PABRIK CEMENT RETARDER DARI GYPSUM DENGAN PROSES GRANULASI.

(1)

PABRIK CEMENT RETARDER DARI GYPSUM DENGAN

PROSES GRANULASI

PRA RENCANA PABRIK

oleh :

FERO GUNA WIYONO

0831010031

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JATIM

SURABAYA

(2)

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan

dengan segala rahmat serta karuniaNya sehingga penyusun telah dapat

menyelesaikan Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Cement Retarder dari Gypsum

dengan Proses Granulasi”, dimana Tugas Akhir ini merupakan tugas yang

diberikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan

kesarjanaan di Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri,

Universitas Pembangunan Nasional Surabaya.

Tugas Akhir “Pra Rencana Pabrik Cement Retarder dari Gypsum

dengan Proses Granulasi” ini disusun berdasarkan pada beberapa sumber yang

berasal dari beberapa literatur , data-data , majalah kimia, dan internet.

Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan baik berupa saran, sarana maupun prasarana sampai tersusunnya Tugas

Akhir ini kepada :

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT

Selaku Dekan FTI UPN “Veteran” Jawa Timur

2. Ibu Ir. Retno Dewati, MT

Selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia, FTI, UPN “Veteran” Jawa

Timur.

3. Ibu Ir. Caecelia Pujiastuti, MT

selaku dosen pembimbing.

4. Dosen Program Studi Teknik Kimia , FTI, UPN “Veteran” Jawa

Timur.

5. Seluruh Civitas Akademik Jurusan Teknik Kimia , FTI, UPN

“Veteran” Jawa Timur.

6. Kedua orang tua kami yang selalu mendoakan kami.

7. Semua pihak yang telah membantu , memberikan bantuan, saran serta

(3)

Penyusun menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,

karena itu segala kritik dan saran yang membangun penyusun harapkan dalam

sempurnanya tugas akhir ini.

Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang

telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua khususnya bagi mahasiswa

Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Kimia.

Surabaya , Juni 2012

(4)

DAFTAR TABEL

Tabel I.1. Kebutuhan Cement retarder di Indonesia... I- 2

Tabel VII.1. Instrumentasi pada pabrik Cement Retarder ... VII-4

Tabel VII.2. Fasilitas-fasilitas yang dapat menunjang keselamatan

kerja para karyawan ... VII-6

Tabel VIII.1. Standart Baku Mutu Air Bersih berdasarkan KepMenKes

No.492 Tahun 2010... VIII-2

Tabel VIII.2. Kebutuhan air proses untuk pabrik... VIII-3

Tabel VIII.3. Kebutuhan air pendingin untuk pabrik... VIII-3

Tabel VIII.4. Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Proses ... VIII-62

Tabel VIII.5. Kebutuhan Listrik untuk Peralatan Utilitas... VIII-63

Tabel VIII.6. Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan ... VIII-63

Tabel VIII.7. Jumlah lampu mercury yang dibutuhkan ... VIII-64

Tabel IX.1. Perkiraan Luas Pabrik ... IX-7

Tabel X.1. Jumlah karyawan Pabrik Cement Retarder ... X-9

Tabel X.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja Dan Gaji ... X-10

Tabel X.3. Jadwal kerja karyawan proses ... X-12

Tabel XI.1. Modal Sendiri pada Tahun Konstruksi... XI-7

Tabel XI.2. Modal Pinjaman pada Tahun Konstruksi ... XI-7

Tabel XI.3. Internal Rate of Return (IRR)... XI-8

Tabel XI.4. Rate On Equity (ROE) ... XI-9

(5)

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1. Grafik kebutuhan cement retarder di Indonesia ... I-3

Gambar IX.1. Peta Lokasi Pabrik Cement Retarder ... IX-6

Gambar IX.2. Tata Letak Pabrik ... IX-8

Gambar X.1. Bagan Struktur Organisasi Perusahaan ... X-3

(6)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

KATA PENGANTAR ... ii

INTISARI ... iv

DAFTAR TABEL... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR ISI... viii

BAB I PENDAHULUAN ... I – 1

BAB II PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES... II – 1

BAB III NERACA MASSA ... III – 1

BAB IV NERACA PANAS ... IV – 1

BAB V SPESIFIKASI ALAT... V – 1

BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA... VI – 1

BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ... VII – 1

BAB VIII UTILITAS... VIII – 1

BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK... IX – 1

BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN ... X – 1

BAB XI ANALISA EKONOMI ... XI – 1

BAB XII PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN... XII – 1

(7)

INTISARI

Perencanaan pabrik Cement Retarder ini diharapkan dapat berproduksi dengan

kapasitas 150.000 ton/tahun dalam bentuk padat. Pabrik beroperasi secara kontinyu berjalan

selama 24 jam tiap hari dan 330 hari kerja dalam setahun.

Industri Cement Retarder di Indonesia mempunyai perkembangan yang stabil, dengan

meningkatnya kebutuhan Cement Retarder. Semakin meningkatnya pertumbuhan konstruksi

juga akan menyebabkan kebutuhan bahan baku Cement Retarder semakin meningkat dimana

produk ini merupakan salah satu komponen dalam pembuatan semen Portland. Berikut

dibawah ini adalah ringkasan singkat hasil perhitungan dan pembahasan beberapa hal dari

pabrik Cement Retarder :

1. Pendirian pabrik berlokasi di Kabupaten Tuban, Jawa Timur dengan ketentuan :

a. Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas

b. Sistem Organisasi : Garis dan Staff

c. Jumlah Karyawan : 136 orang

d. Sistem Operasi : Kontinyu

e. Waktu Operasi : 330 hari/tahun ; 24 jam/hari

2. Bahan Baku :

a. Gypsum rock (CaSO4.2H2O) : 20050,0355 kg / jam

3. Kebutuhan Utilitas :

a. Bahan bakar : 49027,2401 liter / hari ( diesel oil)

1759,8466 liter/hari (Fuel oil)

b. Air : 2643,0723 m3 / hari

c. Listrik : 620,8895 kWh

d. PAC : 1984,9179 liter/jam

e. Alum : 1950,3765 liter/jam

f. Desinfektan : 4,82 kg/hari

4. Umur Pabrik : 10 tahun

5. Masa Konstruksi : 2 Tahun

6. Lokasi Pabrik : Kabupaten Tuban, Jawa Timur

7. Hasil Analisa Ekonomi :

a. Modal Tetap (FCI) : Rp. 195,310,907,035.17

(8)

d. Internal Rate of Return (IRR) : 26,77%

e. Rate On Equity (ROE) : 39,63%

f. Pay Out Periode (POP) : 3,59 tahun

(9)

PENDAHULUAN I - 1

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Cement retarder mengandung banyak calcium sulfate dan dikenal dengan

beberapa nama antara lain : Plaster of Paris, Gypsum Plaster, atau Stucco akan

tetapi dari semua nama tersebut mewakili bentuk dari calcium sulfate itu sendiri.

Cement retarder (calcium sulfate) dapat dibuat dengan mengkalsinasi serbuk

(powder) dari batuan gypsum untuk memisahkan tiga per empat air yang

terkandung pada proses kristalisasi.

Industri gypsum dan industri plester sangat dekat hubungannya dengan

industri di bidang konstruksi, misalnya pembuatan bahan bangunan. Hal ini dapat

dilihat bahwa 90% gypsum digunakan untuk bahan bangunan. Berdasarkan hal

tersebut, maka produksi gypsum mengikuti siklus untuk bahan konstruksi. Selain

itu calcium sulfate digunakan sebagai “filler” atau bahan tambahan untuk

menbentuk komposisi cat, kertas, dan lain sebagainya.(Faith,W.L,Keyes,D.B&

Clark,R.L,1960)

Calcium sulfate sebagai retarder adalah bahan tambah yang berfungsi

untuk menghambat waktu pengikatan beton. Penggunaannya untuk menunda

waktu pengikatan beton (setting time) misalnya karena kondisi cuaca yang panas,

atau memperpanjang waktu pengerasan untuk menghindari cold joints. Proses

percepatan hidrasi berarti bahwa semen menggunakan sejumlah air untuk hidrasi

yang sedianya digunakan untuk memberikan sifat workabilitas. Oleh karena itu,

diperlukan air yang lebih untuk mempertahankan nilai slump pada tingkat yang

diinginkan, yang berarti kuat tekan beton menjadi berkurang. Temperatur yang

tinggi, kelembaban yang rendah dan angin menyebabkan penguapan air yang

sangat cepat dalam campuran pada saat musim panas. Pengeringan beton ini

menimbulkan cracking pada permukaan.

Demikian sehingga calcium sulfate ini penting pada kegiatan industri

(10)

yang semakin meningkat setiap tahun seiring pertumbuhan konstruksi di

Indonesia menjadi alasan kami untuk merencanakan pabrik cement retarder ini.

Pada pabrik cement retarder yang akan direncanakan ini, bahan baku

gypsum digunakan gypsum dari Kabupaten Tuban - Jawa timur dan daerah lain

seperti Kabupaten Kulon progo – D.I. Yogyakarta yang merupakan daerah

eksplorasi yang masih mengandung deposit gypsum yang banyak.

I.2. Manfaat

Kegunaan terbesar dari cement retarder adalah sebagai bahan baku pada

proses pembuatan semen Portland dimana cement retarder ini digunakan sebagai

penghambat atau memperlambat (retard) reaksi pengerasan pada semen sehingga

membantu proses penyempurnaan campuran semen.

I.3. Aspek Ekonomi

Kebutuhan cement retarder di Indonesia semakin meningkat dengan

peningkatan pertumbuhan kapasitas pada bidang industri kimia semen. Kebutuhan

cement retarder di Indonesia dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :

Tabel I.1. Kebutuhan Cement retarder di Indonesia

Tahun Kapasitas Produksi (ton/tahun)

2004 43370

2005 46000

2006 50280

2007 50718

2008 55615

2009 59486

Sumber :BPS (Badan Pusat Statistik)

Berdasarkan data tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa kebutuhan

(11)

retarder di Indonesia masih perlu peningkatan untuk memenuhi kebutuhan

tersebut.

Berdasarkan tabel di atas, dapat dibuat grafik hubungan antara kebutuhan

produk dengan tahun produksi.

Gambar I.1 : Grafik kebutuhan cement retarder di Indonesia

Dari grafik di atas, dengan metode regresi linier maka diperoleh

persamaan untuk mencari kebutuhan pada tahun tertentu dengan persamaan :

Y = 3138 X – 6 x 1006

Keterangan : Y = Kebutuhan (ton/tahun)

X = Tahun ke-n

Pabrik cement retarder ini direncanakan beroperasi pada tahun 2014 sehingga

untuk mencari kebutuhan pada tahun 2014, maka X = 2014.

Kebutuhan pada tahun 2014 :

Y = [ 3138 x 2014 ] – 6.106

= 319932 ton/th

Untuk kapasitas terpasang pabrik, diambil asumsi 50% dari kebutuhan total,

sehingga kapasitas pabrik = 50% x 319932 ton/tahun = 159.966 ton/tahun.

(12)

I.4. Sifat bahan baku dan produk ( Perry 7th,1997) Bahan baku :

1.4.1. Gypsum

Formula : CaSO4.2H2O (kandungan terbesar = 96%)

Berat molekul : 172.17

Warna : putih

Bentuk : batuan monoclonic

Specific gravity : 2.32

Melting Point : 128oC

Boiling Point : 163oC

Solubility, cold water : 0.223

Solubility, hot water : 0.257

Solubility, others : larut dalam alkali

Produk : I.4.2. Cement retarder

Formula : CaSO4.2H2O (kandungan terbesar = 99%)

Berat molekul : 172.17

Warna : putih

Bentuk : Powder

Specific gravity : 2.96

Melting Point : 1450oC

Boiling Point : 1193oC

Solubility, cold water : 0.298

Solubility, hot water : 0.1619

Solubility, others : larut dalam alkali

I.5. Kegunaan

1. Industry semen Portland : 17.0% ; sebagai retarder

2. Pertanian : 8.5% ; sebagai bahan pupuk

(13)

4. Sementasi : 24.0% ; bahan campuran

5. Wallboard : 48.0% ; bahan campuran

(14)

PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES II - 1

BAB II

PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

II.1. Macam proses

Pada umumnya proses pembuatan cement retarder dilakukan dengan cara

kalsinasi batuan gypsum. Untuk produk cement retarder dalam bentuk

hemi-hydrate dilakukan dengan kalsinasi pada suhu sekitar 160 oC dimana pada suhu

tersebut gypsum kehilangan sekitar 1.5 % molekul air.

Reaksi yang terjadi adalah : ( Kirk Othmer, 1962)

CaSO4.2H2O(s) CaSO4. ½ H2O(s) + 1 ½ H2O (G)

Apabila produk yang diinginkan adalah calcium sulfate anhydrate, maka

proses kalsinasi gypsum dilakukan pada suhu lebih tinggi. Calcium sulfate

anhydrate terdiri dari 2 macam produk yaitu calcium sulfate anhydrate soluble dan

calcium sulfate anhydrate insoluble. Untuk calcium sulfate anhydrate soluble

proses kalsinasi dilakukan pada suhu 1400C sampai dengan 2000C. Untuk calcium

sulfate anhydrate insoluble dapat diperoleh dengan proses kalsinasi pada suhu

9000C selama 1 jam. Reaksi yang terjadi : (kirk Othmer, 1962)

CaSO4.2H2O(s) CaSO4(s) + 2H2O (G)

Pada pembuatan cement retarder dari gypsum ini, proses kalsinasi dapat

dibedakan menjadi dua, tergantung pada alat kalsinasi (calciner) yang digunakan.

Terdapat 2 cara kalsinasi yaitu kalsinasi dengan menggunakan vertical kiln dan

kalsinasi dengan menggunakan horizontal kiln atau lebih dikenal dengan rotary

kiln.

A.Kalsinasi dengan Vertikal Kiln

Pada proses ini kalsinasi dilakukan dengan cara mengumpankan gypsum

pada bagian atas kiln dan kemudian dihembuskan udara panas dari bagian bawah

kiln sehingga terjadi proses kalsinasi secara berlawanan arah. Kondisi operasi

pada vertical kiln pada tekanan 1 atm dengan suhu operasi 1600C dengan waktu

(15)

B. Kalsinasi dengan Rotary Kiln

Pada proses ini kalsinasi dilakukan dengan cara memasukkan gypsum

pada bagian pemasukan kiln dan kemudian dihembuskan udara panas secara

berlawanan arah. Kondisi operasi pada rotary kiln pada tekanan 1 atm dengan

suhu operasin 9000C dengan waktu tinggal 15 - 30 menit.

II.2. Pemilihan proses

Berdasarkan uraian diatas maka proses pembuatan cement retarder dapat

dilakukan denagn kalsinasi vertical kiln maupun horizontal kiln dengan perbedaan

kondisi operasinya adalah sebagai berikut :

Nama Proses

Pembatas Vertikal Horizontal

Bahan baku Gypsum Gypsum

Operasi 10 -15menit 15-30 menit

Alat utama Vertical shaft kiln Rotary kiln

Ukuran produk 100 mesh 100 mesh

Suhu 1600C 9000C

Peralatan sederhana Kompleks

Dari tabel diatas dipilih proses pembuatan cement retarder dari gypsum

dengan proses kalsinasi menggunakan vertical kiln dengan factor-faktor :

1. Operasi pabrik sederhana

2. Suhu operasi rendah sehingga utilitas rendah

(16)

II.2. Uraian proses Flowsheet Dasar :

Sumber : (Faith,W.L,Keyes,D.B& Clark,R.L,1960)

Bahan baku gypsum dalam bentuk serbuk dari gudang dimasukkan pada bin

dengan bantuan belt conveyor dan bucket elevator. Gypsum kemudian

dimasukkan pada slurry tank untuk dicampur dengan air proses agar impuritis

pada gypsum dapat terlarut. Penambahan air proses dilakukan sampai dengan

kadar larutan 35 % solid. Larutan dipompa menuju ke vacum filter untuk

pemisahan cake dan filtrat, dimana filtrat berupa impuritis dibuang ke pengolahan

limbah, sedangkan cake berupa gypsum diumpankan pada rotary dryer dengan

screw conveyor.

Pada rotary dryer, cake dikeringkan pada suhu 1000C dengan bantuan udara

panas secara countercurrent. Udara dihembuskan oleh blower dan dipanaskan

pada heater. Udara panas dan padatan terikut kemudian dipisahkan oleh cyclone,

dimana udara panas dibuang ke udara bebas sedangkan padatan yang terpisah

secara bersamaan dengan produk bawah rotary dryer dimasukkan ke vertical

shaft kiln dengan belt conveyor dan bucket elevator.

Pada vertical shaft kiln terjadi proses kalsinasi gypsum menjadi calcium

sulfate hemihydrate pada suhu 1600C dengan bantuan udara panas yang dibakar

oleh fuel oil.

Produk calcium sulfate hemihydrate kemudian dimasukkan pada cooling

conveyor untuk didinginkan dengan suhu 350C. Produk gas dari vertical shaft

kiln dan padatan yang terikut dipisahkan pada cyclone dimana gas dibuang ke

(17)

dimasukkan pada cooling conveyor untuk didinginkan dengan suhu 350C.

Calcium sulfat kemudian dimasukkan menuju ke granulator.

Pada granulator, calcium sulfate hemihydrate kemudian digranulasi dengan

penambahan air proses. Granular cement retarder kemudian dimasukkan pada ball

mill dengan bantuan screw conveyor dan bucket elevator.

Pada ball mill produk kemudian dihaluskan sampai dengan ukuran 100

mesh, kemudian disaring pada screen. Produk oversize berukuran (lebih dari 100

mesh) dimasukkan kembali ke ball mill sedangkan produk undersize (berukuran

100 mesh) ditampung pada silo sebagai produk cement retarder yang seragam

(18)

NERACA MASSA III - 1

BAB III NERACA MASSA

Kapasitas Produksi : 150.000 ton/tahun

1. SLURRY TANK (M-120)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam)

Gypsum dari F-113: Campuran ke H-130:

CaSO4.2H2O = 19248,0341 CaSO4.2H2O = 19248,0341

CaCO3 = 601,5011 CaCO3 = 601,5011

MgCO3 = 100,2052 MgCO3 = 100,2052

NaCl = 80,2001 NaCl = 80,2001

Impuritis = 20,0500 Impuritis = 20,0500

Jumlah = 20050,0355 H2O = 37235,7803

Air proses

H2O = 37235,7803

(19)

2. ROTARY DRUM VACUM FILTER (H-130)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) Campuran gypsum dari M-120: Cake gypsum ke B-210:

CaSO4.2H2O = 19248,0341 CaSO4.2H2O = 18215,5919

CaCO3 = 601,5011 CaCO3 = 570,9568

MgCO3 = 100,2052 MgCO3 = 91,6854

NaCl = 80,2001 NaCl = 4,0100

Impuritis = 20,0500 H2O = 1861,7890

H2O = 37235,7803 Jumlah = 20744,0331

Jumlah = 57285,8158

Filtrat ke WTP:

Air pencuci: CaSO4.2H2O = 73,9316

H2O = 9437,0598 CaCO3 = 0,4952

MgCO3 = 3,7496

NaCl = 76,1901

Impuritis = 20,0500

H2O = 35373,9913

Jumlah = 35548,4079

Air pencuci:

CaSO4.2H2O = 958,5106

CaCO3 = 30,0490

MgCO3 = 4,8152

H2O = 9437,0598

Jumlah = 10430,4345

(20)

3. ROTARY DRYER (B-210)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) Gypsum dari H-130: Gypsum ke J-214:

CaSO4.2H2O = 18215,5919 CaSO4.2H2O = 18213,7703

CaCO3 = 570,9568 CaCO3 = 570,8997

MgCO3 = 91,6854 MgCO3 = 91,6762

NaCl = 4,0100 NaCl = 4,0096

H2O = 1861,7890 Jumlah = 18880,3559

Jumlah = 20744,0331 Gypsum ke H-211:

CaSO4.2H2O = 1,8216

CaCO3 = 0,0571

MgCO3 = 0,0092

NaCl = 0,0004

H2O = 1861,7890

Jumlah = 1863,6772

(21)

4. CYCLONE-1 (H-211)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) Gypsum dari B-210 : Gypsum ke J-214 :

CaSO4.2H2O = 1,8216 CaSO4.2H2O = 1,8033

CaCO3 = 0,0571 CaCO3 = 0,0565

MgCO3 = 0,0092 MgCO3 = 0,0091

NaCl = 0,0004 NaCl = 0,0004

H2O = 1861,7890 Jumlah = 1,8693

Jumlah = 1863,6772 Gypsum ke Udara bebas :

CaSO4.2H2O = 0,0182

CaCO3 = 0,0006

MgCO3 = 0,0001

NaCl = 0,000004

H2O = 1861,7890

Jumlah = 1861,8079

(22)

5. SCREW CONVEYOR-2 (J-214)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam)

Gypsum dari B-210: Gypsum ke B-220:

CaSO4.2H2O = 18213,7703 CaSO4.2H2O = 18215,5737

CaCO3 = 570,8997 CaCO3 = 570,9563

MgCO3 = 91,6762 MgCO3 = 91,6853

NaCl = 4,0096 NaCl = 4,0096

Jumlah = 18880,3559 Jumlah = 18882,2248

Gypsum dari H-211

CaSO4.2H2O = 1,8033

CaCO3 = 0,0565

MgCO3 = 0,0091

Jumlah = 1,8689

(23)

6. VERTICAL SHAFT KILN (B-220)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam)

Gypsum dari J-214: CaSO4.1/2H2O ke J-230:

CaSO4.2H2O = 18215,5737 CaSO4.1/2H2O = 15354,6166

CaCO3 = 570,9563 CaCO3 = 570,8992

MgCO3 = 91,6853 MgCO3 = 91,6761

NaCl = 4,0096 NaCl = 4,0092

Jumlah = 18882,2248 Jumlah = 16021,2011

Campuran ke H-221:

CaSO4.1/2H2O = 1,5356

CaCO3 = 0,0571

MgCO3 = 0,0092

NaCl = 0,0004

H2O(gas) = 2859,4215

Jumlah = 2861,0237

(24)

7. CYCLONE-2 (H-221)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) Gypsum dari B-220 : CaSO4.1/2 H2O ke J-230:

CaSO4.1/2H2O = 1,5356 CaSO4.1/2H2O = 1,5203

CaCO3 = 0,0571 CaCO3 = 0,0565

MgCO3 = 0,0092 MgCO3 = 0,0091

NaCl = 0,0004 NaCl = 0,0004

H2O(gas) = 2859,4215 Jumlah = 1,5863

Jumlah = 2861,0237

Campuran ke Udara bebas :

CaSO4.1/2H2O = 0,0154

CaCO3 = 0,0006

MgCO3 = 0,0001

NaCl = 0,000004

H2O(gas) = 2859,4215

Jumlah = 2859,4375

(25)

8. COOLING CONVEYOR (J-230)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) CaSO4.1/2 H2O dari B-220 : CaSO4.1/2 H2O ke X-310 :

CaSO4.1/2H2O = 15354,6166 CaSO4.1/2H2O = 15356,1369

CaCO3 = 570,8992 CaCO3 = 570,9557

MgCO3 = 91,6761 MgCO3 = 91,6852

NaCl = 4,0092 NaCl = 4,0092

Jumlah = 16021,2011 Jumlah = 16022,7870

CaSO4.1/2 H2O dari H-221:

CaSO4.1/2H2O = 1,5203

CaCO3 = 0,0565

MgCO3 = 0,0091

Jumlah = 1,5859

Total = 16022,7870 Total = 16022,7870

9. GRANULATOR (X-310)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) CaSO4.1/2 H2O dari J-230: CaSO4.2 H2O ke C-320:

CaSO4.1/2H2O = 15356,1369 CaSO4.2H2O = 18215,5555

CaCO3 = 570,9557 CaCO3 = 570,9557

MgCO3 = 91,6852 MgCO3 = 91,6852

NaCl = 4,0092 NaCl = 4,0092

Jumlah = 16022,7870 H2O = 57,1884

Air proses : Jumlah = 18939,3939

H2O = 2916,6070

(26)

10. BALL MILL (C-320)

Komponen Masuk(kg/jam) Komponen keluar(kg/jam) CaSO4.2H2O dari X-310 : CaSO4.2H2O ke H-321:

CaSO4.2H2O = 18215,5555 CaSO4.2H2O = 21430,0653

CaCO3 = 570,9557 CaCO3 = 671,7126

MgCO3 = 91,6852 MgCO3 = 107,8649

NaCl = 4,0092 NaCl = 4,7167

H2O = 57,1884 H2O = 67,2804

Jumlah = 18939,3939 Jumlah = 22281,6399

CaSO4.2H2O dari H-321(over size):

CaSO4.2H2O = 3214,5098

CaCO3 = 100,7569

MgCO3 = 16,1797

NaCl = 0,7075

H2O = 10,0921

Jumlah = 3342,2460

(27)

11. SCREEN (H-321)

Komponen Masuk (Kg/jam) Komponen Keluar (Kg/jam) CaSO4.2H2O dari C-320: CaSO4.2H2O (under size) ke F-410:

CaSO4.2H2O = 21430,0653 CaSO4.2H2O = 18215,5555

CaCO3 = 671,7126 CaCO3 = 570,9557

MgCO3 = 107,8649 MgCO3 = 91,6852

NaCl = 4,7167 NaCl = 4,0092

H2O = 67,2804 H2O = 57,1884

Jumlah = 22281,6399 Jumlah = 18939,3939

CaSO4.2H2O ke C-320(Recycle):

CaSO4.2H2O = 3214,5098

CaCO3 = 100,7569

MgCO3 = 16,1797

NaCl = 0,7075

H2O = 10,0921

Jumlah = 3342,2460

(28)

NERACA PANAS IV - 1

BAB IV

NERACA PANAS

1. ROTARY DRYER (B-210)

KomponenMasuk (kkal/jam) Komponen Keluar (kkal/jam)

∆H CaSO4.2H2O dari H-130 : ∆H CaSO4.2H2O ke J-214 :

∆H CaSO4.H2O = 24773,2050 ∆H CaSO4.H2O = 371743,0527

∆H CaCO3 = 565,2473 ∆H CaCO3 = 8951,7080

∆H MgCO3 = 92,6022 ∆H MgCO3 = 1383,3940

∆H NaCl = 4,1303 ∆H NaCl = 62,7102

∆H H2O = 9308,9451 Jumlah : = 382140,8649

Jumlah = 34744,1299

∆H Udara panas + padatan terikut ke H-211 :

∆H CaSO4.H2O = 42,2237

∆H Udara panas : ∆H CaCO3 = 1,0237

∆H Udara + H2O(UAP) = 6768740,1599 ∆H MgCO3 = 0,1571

∆H NaCl = 0,0071

∆H H2O = 1079186,0017

∆H Udara + H2O UAP) = 5269047,6680 Jumlah = 6348277,0815

Q loss = 73066,3433

Total = 6803484,3898 Total = 6803484,3898

2. HEATER (E-213)

∆H udara bebas dari G-212 : ∆H udara panas ke B-210 :

∆H Udara + H2O( uap) = 19682,5281 ∆H Udara + H2O (uap) = 6768740,1599 Q supply(steam) = 7104271,1914 Q loss = 355213,5596

(29)

3. VERTICAL SHAFT KILN (B-220)

∆H CaSO4.2H2O dari J-214: ∆H CaSO4.1/2 H2O ke J-230 :

∆H CaSO4.H2O = 371779,8589 ∆H CaSO4.1/2 H2O = 484591,7005

∆H CaCO3 = 8952,5943 ∆H CaCO3 = 16681,6739

∆H MgCO3 = 1383,5309 ∆H MgCO3 = 2489,9233

∆H NaCl = 62,7102 ∆H NaCl = 114,0218 Jumlah = 382178,6944 Jumlah = 503877,3195

∆H Udara panas + padatan terikut ke H-221:

∆H CaSO4.1/2 H2O = 53,9308

∆H Udara panas : ∆H CaCO3 = 1,8710

∆HUdara + H2O(UAP) = 18943136,8156 ∆H MgCO3 = 0,2771

∆H NaCl = 0,0127

∆H H2O gas = 1742988,9395

∆H Udara + H2O (UAP) = 14646741,3400

Jumlah = 16389786,3675

∆ H Reaksi = 2319308,5100

Q loss = 112343,3130

(30)

4. COOLING CONVEYOR (J-230)

∆H CaSO4.1/2 H2O dari B-220: ∆H CaSO4.1/2 H2Oke X-310:

∆H CaSO4.1/2 H2O = 484591,7005 ∆H CaSO4.1/2 H2O = 35933,3603

∆H CaCO3 = 16681,6739 ∆H CaCO3 = 1136,2018

∆H MgCO3 = 2489,9233 ∆H MgCO3 = 184,2872

∆H NaCl = 114,0218 ∆H NaCl = 8,2590 Jumlah = 503877,3195 Jumlah = 37262,1083

Q terserap = 466670,7293

∆H CaSO4.1/2 H2O dari H-221:

∆H CaSO4.1/2 H2O = 53,3915

∆H CaCO3 = 1,8523

∆H MgCO3 = 0,2743

Jumlah = 55,5181

(31)

5. GRANULATOR (X-310)

∆H CaSO4.1/2 H2O dari J-230: ∆H CaSO4.2H2O ke C-32O:

∆H CaSO4.1/2 H2O = 35933,3603 ∆H CaSO4.2 H2O = 24773,1554

∆H CaCO3 = 1136,2018 ∆H CaCO3 = 565,2461

∆H MgCO3 = 184,2872 ∆H MgCO3 = 92,6020

∆H NaCl = 8,2590 ∆H NaCl = 4,1295

Jumlah = 37262,1083 ∆H H2O = 285,9419

Jumlah = 25721,0750

Q terserap = 662853,0458

∆ H Reaksi = 651312,0125

(32)

SPESIFIKASI ALAT V - 1

BAB V

SPESIFIKASI ALAT

Kapasitas produksi = 150.000 ton/tahun

Waktu operasi = 24 jam / hari ; 330 hari / tahun

Satuan massa = kilogram/jam

Satuan panas = kilokalori/jam

1. GUDANG GYPSUM ( F - 110 )

Fungsi : Menampung gypsum dari supplier

Tipe/bentuk : Bangunan empat persegi panjang

Kapasitas : 6188,9559 m3

Dimensi : Panjang : 30,31 meter

Lebar : 20,21 meter

Tinggi : 10,10 meter

Bahan konstruksi : Beton

Jumlah : 1 buah

2. BELT CONVEYOR-1 ( J - 111 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari gudang (F-110) ke Bucket

elevator (J-112)

Tipe : Troughed belt on 45o idlers with rools of equal lenght

Kapasitas maksimum : 32 ton/jam

Belt width : 14 in

Trough width : 9 in

Panjang : 38,1 ft

Skirt seal : 2 in

Belt speed : 200 ft/min

Sudut elevasi : 21,8o

Power total : 3,5 hp

(33)

Bahan konstruksi : Steel

Jumlah : 1 buah

3. BUCKET ELEVATOR-1 ( J - 112 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari belt conveyor (J-111) ke

BIN (F-113).

Tipe : Centrifugal discharge bucket elevator

Ukuran bucket : 8" x 5" x 5.5"

Bucket spacing : 14 in

Kecepatan bucket : 167,1 ft/min

Tinggi bucket elevator: 35 ft

Putaran poros : 31,93 rpm

Power : 4 hp

Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 buah

4. BIN ( F - 113 )

Fungsi : Menampung sementara bahan sebelum masuk ke slurry

tank (M-120).

Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas plat bawah conis.

Kapasitas : 2857 cuft

Diameter : 12,21 ft

Tinggi : 24,41 ft

Tebal shell : ¼ in

Tebal tutup atas : ¼ in

Tebal tutup bawah : ¼ in

Tinggi tutup bawah : 3,52 ft

Bahan : Carbon Steel SA-283 Grade C

(34)

5. SLURRY TANK (M - 120 )

Fungsi : Membuat campuran gypsum 35%.

Tipe : Silinder tegak , tutup atas dished, tutup bawah conis

dilengkapi pengaduk.

Kondisi operasi : * Tekanan operasi = 1 atm (atmospheric pressure)

* Suhu operasi = 30oC (suhu kamar)

* Waktu operasi = 1 jam

Kapasitas : 1904,1 ft3

Diameter : 10,7 ft

Tinggi shell : 21,32 ft

Tebal shell : 3/16 in

Tinggi tutup : 1,51 ft

Tebal tutup atas : 3/16 in

Tebal tutup bawah : 3/16 in

Bahan : Carbon Steel SA 240 Grade S (Type 304)

Jumlah : 1 buah

Dimensi pengaduk :

Tipe : 6 flate blade turbin with 4 baffle

Diameter impeler : 3,60 ft

Lebar blade : 0,71 ft

Panjang balde : 0,88 ft

Lebar baffle : 0,88 ft

Jumlah baffle : 4 buah

Power motor : 127 hp

Jumlah pengaduk : 4 buah

6. POMPA ( L - 121 )

Fungsi : Memindahkan campuran CaSO4.2H2O dari slurry tank

(M-120) ke rotary drum vacuum filter (H-130).

Tipe : Centrifugal Pump

(35)

Total Dynamic Head : 79,70 ft lbf/lbm

Effisiensi motor : 80%

Power : 11 hp

Jumlah : 1 buah

dimensi pipa : 2 ½ in sch 40

effisiensi pompa : 58%

7. ROTARY DRUM VACUM FILTER ( H - 130 )

Fungsi : Memisahkan cake dan filtrate campuran gypsum 35 %

Tipe : Standart rotary drum vacuum filter

Diameter : 4,24 m

Panjang : 6,78 m

Putaran : 10 rpm

Bahan : Carbon steel

Jumlah : 1 buah

8. SCREW CONVEYOR-1 ( J - 131 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari vacum filter (H-130) ke rotary

dryer (B-210)

Tipe : Plain spouts or chutes

Kapasitas : 351,6 cuft/jam

Panjang : 30 ft

Diameter : 10 in

Kecepatan putaran : 55 rpm

Power : 2 hp

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : carbon steel

9. ROTARY DRYER ( B - 210 )

Fungsi : Megeringkan bahan dengan bantuan udara panas

(36)

Kondisi operasi :

Tekanan operasi = 1 atm (atmospheric pressure)

Suhu operasi = 100oC ( Kirk othmer,1962 : 439)

Kapasitas : 20744,03 kg /jam

Isolasi : batu isolasi

Tebal isolasi : 12 in

Diameter : 5,22 ft

Panjang : 31 ft

Tinggi bahan : 0,13 ft

Sudut rotary : 1,55 o

Power : 115 hp

Bahan konstruksi : steel

Jumlah : 1 buah

10.CYCLONE -1 (H-211)

Fungsi : Memisahkan padatan dari aliran udara panas

Tipe : Cyclone separator

Kapasitas : 38270,24 lb/jam

Ukuran : Bc = 10,97 ft ; Lc = 87,76 ft

Dc = 43,88 ft ; Sc = 5,4853 ft

De = 21,94 ft ; Zc = 87,76 ft

Hc = 21,94 ft ; Jc = 10,97 ft

Tebal tutup atas : ¼ in

Tebal tutup bawah : ¼ in

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C

(37)

11.BLOWER-1 (G-212)

Fungsi : Untuk menghembuskan udara menuju rotary dryer

Tipe : Centrifugal blower

Kapasitas : 7605 cuft/menit

HP shaft : 35 hp

Jumlah : 1 buah

12.HEATER ( E - 222 )

Fungsi : Memanaskan udara sampai 120 oC

Tipe : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger ( Fixed tube)

Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm (atmospheric pressure)

- Suhu =120C(suhu masuk rotary dryer)

- Waktu proses = continuous

Di gunakan shell dengan ID = 37 in, Baffle space = 5 in,Passes = 1

Dan Untuk Tube side dengan :

~ Number and length = 914, 16'0"

~ OD,BWG,pitch = 3/4 in, 16 BWG,1 in-square

~ Passes = 2

(KERN,1950;Tabel 9-10 hal.841-843)

Faktor kekotoran gabungan minimal 0,003 J.Ft2.oF / BTU

∆P steam maksimal 10 Psi dan ∆P udara maksimal 10 Psi

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Carbon steel

Tube : OD : ¾ in; 16 BWG

Panjang : 16 ft

Pitch : 1 in square

Jumlah tube : 914

Passes : 2

Shell : ID : 37 in

(38)

Luas permukaan shell : 0,3212 ft2

Luas permukaan tube : 0,6230 ft2

Heat exchanger area,A: 2870,7 ft2

13.SCREW CONVEYOR-2 ( J - 214 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari rotary dryer (B-210) ke bucket

elevator (J-215)

Panjang : 30 ft

Diameter : 10 in

Power : 4 hp

Jumlah : 1 buah

14.BUCKET ELEVATOR-2 ( J - 215 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari screw conveyor (J-214) ke

vertical shaft kiln (B-220).

Kapasitas : 18,88 ton/jam

Tinggi Elevasi : 77 ft

Kecepatan Bucket : 157,35 ft/menit

Bucket Spasing : 14 in

Ukuran Bucket : 8" x 5" x 5.5"

Power : 5.0 hp

Jumlah : 1 buah

Putaran poros(head shaft) : 30,071 rpm

(39)

15.VERTICAL SHAFT KILN (B-220)

(Penjelasan lebih mendetail ada di perancangan alat utama)

Fungsi : Kalsinasi gypsum menjadi calcium sulfate hemihydrate

Tipe : Standard Shaft Kiln ( Central burner)

Diameter : 3,12 ft

Tinggi : 31,19 ft

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C

Isolasi : 12 in

Jumlah : 2 buah(1 buah standby running)

Spesifikasi burner :

Fungsi : Menghasilkan gas panas yang akan dipakai dalam kiln

Tipe : General purpose burner

Ukuran : Tinggi burner = 0,83 ft

Panjang burner = 4 ft

Exposed burner = 7 ft

Volume burner = 105 cuft

Tebal refractory brick= 20 in

Tebal isolasi = 5 in

Kapasitas : 10482,8442 kg/jam

Jumlah : 2 buah (1 buah standby running)

16.CYCLONE -2 (H-221)

Fungsi : Memisahkan padatan dari aliran udara panas

Tipe : Cyclone separator

Kapasitas : 29423,2288 lb/j

Ukuran : Bc = 10,98 ft ; Lc = 87,87 ft

Dc = 43,93 ft ; Sc = 5,49 ft

(40)

Hc = 21,97 ft ; Jc = 10.98 ft

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 283 Grade C

Jumlah : 1 buah

17.BLOWER -2 (G-222)

Fungsi : Untuk menghembuskan udara menuju rotary dryer

Tipe : Centrifugal blower

Kapasitas : 5145,9 cuft/menit

HP shaft : 24 hp

Jumlah : 1 buah

18.COOLING CONVEYOR ( J-230)

Fungsi : Memindahkan bahan dari vertical shaft kiln (B-220) ke

X-310 disertai proses pendinginan bahan sampai dengan

35 Co

Panjang : 30 ft

Diameter : 10 in

Power : 3,5 hp

Jumlah : 1 buah

19.GRANULATOR ( X - 310 )

Fungsi : Granulasi Calsium sulfate hemihydrate dengan bantuan

(41)

Tipe : Standar garnulator

Kapasitas maksimum : 3,57 m3

Diameter : 1,5 meter

Panjang : 9,1 meter

Putaran drum : 6 rpm

Putaran pengaduk : 5 ¼ rpm

Power : 7,5 KW : 5,6 Hp

Cooling nozzle : 2 in

Jumlah : 1 buah

20.SCREW CONVEYOR-3 (J - 311)

Fungsi : Memindahkan bahan dari granulator (X-310) ke bucket

elevator (J-312).

Panjang : 30 ft

Diameter : 10 in

Power : 4 hp

Jumlah : 1 buah

21.BUCKET ELEVATOR -3 (J-312 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari screw conveyor (J-311) ke

ball mill (C-320).

(42)

Power : 4 hp

Jumlah : 1 buah

Bahan : Carbon Steel

22. BALL MILL ( C-320 )

Fungsi : Memperkecil ukuran sampai menjadi 100 mesh

Tipe : Marcy ball mill

Diameter Mill : 7 ft

Panjang Mill : 5 ft

Bahan Mill : Carbon steel

Diameter Ball : 0,51 in

Bahan ball : steel ball

Kecepatan putar : 24 rpm

Power : 130 Hp

Kapasitas : 455 ton/hari

Jumlah : 1 buah

23. SCREEN (H- 321)

Fungsi : Menyeragamkan bahan yang telah dihaluskan

Tipe : High Speed Vibrating Screen

Kecepatan vibrasi : 3600 vibrasi / menit

Ukuran : 97 x 120 in

Power : 4 Hp

Kapasitas : 535 ton/hari

Jumlah : 1 buah

24. BUCKET ELEVATOR -4 (J-322 )

Fungsi : Memindahkan bahan oversize dari screen (H-321) ke

(43)

Bucket Spasing : 12 in

Power : 1,5 hp

Jumlah : 1 buah

Bahan : Carbon Steel

25. BELT CONVEYOR-2 ( J - 323 )

Fungsi : Memindahkan bahan dari bucket elevator (J-322) ke

ball mill (C-320)

Tipe : Troughed belt on 45o idlers with rools of equal lenght

Belt width : 14 in

Trough width : 9 in

Panjang : 38,1 ft

Skirt seal : 2 in

Belt speed : 200 ft/min

Sudut elevasi : 21,8o

Power total : 3,5 hp

Alat pembantu : Hopper Chute (pengumpan)

Bahan konstruksi : Steel

Jumlah : 1 buah

26. SILO CEMENT RETARDER (F-410)

Fungsi : Menampung produk bahan(cement retarderr)

Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas plat dan tutup bawah

(44)

Kapasitas : 8129,02 cuft

Diameter : 17,3 ft

Tinggi : 34,6 ft

Tinggi tutup bawah : 5 ft

Bahan : Carbon Steel SA-283 Grade C

(45)

PERANCANGAN ALAT UTAMA VI - 1

BAB VI

PERANCANGAN ALAT UTAMA

VI.1. Keterangan Alat

Nama : Vertical Shaft Kiln

Fungsi : Kalsinasi gypsum menjadi calcium sulfate hemihydrates

Tipe : Standard Shaft Kiln ( Central Burner)

VI.2. Dasar Pemilihan

Berdasarkan pertimbangan atas fase zat yang bereaksi yaitu gas-solid, dan

kapasitas produksi, maka kiln untuk reaksi dalam fase gas-solid dapat dibedakan

jenisnya yaitu :

1. Kiln fase gas-solid dengan menggunakan katalis

2. Kiln fase gas-solid dengan tanpa menggunakan katalis

Dalam kiln ini dilakukan kalsinasi gypsum pada suhu 160oC dengan tekanan

1 atm tanpa bantuan katalis. Untuk fase gas-solid tanpa menggunakan katalis

dapat diklasifikasikan menjadi :

1. Kiln (Shaft atau Rotary)

2. Fluidized Bed Reactor

3. Spray Reactor

4. Dan lain-lainya. (Perry 7th,1997)

Berdasarkan fase bahan yang bereaksi, volume serta ukuran partikel dari

bahan baku gypsum, maka dipilh kiln jenis dengan tipe Shaft untuk mendapatkan

hasil yang sesuai dengan perencanaan produk calcium sulfate.

Dalam kiln ini terbagi menjadi 3 zona utama dan 2 zona tambahan seperti

(46)

Zona utama terdiri dari Pre-heating zone, Calcining zone, dan Cooling zone,

sedangkan zona lainnya adalah Storage zone dan Super-heating zone yang

merupakan daerah disekitar burner.(Perry 7th,1997)

Prisip kerja :

Pertama gypsum dimasukkan dari bagian atas shaft kiln melalui storage

zone dan udara panas dialirkan secara counter-current ( berlawanan arah)

dihembuskan dari bagian bawah melalui burner sehingga terjadi proses kalsinasi

gypsum dengan suhu operasi 160oC. produk bawah berupa calcium sulfate

kemudian dimasukkan ke cooling zone menuju ke cooling conveyor. Produk atas

berupa udara panas dan padatan terikut dimasukkan pada cyclone dimana terjadi

proses pemisahan gas dengan padatan terikut.

VI.3. Kondisi Operasi

Tekanan operasi : 1 atm (Atmospheric pressure)

Suhu operasi : 160oC ( Kirk Othmer,1962: vol.4 - 441)

(47)

VI.4. Dasar Perencanaan

Penentuan volume kiln :

Feed masuk terdiri dari :

1. Gypsum (dried)

1. Gypsum (dried)

Bahan masuk :

Komponen Berat (Kg) Fraksi

berat

ρ (gr/cc) [ perry 7 ed;T.2-1]

CaSO4.2H2O 18215,5737 96% 2,32

CaCO3 570,9563 3,02% 2,711

MgCO3 91,6853 0,49% 3,037

NaCl 4,0096 0,02% 2,163

18882,2248 100,00%

Rate volumetrik = (41627,7529/145,64) x [(lb/jam)/(lb/cuft)]

= 285,8297 cuft/jam

Volume kiln dihitung berdasarkan volumetrik solid karena diharapkan solid dapat

bereaksi seluruhnya dan disediakan ruang kosong bagi udara panas untuk

mencegah kelebihan tekanan pada kiln.

43 , 62 1



(48)

Perhitungan :

A. Perhitungan diameter dan Tinggi

D = ( Perry ed.5, 1973)

Dimana : Mc = rate solid, lb/jam

G = rate flue gas,lb/jam.ft2

; 200-10000 lb/jam.ft2.

Diambil G = 2900 lb/jam ft2

Maka ,Diameter kiln : D = = 4.2751 ft = 5 ft

Dari tabel 4.10 (Ulrich:1984) diperoleh H/D = 6-30

Ditetapkan H/D = 6 maka tinggi kiln,H = 6 x 5 = 30 ft

B. Penentuan waktu tinggal

θ = (Perry 5th ed.:1973)

Dimana : θ = waktu tinggal, menit L = tinggi kiln, ft

D = Diameter kiln, ft

S = Slope , 0-8 cm/m

diambil slope = 5 cm/m = 0,05 ft/ft (Perry 5th ed.:1973)

N = Kecepatan putaran, rpm

G = kecepatan flue gas, lb/jam.ft2

B = Konstanta material

F = Feed rate, lb/jam.ft2

B = 5 x (Dρ)-0,5 (Perry 5th ed.,1984) Dimana : B = konstanta material

Dρ = Diameter partikel rata-rata, mikrometer

Diameter partikel 100 mesh = 149 mikrometer

G Mc

4



2900 4

41627,7529



F xBxLxG xD

SxN

xL 0,6 23

, 0

49 ,

(49)

Sehingga, diambil waktu tinggal = 0.5 jam

Volume solid = 285,8297 cuft/jam

= 285,8297 cuft/jam x 0,5 jam = 142,91 cuft

asumsi solid mengisi = 30% volume solid maka volume kiln :

volume kiln = 476,38 cuft

= 13,49 m3

VI.5. Perencanaan Shell, Head

Hitung ulang dimensi kiln :

Volume Kiln = 476,4 cuft

Asumsi dimension ratio : H/D = 6 – 30 ( Ulrich,1984 : T.4-10)

Volume Kiln = ¼ л D2 H

D = 4,66 ft = 1,42 meter ( memenuhi : diameter kiln maksimum 5 meter)

(50)

VI.5.1. Penentuan Tebal Minimum shell

Vertical shaft kiln memakai shell dari carbon steel SA 283 grade C dengan stress

allowable = 12650 psi (Brownell & Young,1959:T.13-1).

Untuk las dipakai double welded but joint dengan effisiensi 80%, faktor korosi :

C = 1/8

ρ = 145,64 lb/cuft

Perhitungan tekanan design pada kiln :

dimana :

ZT = Tinggi total material dalm tangki, ft

asumsi tinggi bahan = 30 % dari tinggi kiln : 8,38 ft (Ulrich,1984:T.4-10)

r = Jari-jari tangki, ft = D / 2 = 2,33 ft

maka didapat nilai

(51)

Pdesign = PB + PL

= 4,782+ 1,8913

= 6,6195 psi

Untuk faktor keamanan 10 %, digunakan tekanan

= 110% x 6,6195

=7,2815 psi

Perhitungan tebal shell:

(Brownell, 1959 : pers.13-1)

Dipakai double welded but joint, e = 80%

= 0,1451 in≈ 3/16 in

Tebal tutup :

Tebal tutup bawah disamakan dengan tebal tutup atas dan disesuaikan dengan

tebal shell, tekanan operasi adalah 1 atm. Tebal tutup = 3/16 in.

(52)

= 17,0496ft2 = 1,584 m2

A rata-rata =

= 23,27 m2

Area perpindahan panas pada kiln :

Q = U x A x ∆T

maka didapat Q : 505237,824 J/dt

Kebutuhan panas untuk reaksi :

∆HR = 2319308,51 kkal/jam (neraca panas)

= 2697355,797 J/dt

Karena panas yang beroperasi pada kiln lebih beasr dari panas yang dibutuhkan

(53)

Isolasi :

Batu isolasi dipakai setebal 12 in

3 Diameter luar kiln = 6,7197 + 2 (

16

/ 12 )

= 6,7510 ft

Maka diameter kiln terisolasi = 2 X 12 6,7510 + (

12

)

= 8,7510 ft

Spesifikasi Kiln :

Nama : Vertical shaft kiln

Fungsi : Kalsinasi gypsum menjadi calcium sulfate hemihydrate

Tipe : Standard Shaft Kiln ( Central burner)

Diameter : 4,66 ft

Tinggi : 27,95 ft

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C

( Brownell& Young,1959:253)

Isolasi : 12 in

Jumlah : 2 buah(1 buah standby running)

VI.5.3. Burner

Dengan melihat jenis dan sifat bahan baku serta proses yang terjadi pada

Vertical shaft kiln maka dipilih burner dengan spesifikasi sebagai berikut : ( Perry

7 th,1997)

Type : General purpose burner

Kondisi operasi : suhu udara masuk burner = 30 oC = 86 oF

(54)

Spesifikasi burner :

Type : General purpose burner

Ukuran : Tinggi burner = 0,83 ft

Panjang burner = 4 ft

Exposed burner = 7 ft

Volume burner = 105 cuft

Tebal refractory brick = 20 in

Tebal isolasi = 5 in

Kapasitas : 10482,8442 kg/jam

(55)

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA VII - 1

BAB VII

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

VII.1. Instrumentasi

Dalam rangka pengoperasian pabrik, pemasangan alat-alat

instrument sangat dibutuhkan dalam memperoleh hasil produksi yang

optimal. Dengan perlengkapan instrument maka variasi proses seperti

tekanan, suhu, laju alir akan dapat diukur dan dikontrol sehingga sesuai

dengan kondisi proses optimum yang dikehendaki.

Harga-harga variabel proses ini dapat dikendalikan baik secara

manual maupun secara otomatis. Secara manual biasanya dilakukan dengan

memberi instrumen petunjuk atau pencatat saja apabila terjadi

penyimpangan suatu peubah, maka untuk mengembalikan suatu peubah

tersebut pada kondisi yang diinginkan harus dilakukan secara manual.

Sedangkan untuk pengontrolan secara otomatis merupakan suatu sistem

pengendalian yang sudah di set pada kondisi tertentu, apabila terjadi

penyimpangan maka secara otomatis instrumen itu akan mengembalikan

peubah yang dikendalikan pada kondisi setting. Selain itu untuk

peubah-peubah proses yang kritis harus dilengkapi dengan peralatan yang khusus,

misalnya alarm otomatis sebagai peringatan kepada operator akan kondisi

yang kritis dan berbahaya.

Pada uraian diatas dapat disederhanakan bahwa dengan adanya alat

instrumentasi maka :

a. Proses produksi dapat berjalan sesuai dengan kondisi-kondisi yang telah

ditentukan sehingga diperoleh hasil yang optimum.

b. Proses produksi dapat berjalan sesuai dengan efisiensi yang telah

ditentukan dan kondisi proses tetap terjaga pada kondisi yang aman.

c. Membantu keselamatan kerja.

d. Mengurangi tenaga kerja yang berlebihan sehingga lebih efisien.

(56)

f. Bila terjadi penyimpangan selama proses produksi, maka dapat segera

diketahui dan ditindak-lanjuti dengan cepat dan tepat.

Oleh karena itu dalam perencanaan pendirian pabrik ini,

pengoperasian peralatan proses labih cenderung menggunakan alat kontrol

otomatis. Namun demikian tenaga kerja masih sangat diperlukan dalam

pengawasan proses.

VII.1.1. Pemilihan Instrumentasi

Untuk dapat menentukan jenis instrumentasi yang perlu digunakan

pada suatu peralatan, terlebih dahulu perlu ditinjau kondisi operasi. Jadi

harus diketahui input apa saja yang tak dapat dikontrol serta output dari alat

kontrol yang diinginkan. Pemakaian instrumentasi harus menguntungkan

baik ditinjau dari segi proses maupun segi ekonomi.

Faktor – faktor yang perlu diperhatikan dalam pemilihan instrumen adalah :  Level instrumen

 Range yang perlu untuk pengukuran  Dibutuhkan ketelitian

 Bahan konstruksi sets pengatur pemasangan instrumen pada kondisi proses

 Mudah dalam pengawasan dan pengaturan  Mudah dalam perawatan dan perbaikan  Mudah dalam mendapatkan suku cadang

 Harga peralatan relatif murah dengan kualitas yang memadai

Beberapa bagian instrumen yang diperlukan di dalam proses secara

otomatis adalah :

1. Elemen pengontrol

Adalah elemen yang menunjukkan adanya perubahan harga dari variabel

yang dirasa oleh elemen perasa dan diukur oleh elemen pengukur untuk

mengatur sumber tenaga sesuai dengan perubahan-perubahan yang

(57)

2. Elemen pengontrol akhir

Adalah elemen yang dapat merubah variabel manipulative sehingga

variabel yang diukur tetap berada dalam range yang diinginkan.

3. Primary element

Adalah elemen yang dapat merasakan perubahan dari harga variabel

yang diukur.

4. Elemen pengukur

Adalah elemen yang menerima output dari elemen primary dan

melakukan pengukuran, termasuk peralatan petunjuk atau indikator serta

peralatan pencatat atau recorder.

Tipe – tipe pengontrolan meliputi:

1. Indikator : sebagai alat petunjuk

2. Recorder : sebagai alat pencatat

3. Controller : sebagai alat pengontrol

VII.1.2. Macam-macam Instrumentasi 1. Pengatur suhu

a. T.I. ( Temperatur Indikator)

Fungsi : Penunjuk suhu

b. T.C. (Temperatur Controller)

Fungsi : Mengendalikan suhu agar dapat dipertahankan pada

harga yang telah ditentukan.

2. Pengatur tekanan

a. P.I. ( Pressure Indikator)

Fungsi : Penunjuk tekanan

b. P.C.( Pressure Controller)

Fungsi : Mengatur tekanan agar dapat dipertahankan pada harga

(58)

3. Pengatur aliran

a. F.C. ( Flow Controller )

Fungsi : mengendalikan rate aliran

b. F.R.C. ( Flow Recorder & Controller )

Fungsi : mencatat dan mengatur rate aliran.

4. Pengatur tinggi bahan

a. L.I. ( Level Indikator )

Fungsi : penunjuk tinggi bahan dalam reaktor atau tangki

penampung.

b. L.C. ( Level Controller )

Fungsi : pengatur tinggi bahan dalam peralatan agar bertahan pada

ketinggian yang telah ditentukan dan dapat dikenal juga

dengan (WC = weight controller).

Tabel VII.1. Instrumentasi pada pabrik Cement Retarder :

Instrumentasi yang dipasang No. Kode

Alat Nama Alat WC PI TI LC PC FC TC

1. F-113 BIN 1

2. M-120 SLURRY TANK 1 1

3. H-130 R.D.VACUM FILTER 1

4. G-212 BLOWER-1 1

5. E-213 HEATER 1

6. G-222 BLOWER-2 1

7. B-210 ROTARY DRYER 1

8. B-220 VERTICAL SHAFT KILN 1 1

9. J-230 COOLING CONVEYOR 1

10. X-310 GRANULATOR 1

(59)

VII. 2. Keselamatan Kerja

Keselamatan kerja adalah hal yang paling utama yang harus

mendapat perhatian yang besar, karena bila masalah ini diabaikan akan

mengakibatkan terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan. Dengan

memperhatikan keselamatan kerja yang baik dan teratur, secara psikologis

juga akan membuat para pekerja aman dan tenang sehingga dapat

berkonsentrasi pada pekerjaannya, dengan demikian produktivitas juga akan

meningkat.

Usaha dalam menjaga keselamatan kerja tidak hanya bertujuan

menjaga keselamatan pekerja atau sumber daya manusia lain dalam

lingkungan pabrik, tetapi juga untuk menjaga peralatan yang ada dalam

pabrik. Terpeliharanya peralatan dengan baik, dapat menyebabkan

penggunaan alat dalam jangka waktu lebih lama.

Secara umum ada 3 macam bahaya yang bisa terjadi dalam pabrik,

sehingga harus diperhatikan dalam perencanaan, yaitu:

a. Bahaya kebakaran

Bahaya kebakaran merupakan hal yang sangat membutuhkan

perhatian. Oleh karena itu diperlukan pengamanan yang sebaik –

baiknya, terutama pada proses produksi.

Beberapa hal yang dapat menyebabkan kebakaran antara lain :

- Adanya nyala terbuka ( open flame) yang datang dari unit utilitas,

workshop dan lain-lain.

- Adanya loncatan bunga api yang disebabkan karena korsleting aliran

listrik seperti pada stop kontak, saklar serta instrument lainnya.

Beberapa cara mencegah terjadinya kebakaran antara lain:

- Penempatan bahan – bahan yang mudah terbakar di tempat yang

tertutup dan jauh dari sumber api.

- Larangan merokok di lingkungan pabrik, kecuali pada tempat –

tempat yang telah disediakan.

- Pemasangan pipa air yang melingkari seluruh lokasi pabrik ( Water

(60)

- Pemasangan kabel listrik yang diatur rapi dan jauh dari panas.

- Pemasangan alat pemadam kebakaran di setiap tempat yang paling

rawan.

b. Bahaya mekanik

Bahaya mekanik biasanya disebabkan oleh pengerjaan konstruksi

yang tidak memenuhi syarat yang berlaku. Sebagai contoh untuk

peralatan pabrik seperti baja atau pada tangki harus disediakan seleksi

bahan konstruksi, juga penyediaan alat – alat kontrol yang kesemuanya

itu bertujuan untuk menghindari terjadinya bahaya ledakan. Konstruksi

bangunan harus diperhatikan kekuatannya. Hal lain yang perlu

diperhatikan yaitu perawatan secara periodik terhadap seluruh peralatan

dan instalasi pabrik.

c. Bahaya terhadap kesehatan

Tabel VII.2. Fasilitas-fasilitas yang dapat menunjang keselamatan kerja

para karyawan.

No. Alat pelindung Yang perlu dilindungi

1.

2.

3.

4.

5.

Masker dan sarung

tangan

Topi pengaman

Sepatu pengaman

Alat Pelindung

Mata

Alat Pelindung

Telinga

Petugas yang bekerja pada bagian alat

proses dan produk

proses

proses dan produk

proses

Dari segi perencanaan, usaha-usaha yang dilakukan untuk

mencegah atau memperkecil bahaya di atas, sebagai berikut :

1. Sistem pemadam kebakaran disesuaikan dengan sirkulasi arus proses,

(61)

2. Jaringan listrik pada daerah proses diberi isolasi khusus yang tahan

panas. Pada peralatan yang tinggi diberi hubungan antara tanah dengan

penangkalan petir yang memenuhi syarat.

3. Perpipaan diatas tanah sedikitnya dipasang 2 m, sedangkan perpipaan

dibawah tanah diatur sedemikian sehingga tidak mengganggu lalu lalang

pekerja.

4. Permukaan tanah diberi isolasi secukupnya, demikin pula pada bagian

yang bergerak dari mesin – mesin diberi rangka penutup.

5. Penerangan pada seluruh pabrik harus memadai dan pada keadaan

darurat, misalnya terjadi kebakaran, sistem penerangan harus tetap

bekerja.

6. Pada daerah – daerah proses yang berbahaya dipasang papan peringatan

yang mudah terlihat dan dibaca oleh para pekerja, sesuai dengan standart

yang ditentukan oleh dinas keselamatan kerja departemen tenaga kerja.

7. Disediakan poliklinik yang mempunyai sarana yang cukup memadai

pertolongan darurat. Meskipun dari segi perencanaan kemungkinan

terjadinya bahaya dibuat sekecil mungkin, namun faktor manusiawi dan

kesehatan para pekerja sangat berperan dalam keselamatan kerja.

Karenanya perlu dipersiapkan program latihan untuk menghadapi

bahaya. Dengan latihan periodik tentunya kesadaran karyawan akan

selalu ditingkatkan.

(62)

UTILITAS VIII - 1

BAB VIII UTILITAS

Pada pabrik Cement retarder ini diadakan suatu unit pembantu, yaitu unit

utilitas, sebagai unit yang berfungsi untuk menyediakan bahan maupun tenaga

pembantu sehingga membantu kelancaran operasi dari pabrik. Utilitas yang

terdapat dalam pabrik Cement retarder meliputi beberapa unit yaitu :

1. Unit Penyediaan Air

2. Unit Penyediaan Steam

3. Unit Pengolahan Air ( Water Treatment )

4. Unit Penyediaan Listrik

5. Unit Penyediaan Bahan Bakar

VIII.1. Unit Penyediaan Air

Air di dalam pabrik memegang peranan penting dan harus memenuhi

persyaratan tertentu yang disesuaikan dengan masing-masing keperluan di dalam

pabrik. Penyediaan air untuk pabrik ini direncanakan dari air sungai.

Air sungai sebelum masuk ke dalam bak penampung, dilakukan

penyaringan lebih dahulu dengan maksud untuk menghilangkan kotoran yang

bersifat makro dengan jalan memasang sekat-sekat kayu agar kotoran tersebut

terhalang dan tidak ikut masuk ke dalam tangki penampung (reservoir). Dari

tangki penampung kemudian dilakukan pengolahan (dalam unit water treatment).

Untuk menghemat pemakaian air, maka diadakan sirkulasi. Air dalam pabrik ini

dipakai untuk :

1. Air sanitasi

2. Air proses

3. Air pendingin

(63)

VIII.1.1. Air Sanitasi

Air sanitasi untuk keperluan minum, masak, cuci, mandi dan sebagainya.

Tabel VIII.1. Standart Baku Mutu Air Bersih berdasarkan KepMenKes No.492

Tahun 2010.

Parameter Satuan S.K. Gubernur

Suhu oC Suhu air normal (25-30oC)

Kekeruhan Skala NTU

Warna Unit Pt-Co

pH 6 - 8,5

Alkalinitas ppm CaCO3

CO2 bebas ppm CO2

DO ppm O2 > = 4

Nitrit ppm NO2 Nihil

Ammonia ppm NH3 – N 0,5

Tembaga ppm Cu 1

Fosfat ppm PO4

Sulfida ppm H2S Nihil

Besi ppm Fe 5

Krom heksafalen ppm Cr 0,05

Mangan ppm Mn 0,5

Seng ppm Zn 5

Timbal ppm Pb 0,1

COD ppm O2 10

Detergen ppm MBAS 0,5

Sumber : Menteri Kesehatan Republik Indonesia ,2010

Kebutuhan air sanitasi untuk pabrik ini adalah untuk :

- Karyawan, asumsi kebutuhan air untuk karyawan = 15 liter/hari per orang

(64)

- Untuk menyiram kebun dan kebersihan pabrik = 10 m3/hari

- Cadangan/lain-lainnya = 10 m3/hari +

Total kebutuhan air sanitasi = 24,10 m3/hari

VIII.1.2. Air Proses

Tabel VIII.2. Kebutuhan air proses untuk pabrik.

No Nama Alat

Kode

Alat Air ( kg / jam ) Air ( lb / jam )

1 Slurry Tank M-120 37235,7803 82104,8955

2 Rotary Drum Vacum Filter H-130 9437,0598 20808,7168

3 Granulator X-310 2916,6069 6431,1184

Total Kebutuhan air proses 49589,4470 109344,7307

Total kebutuhan air proses = 49589,4470 kg/jam = 1190146,7284 kg/hari

= 49589,4470 liter/jam

Jadi total kebutuhan air proses = 49,5894 m3/jam = 1190,1467 m3/hari

VIII.1.3. Air Pendingin

Tabel VIII.3. Kebutuhan air pendingin untuk pabrik.

No Nama Alat Kode Alat Air ( kg / jam )

1. Cooling Conveyor J-230 31111,3819

Total kebutuhan air pendingin = 31111,3820 kg/jam

= 746673,1669 kg/hari

= 31111,3820 liter/jam

= 31,1114 m3/jam

(65)

Dianggap kehilangan air pada waktu sirkulasi adalah 10% dari total air pendingin.

Sehingga, sirkulasi air pendingin adalah 90%.

Air yang disirkulasi = 90% ×746,6732 m3/hari

= 672,0059 m3/hari.

Air yang ditambahkan sebagai make up water

= 10% × 746,6732 = 74,6673 m3/hari

Total kebutuhan air (disirkulasi) sebesar :

= 746,6732 + 74,6673 = 821,3405 m3/hari

821,3405 X 264,17 =

24 X 60

= 150,6761 gpm

COOLING TOWER (P-283)

Fungsi : Mendinginkan air pendingin yang sudah terpakai.

Untuk keperluan ini digunakan cooling tower dengan spesifikasi sebagai berikut :

Kapasitas = 746,6732 m3/hari = 746673,1669 lt/hari

T air masuk pada cooling tower = T1 = 45 oC = 113 oF

T air keluar cooling tower = T2 = 30 oC = 86 oF

Perbedaan suhu = 45 oC – 30 oC = 15 oC

Diambil kondisi 70% relative humidity 250C.

T wet bulb = Twb = 680F

Temperature approach = T2-Twb

= 86 - 68 = 180F

Temperature range = T1-T2

= 113 - 86 = 270F

Dengan dasar perhitungan dari (Perry 5th,1973), diperoleh :

- Tinggi cooling tower = 35 ft

- Jumlah deck = 12 buah

- Lebar cooling tower = 12 ft

(66)

W = Wind convection factor.

C = Konsentrasi air/ft2 cooling.

CW = wet bulb correction factor.

Diperoleh :(Perry 5th ,1973)

W = 1

CW = 0,95

C = 2

CH = 1,25

Maka dapat diperoleh :

150,6761 x 1

Diambil % standart tower performance 100% dari (Perry 6th,1984) didapat :

04 , 0 .gftTowerarea  s

Tipe : Cross Flow Induced Draft Cooling Tower

Tinggi : 35 ft

Panjang : 5,2869 ft

Jumlah deck : 12 buah