyu. Beberapa hal penting dalam penyusunan neraca panas: 1. Panas sensible (Sensible Heat) Yaitu panas yang dapat diserap atau dilepas sesuai dengan kenaikan atau penurunan suhu tanpa adanya peruahan fase. Rumus : Qs = m. Cs . dT Dimana

:

(volume tetap)

A, B, C

= Konstanta yang ditentukan

T

= Suhu mutlak (K)

Ada juga persamaan lain, yaitu: Cp = f(T) = A + B. T + C. T2 + D. T3 Di mana,

A, B, C, D

= Konstanta yang ditentukan

T

= Suhu mutlak (K)

2. Panas Laten. Yaitu panas yang dibutuhkan atau dibebaskan dengan adanya perubahan fase pada tekanan 1 atm.

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 121

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

BAB III METODOLOGI

A. Pengambilan Data A.1. Data dari lapangan Data-data dari lapangan diperoleh dari Central Control Panel, Process Monitoring Department (PCM) di Plant 7 PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk pada 22 September 2015. Data data yang diambil dari lapangan meliputi: - Laju alir raw meal, ash, batu bara - Kompoisi raw meal, batu bara, ash - Umpan kiln (kiln feed) - Net Heating Value batu bara - Suhu udara dalam sistem dan klinker - Suhu pada tiap-tiap cyclone pada suspension preheater

A. 2. Data dari Pustaka Data-data yang diperoleh dari Pustaka antara lain adalah : - Berat molekul (BM) komponen - Panas spesifik (Cp) dari air, batu bara, udara, klinker - Koefisien panas konveksi – radiasi A.3. Asumsi-asumsi Asumsi-asumsi yang dipakai pada evaluasi meliputi: - Uara sebagai gas ideal - Udara kering terdiri dari 21 % O2 dan 79% N2 - Udara masuk pada suhu 30°C dan kelembaban 80% - Kondisi aliran massa steady state

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 122

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

B. Cara Pengolahan Data Data – data yang telah diperoleh kemudian digunakan untuk menghitung neraca massa dan neraca panas dalam sistem pembakaran di suspension preheater. Neraca massa berguna untuk mengetahuin aliran-aliran massa yang masuk dan keluar suspension preheater, kemudian neraca panas sistem pun dapat disusun. Selanjutnya, dilakukan perhitungan terhadap panas untuk mengetahuin effisiensi perpindahan panas pada suspension preheater. Selain efisensi, perlu pula dicari nilai koefisien perpindahan panas overall. Koefisien perpindahan panas overall berguna untuk perancangan, yang nantinya digunakan dalam menentukan luas permkaan yang dibutuhkan untuk proses perpindahan panas dari gas ke padatan.

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 123

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

BAB IV EVALUASI NERACA MASSA DAN NERACA PANAS PADA SUSPENSION PREHEATER

A. Perhitungan neraca massa pada suspension preheater

Gambar 29. Gambaran Neraca Massa pada Unit Suspension Preheater di Plant 7 Basis operasi = 1 jam Umpan masuk suspension preheater = 318300 kg

1. Umpan Komposisi umpan masuk suspension preheater berdasarkan data dari CCP ( 22 September 2015) adalah:

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 124

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

Tabel 19. Komposisi Umpan Masuk SP Berdasarkan data CCP Plant 7 PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. Komponen

% Berat

CaO

41,49

MgO

2,49

SiO2

12,93

Al2O3

3,83

Fe2O3

1,85

H2O

0,92

Di dalam umpan, CaO dan MgO terdapat dalam bentuk CaCO3 dan MgCO3. Maka, berdasarkan hal ini :

% CaCO3

= % CaCO3 x = 41,49 % x

�� ���� ⁄ �� ��� ⁄

= 74,09 % dan,

% Mg CO3

= % MgCO3 x = 2,49 % x = 5,10 %

�� ����

⁄

⁄�� ���

Di dalam raw mill, terdapat H2O sebesar 0,92 % . Maka, - H2O teruapkan

= % H2O di raw mill x jumlah raw mill = 0,92 % x 318300 kg = 2928,36 kg

Sehingga, berat raw meal kering: - Berat raw meal kering = jumlah raw meal masuk SP – H2O teruapkan = 318300 - 2928,36 kg

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 125

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

= 315371,64 kg Debu yang keluar dari Suspension Preheater diasumsikan 10% dari raw meal kering, sehingga: - Dust return

= 10 % x jumlah raw meal kering = 10 % x 315371,64 kg = 31537,16 kg

- Raw meal bebas debu

= raw meal kering – dust return = 315371,64 - 31537,16 kg = 283834,48 kg

Sehingga, komposisi umpan menjadi:

Tabel 20. Komposisi Umpan Masuk SP Komponen

% Berat

BM

Berat, kg

Mol, kmol

CaCO3

74,09

100

210290,94

2102,91

MgCO3

5,10

84

14484,07

172,43

SiO2

12,93

60

36699,80

611,66

Al2O3

3,83

102

10870,86

106,58

Fe2O3

1,85

160

5250,94

32,82

Total

97,80

283834,48

2. Kalsinasi di Suspension Preheater Kalsinasi di SP berdasarkan dari data CCP Plant 7 Indocement (22 September 2015)

= 92,67 %. Di mana,

reaksi 1

:

CaCO3

CaO + CO2

Sehingga, - CaCO3 yang bereaksi

= 92,67 % x Mol CaCO3 = 92,67 % x 2102,91 kmol = 1948,77 kmol = 194876,61 kg

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 126

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

= Mol CaCO3 – CaCO3 yang bereaksi

- CaCO3 sisa

= 210290,94 - 194876,61 kg = 15414,33 kg - CaO yang terbentuk

= mol CaCO3 bereaksi x Mr CaO = 1948,77 kmol x 56 kg/kmol = 109130,90 kg

- CO2 yang terbentuk

= mol CaCO3 bereaksi x Mr CO2 = 1948,77 kmol x 44 kg/kmol = 85745,71 kg

reaksi 2

:

MgCO3

MgO + CO2

Sehingga, - MgCO3 yang bereaksi

= 92,67 % x Mol MgCO3 = 92,67 % x 172,43 kmol = 159,79 kmol = 13422,39 kg

- MgCO3 sisa

= Mol MgCO3 – MgCO3 yang bereaksi = 14484,07 - 13422,39 kg = 1061,68 kg

- MgO yang terbentuk

= mol MgCO3 bereaksi x Mr MgO = 159,79 kmol x 40 kg/kmol = 6391,61 kg

- CO2 yang terbentuk

= mol MgCO3 bereaksi x Mr CO2 = 159,79 kmol x 44 kg/kmol = 7030,78 kg

Sehingga, CO2 hasil kalsinasi di SP

= total CO2 yang terbentuk = 85745,71 kg + 7030,78 kg = 92775,49 kg.

3. Batubara untuk Suspension Preheater

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

Page 127

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

Jumlah batubara

= 10300 kg.

Komposisi batubara masuk SP berdasarkan data dari CCP Plant 7 (22 September 2015) Tabel 21. Komposisi Batu Bara Masuk SP Berdasarkan data CCP Plant 7 PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. Komponen

% Berat

BM

Berat, kg

Mol, kmol

C

46,56

12

4795,68

399,64

H2

5,10

2

525,30

262,65

O2

25,56

32

2632,68

82,27

N2

1,50

28

154,50

5,52

S

1,05

32

108,15

3,38

H2O

6,68

18

688,04

38,22

Ash

13,55

0

1395,65

0,00

100

10300,00

4. Pembakaran Batubara Untuk Suspension Preheater Asumsi

: Pembakaran batu bara sempurna

Reaksi

: C + O2

CO2

Maka, C yang bereaksi

= 399,64 kmol

O2 yang dibutuhkan

= Mr O2 x C yang bereaksi =32 kg / kmol x 399,64 kmol = 12788,48 kg

CO2 yang dihasilkan

= Mr CO2 x C yang bereaksi = 44 kg / kmol x 399,64 kmol = 17584,16 kg

Reaksi

: H2 + 0,5 O2

H2 O

Maka, H2 yang bereaksi O2 yang dibutuhkan

Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193

= 262,65 kmol = 0,5 x Mr O2 x H2 yang bereaksi

Page 128

Laporan Kerja Praktik PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk

= 0,5 x 32 kg/kmol x 262,65 kmol = 4202,40 kg H2O yang terbentuk

= Mr H2O x H2 yang bereaksi = 18 kg/kmol x 262,65 kmol = 4727,70 kg

Reaksi

: S + O2

SO2

Maka, S yang bereaksi

= 3,38 kmol

O2 yang dibutuhkan

= Mr O2 x S yang bereaksi = 32 kg/kmol x 3,38 kmol = 108,15 kg

SO2 yang terbentuk

= Mr SO2 x S yang bereaksi = 64 kg/kmol x 3,38 kmol = 216,30 kg

Sehingga, total O2 yang dibutuhkan untuk pembakaran batu bara di SP: Total O2 dibutuhkan

= 12788,48 kg + 4202,40 kg + 108,15 kg = 17099,03 kg

5. Udara masuk sistem - Asumsi bahwa kondisi udara yang masuk adalah 1 atm dan 32°C. Pada kondisi tersebut:





 

ρ udara masuk sistem = 1,1611 kg/m3 Kelembaban udara

= 0,03 kg H2O / kg udara kering (Perry, 1984)

udara kering mengandung = 21% mol O2 dan ...