bab 3 pengecilan ukuran pertikel.ppt
TRANSCRIPT
By:Tri Hartono, M.Chem.Eng.
Cretaed By Tri Hartono1
Bab III. Pengecilan Ukuran Partikel
3.1 Pendahuluan
Cretaed By Tri Hartono2
Dalam industri kimia, pengecilan ukuran partikel (size reduction) biasa dilakukan untuk meningkatkan permukaan singgung karena hampir semua reaksi yang mencakup partikel padat, laju suatu reaksi berbanding lurus dengan luas permukaan kontak fasa yang lain. Suatu contoh: laju pembakaran bahan bakar padat adalah berbanding lurus antra luas permukaan kontak zat padat dengan gas/zat pembakar.
Cretaed By Tri Hartono3
Bongkahan bijih mentah dihancurkan menjadi padatan berukuran lebih kecil agar mudah ditangani, bahan sintetis kimia digiling menjadi tepung (powder), lembaran-lembaran plastik (polimer) dipotong-potong menjadi kubus-kebus kecil (granulate), dan lain sebagainya.Pengecilan/pemecahan zat padat tersebut dapat dilakukan dengan berbagai cara didalam mesin pemecah-penggiling (grinding-crashing machine) dan yang paling umum diantaranya:
Cretaed By Tri Hartono4
a. Mesin pemecah dengan cara tekanan (compression)Contoh untuk pemecahan bijih-bijihan dengan menggunakan Mesin Pemecah Rahang Blake (Jaw Crusher) dan Mesin Pemecah Roll Licin. Hasil pemecahan zat padat yang keras dapat berbentuk kasar dan halus.
b. Mesin pemecah dengan cara pukulan (impact)Contoh dengan menggunakan Mesin Pemecah Giratori (Gyratory Crusher) dengan hasil pemecahan kasar, sedang, dan halus.
c. Mesin pemecah dengan cara gesekan (abbrassion)d. Mesin pemecah dg cara pemotongan (cutter)Contoh dg mengg Mesin Pemecah Rol Bergerigi yg dapat menghasilkan produk dg ukuran ttt.
Cretaed By Tri Hartono5
3.2 Prinsip Kominusi (Comminution Principle)
Comminution adalah istilah umum yg digunakan untuk operasi penghancuran, misal crusher (pemecah) dan grinder (penggiling). Mesin pemecah/penggiling yg ideal harus:
Memiliki kapasitas besarDaya masuk yg diperlukan pewrsatuan hasil
kecilMenghasilkan produk dg satu ukuran ttt atau
dg distribusi ukuran ttt sesuai dg yg dikehendaki.
Cretaed By Tri Hartono6
3.3 Kebutuhan Energi dan Biaya Dalam Kominusi
Biaya daya merupakan pengeluaran terbesar dalam pemecahan/ penggilingan sehingga setiap faktor yang mengendalikan daya ini sangatlah penting. Selama operasi pemecahan atau peghalusan, partikel-partikel dalam bahan umpan mula-mula mengalami distorsi, kemudian regangan. Kerja yang diperlukan untuk meregangnya disimpan sementara didalam zat padat itu sebagai energi mekanik tegangan (seperti pegas gulung). Dengan ditambahkannya daya yang kecil lagi pada partikel tersebut, partikel akan pecah menjadi fragmen-fragmen.
Cretaed By Tri Hartono7
Dengan demikian akan terbentuk permukaan-permukaan baru. Oleh karena itu setiap satuan luas zat padat mempunyai sejumlah energi permukaan tertentu.
Permukaan baru tersebut memerlukan kerja dari pembebasan energi tegangan pada saat partikel itu pecah. Sesuai dengan kekuatan energinya, semua energi tegangan yang lebih besar dari energi permukaan yang baru terbentuk harus muncul sebagai kalor atau panas.
Cretaed By Tri Hartono8
3.4 Efisiensi Pemecahan (Crushing Efficiency), c
Rasio antara energi permukaan yang baru terbentuk terhadap energi yang diserap oleh zat padat disebut efisiensi pemecahan.
Jika, es = energi permukaan persatuan luas (J/m2)
Ap = luas permukaan masa hasil (m2)
Af = luas permukaan masa umpan (m2)
Wn = energi yang diserap persatuan masa hasil (J)
Maka,
n
fpsc W
AAe (1.1)
Cretaed By Tri Hartono9
Atau,
Secara umum efisiensi pemecahan itu sangatlah kecil atau rendah, karena energi permukaan yang terbentuk saat pemecahan itu kecil dibanding dengan total energi mekanik yang tersimpan dalam bahan saat pecah.Energi yang diserap oleh zat padat Wn lebih kecil dari yang diumpankan kedalam mesin itu sendiri. Sebagian dari masukan total energi digunakan untuk mengatasi gesekan-gesekan dalam bantalan (bearing) dan bagian-bagian bergerak lainnya dalam mesin sehingga hanya sisanya yang dipakai dalam pemecahan
c
fpsn
AAeW
(1.2)
Cretaed By Tri Hartono10
Efisiensi mekanik, m, adalah rasio antara energi yang diserap oleh bahan terhadap masukan energi.
Jadi jika Wn adalah masukan energi, maka
Atau,
Jika m adalah laju umpan bahan maka daya yang diperlukan mesin tiap kg umpan adalah
W
AAe
W
W
c
fpsnm
mc
fps
m
nAAeW
W
(1.3)
(1.4)
mc
fps AAemmWP
(1.5)
Cretaed By Tri Hartono11
Sedang Ap dan Af dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Sehingga,
Jadi,
ps
ps
dA
Ad
6
6
psff
pspp
dA
dA
6
6
(1.6)
(1.7)
sffspppmc
s
dd
emP
116 (1.8)
Cretaed By Tri Hartono12
Dimana,m = laju umpan bahanes = energi permukaan persatuan luas
c = efisiensi pemecahan
m = efisiensi mekanik
p = densitas partikel
p, f = sperisitas produk dan umpan
dsp, dsf = mean surface diameter produk dan umpanP/m = energi kWh/kgP = daya (power), kW
Cretaed By Tri Hartono13
3.5 Hubungan Empirik: Hukum Rittinger dan Kick
Hukum pemecahan yang diusulkan oleh Rittinger tahun 1867 menyatakan bahwa kerja yang diperlukan untuk pemecahan zat padat sebanding dengan permukaan baru yang terbentuk. Hukum ini sebenarnya tidak lebih dari suatu hipotesis yang berarti bahwa c adalah tetap untuk mesin dan umpan tertentu, serta c tidak tergantung pada ukuran umpan maupun hasil.Jika pdan f sama dan c, m, p adalah konstanta maka konstanta-konstanta tersebut digabungkan menjadi KR yaitu Tetapan Rittinger sehingga dapat ditulis sebagai berikut:
Cretaed By Tri Hartono14
Persamaan Rittinger
Penggunaan hukum rittinger ini berlaku untuk ukuran padatan d < 0.05 mm.
Pada tahun 1885 Kick mengusulkan satu hukum lagi, yang didasarkan atas analisis tegangan deformasi plastis dalam batas elastis, yang menyatakan bahwa kerja yang diperlukan untuk pemecahan bahan adalah konstan untuk setiap rasio pengecilan yang sama, yaitu rasio ukuran partikel awal terhadap partikel akhir dan menghasilkan:
sfspR dd
Km
P 11 (1.9)
Cretaed By Tri Hartono15
Persamaan Kick
KK = Tetapan Kick
Penggunaan hukum kick ini berlaku untuk ukuran padatan d > 50 mm.
Hubungan umum kedua persamaan diatas adalah persamaan diferensial sebagai berikut:
ns
s
d
ddKk
m
Pd
(1.10)
ns
s
d
ddK
m
Pd
(1.11)
Cretaed By Tri Hartono16
Untuk n = 2 diperoleh persamaan Rittinger
Untuk n = 1 diperoleh persamaan kick
sfspR
s
sp
f
ddK
m
P
d
ddK
m
Pd
11
2
sp
sfK
s
s
p
f
d
dK
m
P
d
ddK
m
Pd
ln
1
Cretaed By Tri Hartono17
Baik hukum rittinger maupun kick, KR dan KK ditentukan secara percobaan melalui uji dg mesin yg sejenis dg yg akan dig dan dg bahan yg sama dg bahan yg akan dihancurkan. Dg demikian penggunaannya terbatas untuk ukuran padatan
1.6 HukumPemecahan Bond dan Indek Kerja, Wi
Satu metode yg agak realistik untuk menaksir daya yg diperlukan mesin pemecah diusulkan oleh Bond pada tahun 1952, yg menyatakan bahwa kerja yg diperlukan untuk membuat partikel dg diameternya ds dari umpan
Cretaed By Tri Hartono18
yang sangat besar adalah sebanding dengan akar pangkat dua dari rasio permukaan terhadap volume hasil yang bersangkutan, yaitu
Bila
Atau
Sehingga
p
p
V
S
pp
p
Sd
V
6
pp
p
dV
S 6
ppp
p
dK
dV
S 16
(1.12)
Cretaed By Tri Hartono19
Atau untuk n = 1,5 akan diperoleh persamaan bond
Penggunaan hukum bond ini berlaku untuk ukuran padatan 50 mm > d > 0.05 mm
sfspB
p
ddK
m
P
dK
m
P
11
1
(1.13)
sfsp
B
s
s
p
f
ddK
m
P
d
ddK
m
Pd
11
5,1
Cretaed By Tri Hartono20
Indek Kerja, Wi, yaitu kebutuhan energi bruto dalam kWh per ton umpan untuk menghancurkan umpan yang sangat besar sehingga 80% dari hasilnya dapat lewat ayak 100m. Definisi tersebut menghasilkan hubungan antara KB dan Wi .
Jika, ds = mm
P = kWm = ton/jam
maka, iiB WWK 3162,010100 3 (1.14)
Cretaed By Tri Hartono21
Tabel 1.1 dibawah menunjukkan contoh umum nilai Wi untuk berbagai bahan. Data ini tidak banyak berbeda diantara berbagai mesin dan berlaku untuk pemecah kering maupun penggiling basah. Untuk penggiling kering daya yang dihitung harus dikalikan dengan faktor 4/3
Tabel 1.1 Indek kerja Wi untuk pemecahan kering/penggilingan basah.
Cretaed By Tri Hartono22
Bahan Specific gravity Wi
Bauksit
Klinker semen
Bahan semen
Lempung/tanah liat
Batu bara
Kokas
Granit
Kerikil
Batu kapur
Kuarsa
2,10
3,15
2,67
2,51
1,4
1,31
2,66
2,66
2,66
2,65
8,78
13,45
10,51
6,3
13
15,13
15,13
16,06
12,74
13,57
Contoh Soal
Cretaed By Tri Hartono23
Berapakah daya yang diperlukan untuk menghancurkan batu kapur sebanyak 100 ton/jam, jika 80% umpan lewat ayak berdiameter 2 inchi dan 80% hasil dalam ayak 1/8 inchi.
SolusiTabel, batu kapur Wi = 12,74
m = 100 ton/jamdsf = 2 inchi = 2 x 2,54 cm = 50,8 mm
dsp = 1/8 inchi = 1/8 x 2,54 cm = 3,175 mm
Cretaed By Tri Hartono24
Sehingga daya yang diperlukan mesin sesuai persamaan (1.15) adalah
hpkWP
P
ddW
m
P
sfsp
i
227 6,169
8,50
1
175,3
174,123162,0100
113162,0
Cretaed By Tri Hartono25
3.7 Peralatan pengecilan partikel dalam industriCrusher adalah suatu mesin yg dig untuk memecah bongkahan padatan mjd padatan berukuran lebih kecil sesuai dg yg dikehendaki.Crusher biasanya diklasifikasikan tingkat dimana mampu mengecilkan bahan awal, yaitu:
Coarse crusher: hanya mampu memecah bahan padatan tidak terlalu kecil.
Intermediate crusher: kemampuan pemecahan bahan padat cukup kecil/signifikan.
Grinders: mampu memecah bahan padat menjadi partikel berukuran halus (powder).
Cretaed By Tri Hartono26
Dari sisi pandangan metalurgi, tdp perbedaan yg cukup jelas antara crushing & grinding. Crushing merup langkah awal utk memperoleh hasil ukuran padatan tidak lebih dari yg ditentukan, sedang grinding merupakan alat utk memperoleh ukuran partikel padat halus dan seragam. Salah satu tipe aplikasi penggunaan alat-alat diatas dlm industri pertambangan adalah pengg coarse crusher yg diikuti dengan SAG Mill & Ball Mill.
Tipe Crusher & GrinderTipe coarse crusher yg paling umum dan dikenal luas
adalah Jaw Crusher dan Gyratory Crusher. Namun selain kedua jenis crusher diatas juga tdp beberapa tipe lain seperti: impact crusher dan roller crusher
Jaw Crusher
Cretaed By Tri Hartono27
Jaw crusher terdiri dari suatu set rahang vertikal, dimana salah satu rahang dipasang tetap sedang rahang yang lain bergerak maju dan mundur sesuai mekanisme cam. Jarah kedua rahang pada sisi atas adalah lebih besar dibanding jarak ranhan bagian sisi bawah (membentuk konis) dan gerakan rahang tidak begitu besar (kuat) karena complete crushing tidak hanya berlangsung dalam satu langkah.
Cretaed By Tri Hartono28
Gambar 2.1 Jaw Crusher
Cretaed By Tri Hartono29
FrameCrushing ChamberSwing Jaw & Main
Bearing HousingsFlyweelEccentric ShaftBearingsHydraulic CylinderShimToggle BlockTension Rod With SpringToggle PlatesCheck PlatesJaw plates
Gambar 2.2 Bagian-bagian dalam Jaw Crusher
Gyratory Crusher
Cretaed By Tri Hartono30
Gyratory crusher serupa dengan jaw crusher, bagian dalam dan luar crusher berbentuk konis terbalik dimana bagian atas konis memiliki celah lebih besar dibanding bagian bawah. Rahang konis bagian dalam, memilki gerak putar yang lambat akibat adanya cam sedang. Sama dengan jawa crusher dimana umpan masuk dari sisi atas kebawah dan terpecahkan melalui celah kedua rahang berbentuk konis kemudian keluar sebagai hasil dengan ukuran sesuai lebar celah rahang konis bagian bawah.
Cretaed By Tri Hartono31
Gambar 2.3 Gyratory Crusher
Cretaed By Tri Hartono32
Gambar 2.4 Bagian-bagian Gyratory Crusher
Impact Crusher
Cretaed By Tri Hartono33
Impact crusher melibatkan penggunaan impact bukannya pressure untuk memecah padatan. Bahan padat dipecah dalam ruang yang terbatas dimana dilengkapi dengan bukaan untuk mengeluarkan hasil dengan ukuran sesuai bukaan yang dipasang. Jenis crusher ini biasanya digunakan untuk pemecahan bahan-bahan lunak seperti batubara (coal) atau bongkahan logam lunak.
Yang termasuk crusher jenis ini antara lain: ball mill, hammer mill, dan stamp mill.
Cretaed By Tri Hartono34
Ball Mill Sirkuit terbuka dan
tertutup wet and dry grinding air-swept grinding
systems combined drying and
grinding systems Preliminary
comminution systems
Grinding systems for non-ferrous grinding
Gambar 2.5 Ball Mill
Cretaed By Tri Hartono35
Aplikasi:Pigment- and filler
industryNatural stone
industryIndustry of building
materialsCoal preparationOre dressingCeramic industryPower plant
industry
Hammer Mill
Cretaed By Tri Hartono36
Termasuk penggiling jenis impact
Aplikasi: limestone dolomite gypsum anhydrite chalk clay bentonite broken bricks coal phosphate
Cretaed By Tri Hartono37
Combined grinding and drying plant with Birotor hammer mill
Grinding plant with BIROTOR hammer mill and dynamic separator
Cretaed By Tri Hartono38
Gambar 2.7 Proses kerja Hammer Mill
Stamp Mill
Cretaed By Tri Hartono39
Stamp mill adalah mesin pemecah bahan padat dg cara hentakan yg biasanya diaplikasikan untuk proses lanjutan atau pemecahan bijih logam
Cretaed By Tri Hartono40
Contoh mesin diatas adalah mesin pemecah bijih tembaga di Arizona dimana roda yang besar berputar (digerakkan oleh penggerak) sehingga menggerakkan poros engkol agar pemecah dapat bergerak naik turun (gerak putar diubah menjadi gerak lurus).
Roller Crusher
Cretaed By Tri Hartono41
Crusher jenis ini termasuk intermediate crusher yang memililki sepasang roller berbentuk silinder mendatar dimana diantara kedua celah silinder ini bahan dimasukkan. Kedua roller berputar dengan arah berlawanan, yang akhirnya menjepit dan memecah bahan padat.