Bandung 40211 E-mail : [email protected]
LAPORAN AKHIR Kelompok Pelaksana Litbang TeknologiPengolahan dan Pemanfaatan Batubara
OPTIMASI PILOT PLANT PENGERINGAN BATUBARA
Oleh:
Dedy Yaskuri, Miftahul Huda, Nining S, Datin F.U, Ikin S, M. Ade Andriansyah, Piciato, Fahmi S, Nurhadi, Dahlia D, Gandhi K, Rudi S, Ropik, Ujat , Widodo,
PUSLITBANG TEKNOLOGI MINERAL DAN BATUBARA - tekMIRA 2014
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Batubara memainkan peran sentral dalam mendukung pembangunan ekonomi global terutama dalam hal memenuhi kebutuhan energi. Saat ini 27% dari kebutuhan energi primer dan 41% energi listrik dunia berasal dari batubara. Pada beberapa negara prosentase pembangkit listrik berbahan bakar batubara jauh lebih tinggi misalnya di Afrika Selatan 93%, Polandia 92%, China 79%, dan Australia 77% (IEA, 2010).
Pemakaian batubara untuk bahan bakar pembangkit listrik di Indonesia juga semakin meningkat dan mengarah pada pemakaian batubara peringkat rendah atau lignit yang mempunyai nilai kalor sekitar 4200 kkal/kg (GAR). Walaupun demikian PLTU batubara yang ada saat ini masih belum bisa menggunakan semua lignit yang tersedia karena beberapa lignit di Indonesia mempunyai nilai kalor kurang dari 4200 kkal/kg. Sebagai contoh batubara Pendopo seam Benuang di Sumatera Selatan mempunyai nilai kalor rata-rata 2600 kkal/kg (GAR) dan batubara Muara Wahau di Kutai Timur mempunyai nilai kalor rata-rata 3300 kkal/kg (GAR). Ketimpangan antara kualitas batubara lokal dengan spesifikasi batubara PLTU nampak nyata di Aceh. PLTU Nagan Raya Aceh didesain untuk batubara dengan nilai kalor 4200 kkal/kg (GAR) padahal sebagian besar batubara Aceh mempunyai nilai kalor kurang dari 4200 kkal/kg (GAR) (Berita Harian Serambi Indonesia tanggal 10 Juni 2010).
Teknologi pengeringan telah dikembangkan sejak tahun 1920-an (Pronyk, 2005). Pada tahun tersebut di Austria dikembangkan proses Fleissner untuk menurunkan kandungan air batubara peringkat rendah menggunakan media dan energi panas dari superheated steam. Saat ini telah banyak teknologi pengeringan batubara dikembangkan dan berdasarkan fasa air yang keluar dari batubara saat proses, teknologi pengeringan batubara dapat dikelompokkan menjadi teknologievaporative dan non-evaporative. Pada teknologievaporative, air dikeluarkan dalam batubara dalam fasa gas sedangkan pada proses non-evaporative karena penggunaan tekanan tinggi pada saat proses maka air keluar dari batubara dalam bentuk fasa cair. Sebagian besar teknologi pengeringan
batubara adalah masuk ke dalam jenis teknologi evaporative seperti contoh teknologi UBC (upgraded brown coal), BCB (binderless coal briquetting), CUB (Coal Upgraded Briquettes) dan lain-lain.Teknologi yang termasuk kedalam jenis non-evaporativedrying adalah technology hydrothermalseperti CHTD (Kraemer, 2007).Alat yang digunakan untuk pengeringan batubara juga bermacam-macam seperti pengering putar (rotary dryer ), flash dryer, fluidized bed dryer, slurry evaporator, autoclave dan hydraulic press dan lain-lain. Dalam rangka mendukung program peningkatan nilai tambah batubara, Puslitbang tekMIRA mengembangkan teknologi upgrading yang diberi nama coal Drying And Briquetting (CDB) . Proses pengeringan batubara menggunakan reaktor pengering putar (rotary dryer ) dengan energi pemanasan berasal dari gas hasil pembakaran batubara atau uap air. Pengering Putar dapat digunakan untuk mengeringkan batubara
Teknologi CDBditargetkan menghasilkan batubara dengan kadar air 15-20% dan nilai kalor antara 4000-5500 kkal/kg (GAR). Proses pengeringan batubara diharapkan mempunyai biaya investasi lebih kecil karena prosesnya sederhana dan menggunakan suhu dan tekanan rendah. Walaupun demikian proses pengeringan batubara diharapkan menghasilkan briket batubara yang lebih kuat karena kadar airnya masih tinggi dan tahan terhadap spontaneous combustion. Suhu gas untuk pengeringan dan lama proses pengeringan dijaga sehingga suhu batubara yang dikeringkan berada dibawah 150o
Pengembangan teknologi pengeringan batubara dimulai pada tahun 2010. Pada tahun tersebut telah dilakukan proses pengeringan batubara menggunakan pengering putar dengan sistem pemanasan tidak langsung (rotary dryer indirect heating). Terbukti pengeringan dengan rotary dryer dapat menghasilkan batubara kering dengan kadar air yang stabil air antara 15-20 %. Berdasarkan hasil pada tahun 2010 tersebut dirancang pilot plant teknologi pengeringan batubara dengan diagram alir seperti pada Gambar 1.1 Berikut adalah fungsi peralatan utama dalam teknologi pengeringan batubara.
C.Dengan demikian permasalahan mengenai limbah cair yang mengandung phenol atau gas buang yang mengandung CO tidak dihadapi oleh teknologi ini.
a. Tungku pembakaran batubara: Tungku pembakaran batubara yang dipakai adalah jenis cyclo burner. Tungki ini diperlukan untuk menghasilkan gas panas untuk proses
pengeringan. Umpan tungku pembakaran adalah batubara halus hasil pemisahan pada siklon.
b. Ruang penyesuaian suhu gas: adalah ruangan tempat mengatur suhu gas yang masuk ke pengering putar. Penyesuaian suhu dilakukan dengan mengalirkan gas dingin dari bag filter dengan jumlah tertentu
c. Pengering putar: pada alat ini batubara basah ukuran lebih kecil dari 2 cm dimasukkan ke hopper pengering putar menggunakan belt conveyor. Selanjutnya batubara dimasukkan ke pengering putar melalui rotary valve. Gas panas dari ruang penyesuaian suhu gas selanjutnya kontak langsung dengan batubara basah sehingga terjadi proses pengeringan. Batubara kering keluar dari outletpengering putar selanjutnya di briket.
d. Penangkap partikulat (siklon, wet scrubber dan bag filter). Batubara kering dan berukuran halus dipisahkan dari gas buang di siklon. Batubara ukuran sangat halus dan abu terbang batubara (fly ash) diharapkan tertangkap di wet scrubberdan bag filter.
Gambar 1.1 Diagram alir pilot plant proses pengeringan batubara
Mulai tahun 2011 dilakukan pembangunan pilot plant proses pengeringan batubara teknologi pengeringan batubara dan pada tahun tersebut peralatan utama teknologi pengeringan batubara yaitu cyclo burner dan pengering putar dikonstruksi. Pada tahun 2012 peralatan utama teknologi CDB dilengkapi denganperalatan penangkap partikulat seperti cyclone, wet scrubberdan bag filter, peralatan pengontrol kecepatan motor yaitu
inverter dan belt conveyor untuk memindahkan batubara basah dari stockpile ke pengering putar juga telah dipasang. Selain itu integrasi peralatan, pemipaan, pemasangan kabel listrik dan kabel kontrol juga telah selesai dilakukan. Berdasarkan hasil percobaan awal pada tahun 2012, di identifikasi bahwa diperlukan penambahan siklon dan wet scrubber lagi agar penangkapan partikulat dapat berjalan lebih baik tidak terjadi penyumbatan. Pada kegiatan tahun 2013 ukuran kapasitas wet scrubber kurang besar dan juga desain siklon kurang tepat maka, dilakukan modifikasi lagi peralatan-peralatan tersebut. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan melakukan pembuatan siklon penangkap debu, wet scruber, de-fog dan pembuatan kolam water treatment, dan dilakukan beberapa kali uji coba. Dari hasil uji coba, didapatkan produk kadar air masih berfluktuasi, sehingga masih dibutuhkan uji coba lanjutan untuk mendapatkan hasil penurunan kadar air yang stabil.
Gambar 1.2 Road Mappengembangan teknologi pengeringan batubara Tabel 1.1 Rincian Kegiatan
Tahun 2011 2012 2013 2014
Target Beroperasinya peralatan
pulverized burner, dan rotary dryer
kapasitas 2 ton/hari.
Beroperasinya
peralatan siklon dan wet scrubber
yang terintegrasi deng-anpilot plant
CDB kapasitas 2 ton/hari.
Beroperasinya pilot plant yang stabil tanpa masalah dalam waktu yang lama (> 24 jam)
Terujinya pilot plant
Terujinya pilot plant dan dibuat design skala demo plant Beroperasinya sikloburner dan rotary dryer Beroperasinya pilot plant dan terkarakterisa-sinya produk 2011 2012 2013 2014 Beroperasinya penangkap partikulat (siklon, wet scrubber &
bag filter) 1. Menghasilkan pilot plant pengering batubara untuk fasilitas pengujian 2. Menghasilkan design teknis pabrik pengeringan batubara
skala demo plant GOAL
Pada tahun 2014 diharapkan semua peralatan dapat berfungsi dengan baik sehingga percobaan pengeringan batubara yang dilakukan dapat menghasilkan data untuk kepentingan scale up peralatan ke skala demo plant (150 ton/hari). Pada tahun 2015 akan Kegiatan Pengembangan
proses CDB
Pembangunan dan ujicoba pilot plant
peningkatan kualitas batubara peringkat rendah teknologi cdb (tahap 1). Modifikasi dan ujicoba pilot plant
peningkatan kualitas batubara peringkat rendah teknologi CDB (tahap 2).
Optimasi peralatan dan proses serta perencanan pembuatan desain skala demo Rincian kegiatan •Desain pulverized burner, dan rotary dryer
•Fabrikasi
pulverized burner, dan rotary dryer
•Konstruksi
pulverized burner, dan rotary dryer
•Uji coba operasi
pulverized burner, dan rotary dryer
•Uji Operasi Rotary dryer
•Uji Operasi Burner •Uji Operasi cyclone
•Pembuatan Feeder
Rotary dryer
•Pembuatan bag filter dan wet scrubber
•Fabrikasi siklon dan
wet scrubber tambahan •Instalasi pengolahan limbah cair •Modifikasi feeder •Ujicoba peralatan
dan ketahanan pilot plant CDB •Karakterisasi produk upgrading •Optimasi kinerja peralatan •Uji performanasi /ketahanan teknologi CDB •Pengukuran tingkat emisi partikulat •Pembuatan desain skala demo kapaistas 100 ton/hari Indikator keberhasilan Beroperasinya peralatan pulverized burner, dan rotary dryer
kapasitas 2 ton/hari secara kontinyu selama minimal 2 x 24 jam •Beroperasinya peralatan siklon dan wet scrubberyang terintegrasi dalam pilot plant CDB kapasitas 2 ton/hari secara kontinyu selama minimal 2 x 24 jam - Beroperasinya seluruh peralatan
pilot plant kapasitas 2 ton/hari secara kontinyu selama lebih dari 2 x 24 jam tanpa trouble - Adanya desain pabrik pengeringan batubara teknologi CDB skala demo
dilanjutkan dengan melakukan uji coba lanjutan dengan melakukan percobaan pengeringan, percobaan pembriketan hasil produk pengeringan. Dari percobaan ini untuk mendapatkan karakterikasi batubara yang telah di proses dan mendapatkan data sebagai review design perencanaan perancangan dengan kapasitas demo plant. Road map pengembangan pengeringan batubara dapat dilihat pada Gambar 1.2 dan Tabel 1.1.
Laporan ini berisi tentang hasil kegiatan TA 2014. Meliputi kegiatan modifikasi percobaan dan desain pabrik upgrading batubara
1.2. Ruang Lingkup Kegiatan
Ruang lingkup kegiatan selengkapnya meliputi: a. Persiapan
b. Uji coba peralatan c. Modifikasi peralatan
d. Uji coba pengeringan batubara kadar air tinggi pada pilot plant
1.3. Tujuan
Menghasilkan teknologi pengeringan batubara buatan dalam negeri yang prosesnya sederhana, keekonomiannya menarik dan dan produknya dapat digunakan di dalam negeri (coal drying technology that work).
1.4. Sasaran
Memperoleh data hasil percobaan upgrading batubara kalori rendah dengan cara pengeringan yang dapat dijadikan acuan sebagai perencanaan disain pabarik pengering batubara skala demo plant.
1.5. Lokasi Kegiatan Kegiatan akan dilakukan di: a. Puslitbang tekMIRA Bandung
b. Pilot Plant Pengeringan Batubara di Sentra Teknologi Pemanfaatan Batubara di Palimanan, Cirebon
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teori Pengeringan Batubara
Cadangan batubara Indonesiasebagian besar memiliki peringkat sub-bituminus dan lignit yang termasuk kedalam batubara peringkat rendah (BPR). Cadangan (BPR) saat ini belum diminati karena sulit dipasarkan. Salah satu sifat yang tidak menguntungkan dari batubara tersebut adalah tingginya kandungan air total (30-50%) sehingga nilai kalor menjadi rendah (<5.000 kal/g adb atau <4.200 kal/g ar). Selain itu, batubara peringkat rendah mempunyai kecenderungan untuk terjadinya pembakaran spontan (spontaneous combustion). Dengan kondisi demikian BPR memiliki kendala dalam pemanfaatannya karena memberikan pengaruh yang negatif terhadap biaya transportasi dan proses pembakarannya.
Air yang terkandung dalam batubara terdiri dari air bebas (free moisture) dan air lembab (inherent moisture). Air bebas adalah air yang terikat secara mekanik dengan batubara pada permukaan dalam rekahan atau kapiler yang mempunyai tekanan uap normal. Sedangkan air lembab adalah air yang terikat secara fisik pada struktur pori-pori bagian dalam batubara dan mempunyai tekanan uap yang lebih rendah daripada tekanan uap normal. Pemikiran untuk menanggulangi tingginya kadar air dalam batubara timbul berdasarkan kondisi di atas. Apakah air dalam batubara dapat dikurangi dengan hanya memanaskan batubara tersebut sehingga airnya keluar berupa uap. Selanjutnya apakah pengurangan kadar air dengan cara ini bersifat permanen, artinya akan tetap stabil setelah disimpan sekian lama.
Status air dalam batubara dapat diketahui dengan mengamati panas desorpsinya. Sekitar 80% air dalam batubara adalah dalam bentuk bebas dan panas yang dibutuhkan untuk desorpsi adalah sama dengan panas latent penguapan. Dua puluh persen (20%) sisanya adalah air yang terikat lebih kuat dalam lignit. Air ini biasanya terdapat dalam pori-pori batubara ukuran kecil (micropores). Dalam proses pengeringan batubara, variasi kekuatan ikatan air dalam batubara akan menghasilkan perilaku penguapan yang berbeda. Kecepatan pelepasan air dari batubara dan suhu pengeringan berpengaruh pada struktur pori, sifat fisik dan sifat kimia batubara hasil pengeringan.
Sebagian besar sistem peralatan pengeringan batubara yang ada saat ini adalah pengering dengan sistem pertukaran panas langsung. Pada sistem ini sebagian besar panas di transfer ke batubara melalui mekanisme konveksi. Dalam pengering, batubara basah dicampur dengan gas panas yang dihasilkan dalam ruang bakar terpisah. Gas-gas pengeringan terutama terdiri dari udara, tetapi juga akan berisi beberapa produk dari proses pembakaran. Panas akan ditransfer dari gas pengeringan ke batubara basah, dan air yang terkandung dalam batubara kemudian menguap setelah dipanaskan.
Setiap batubara mempunyai karakteristik perilaku sendiri dalam proses pengeringannya. Perilaku ini biasanya digambarkan dalam sebuah kurva yang menghubungkan antara suhu/kecepatan gas/kondisi tekanan dengan waktu pengeringan. Kurva ini disebut sebagai kurva pengeringan. Gambar 4 menampilkan contoh kurva pengeringan batubara.
Gambar 2.1. Kurva Pengeringan Batubara (Allardice)
Berdasarkan kurva pengeringan pada Gambar 2.1, proses pengeringan batubara dapat dibagi menjadi tiga tahap.Tahap pertama (initial period) adalah tahap penghilangan air
bebas (free moisture).Pada tahap ini laju pengeringan bertambah dengan berjalannya waktu. Pada tahap kedua (constant rate period), pengeringan batubara berlangsung pada laju yang konstan dan suhu batubara hanya sedikit meningkat. Pada tahap ini, energi panas yang ditransfer dari gas pengeringan adalah sama dengan panas yang dipakai untuk penguapan air pada permukaan batubara. Lebih kurang dibutuhkan 610 kkal panas untuk menguapkan 1 kg air dari dalam batubara
Laju pengeringan batubara ditentukan oleh sejumlah faktor, yaitu: • Luas permukaan partikel
• Selisih suhu batubara dan suhu media pengeringan
•Selisih tekanan uap pada permukaan batubara dan tekanan parsial uap air di atmosfer • Volume dan kecepatan aliran gas pengeringan
• Tebal dan bulk density lapisan batubara
Pengeringan tahap ketiga dimulai setelah permukaan batubara paling luar sudah hampir kering. Pada tahap ini pengeringan berlangsung dengan laju yang semakin lambat karena jumlah permukaan batubara basah yang dapat kontak langsung dengan gas panas semakin lama semakin sedikit. Uap air pada tahap ini berasal dari bagian dalam batubara dan bergerak keluar batubara dengan menembus pori-pori yang ada.Oleh sebab itu pengeringan batubara pada tahap ini sangat dipengaruhi oleh karakterisktik masing-masing batubara.
Air dapat masuk kembali ke dalam batubara setelah proses pengeringan. Seberapa besar air dapat masuk kembali ke batubara dan apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat masuknya air ke dalam batubara harus diketahui untuk mendapatkan produk batubara kering sesuai yang diinginkan.
Gambar 2.2 Kurva pelepasan air dan penyerapan kembali air pada proses pengeringan batubara Kaltim (Karthikeyan, 2007)
Gambar 2.2 menunjukkan hubungan antara waktu dan kadar air batubara dalam proses pengeringan batubara pada suhu yang berbeda (75°C, 100°C dan 150°C) yang dilanjutkan dengan kurva penyerapan kembali air (moisture) dalam suhu kamar (27o
Pengaruh peringkat batubara pada tingkat penyerapan air dilihat pada Gambar 2.3. Sumbu Y pada (Gambar 2.3) adalah rasio antara air yang masuk ke dalam batubara setelah pengeringan dengan air yang dilepas saat pengeringan. Pada batubara bituminous semua air yang dilepas saat pengeringan 100% kembali lagi ke dalam batubara sementara itu pada batubara lignit hanya 30% dari air yang kembali ke batubara. Diperkirakan pori-pori dalam batubara bituminous berada dalam struktur yang sangat kuat oleh sebab proses pembatubaraan (coalification) alami sehingga pori-pori batubara bituminous tidak rusak selama proses pengeringan dan air dapat kembali lagi ke dalam pori setelah proses pengeringan.
C) dan kelembaban 80%. Semakin tinggi suhu semakin cepat waktu pengeringan. Kadar air batubara kering meningkat dari 0% menjadi sekitar 10 - 13% setelah penyerapan kembali moisture dalam jangka waktu sekitar 2 sampai 4 hari. Kadar air batubara kering dapat diatur menjadi diatas 13% dengan mengatur waktu dan suhu pengeringan. Pengurangan kadar air batubara kering dibawah 10% agak sulit dilakukan tanpa memutus ikatan air dengan gugus fungsi yang ada dalam batubara.
Gambar 2.3. Pengaruh peringkat batubara pada penyerapan air kembali setelah proses pengeringan (Gorbarty, 1994).
Tabel 2.1 Pengaruh suhu pengeringan pada gugus fungsi batubara (Mukherjee, 2004) Suhu oC Moisture (%) Abu (%) O
COOH (%) OOH (%) Moisture (%)(60% RH) 200 7,1 3,6 3,9 5,1 12,3 250 6,3 3,7 3,6 4,9 11,2 275 5,6 3,8 2,3 5,0 10,4 300 4,5 3,7 1,9 5,8 9,4 325 4,5 3,9 1,4 6,4 7,5 350 3,4 3,8 1,3 6,9 7,6
Pengeringan batubara dapat menghasilkan produk dengan kadar air dibawah 10% bila dilakukan pada suhu lebih tinggi sehingga gugus fungsi karboksil yang ada dalam batubara terlepas. (Tabel 2.1) menampilkan hubungan antara suhu pengeringan dengan kandungan air dan kandungan gugus karboksil. Dengan meningkatkan suhu pengeringan batubara dari 200oC ke 350o
Walaupun suhu pengeringan menentukan jumlah moisture pada batubara kering tetapi dalam prakteknya suhu pengeringan batubara diusahakan setinggi mungkin tetapi dalam batas-batas aman (Allardice, 2001).Dengan menggunakan suhu tinggi, volume gas pengeringan yang dibutuhkan menjadi semakin sedikit, yang pada gilirannya mengurangi kebutuhan bahan bakar, listrik dan jumlah debu yang dihasilkan oleh pengering. Efisiensi thermal juga semakin tinggi dengan semakin tingginya suhu pengeringan. Faktor lain yang paling berpengaruh pada proses pengeringan batubara adalah waktu pengeringan. Tetapi perlu diketahui bahwa data mengenai waktu yang dibutuhkan untuk pengeringan ini akan sesuai kalau data tersebut diperoleh dari hasil percobaan skala pilot atau sumber empiris lainnya.
C jumlah gugus karboksil dapat diturunkan dari 3,9% menjadi 1,3% sementara itu kadar air batubara setelah penyerapan kembali air pada kelembapan relative 60% (moisture at 60% RH) berkurang dari 12,3% menjadi 7,6%.
Dari faktor-faktor yang dipertimbangkan di atas dapat disimpulkan bahwa fitur yang diinginkan pengering termal adalah:
•
Harus ada pasokan gas panas pada suhu sedikit di atas suhu kritis bahan yang akan dikeringkan.•
Harus ada metode sehingga terjadi kontak yang baik antara gas panas dengan material yang sedang dikeringkan.•
Waktu tinggal bahan dalam pengering secepat mungkin tetapi dengan penguapan air yang memadai. Peralatan pengering batubara harus memiliki kemampuan untuk mengeringkan berbagai macam ukuran•
Peralatanbahan tetapi tanpa menimbulkan kondisi pengeringan yang berlebihan atau sebailknya.
pengering batubara
•
Peralatanharus mempunyai kapasitas yang besar.
pengering batubara harus mampu mempertahankan temperature gas buang pada tingkat yang cukup tinggi untuk mencegah kondensasi dalam sistem
•
Peralatan. pengering batubara
Kandungan air adalah faktor yang paling menentukan hasil proses pembriketan tanpa bahan pengikat. Ikatan dalam briket tanpa bahan pengikat biasanya berupa ikatan hidrogen antara partikel batubara melalui gugus fungsi oksigen yang terkandung dalam permukaan partikel batubara.
harus mempunyai desain yang sederhana, mudah dioperasikan dan mudah diperbaiki bila terjadi kerusakan.
Pengontrolan kandungan air di dalam produk akan sangat menentukan untuk optimasi kekuatan briket dengan cara meminimalisasi sifat shringkage dan sifat mudah pecah ketika tejadi pelepasan atau penyerapan moisture (proses equalibration) saat proses penyimpanan dan transportasi.
Kandungan air juga merupakan salah satu faktor penyebab swabakar dari briket (produk hasil pengeringan) dalam proses penyimpanan. Bila kandungan air dalam produk pengeringan telah rendah (<10%) maka akan terjadi penyerapan kembali air yang cukup besar untuk mencapai kondisi kestimbang. Panas (akibat proses adsorpsi) akan timbul ketika air teradsorpsi kembali kedalam briket. Hal ini dapat saja terjadi ketika bertambahnya kelembaban udara atau hujan kecil sekalipun. Kenaikan temperatur briket yang dihasilkan oleh proses penyerapan air lembab akan mengakibatkan terjadinya proses oksidasi oleh udara ketitik dimana terjadinya proses swabakar briket tersebut. Dari hasil penelitian, setiap kenaikan temperatur briket sebesar 10oC akan mengakibatkan kecepatan oksidasi bertambah dua kali lipat.Karena produk CDB mempunyai kandungan air cukup
(15-20%) maka diharapkan produk tersebut menghasilkan briket dengan kekuatan tinggi dan tahan terhadap spontaneous combustion.
2.2. Desain Pengering putar (Rotary dryer )
Pengering putar adalah alat pengering bahan padat yang paling umum digunakan dalam industri.Pengering ini terbuat dari cangkang/kapsul/shell berbentuk silinder. Komponen peralatan pengering putar terdiri atas peratan seperti coal burner untuk menghasilkan gas panas, pengumpan batubara (coal feeder) dan siklon/wet scrubber/bag filter untuk membersihkan partikulat dari gas buang. Posisi pengering sedikit miring terhadap bidang horizontal agar padatan dapat mengalir dari ujung satu ke ujung lainnya. Dalam sistem pemanasan langsung, gas panas dialirkan pada bagian dalam pengering putar sehingga bersentuhan dengan zat padat yang akan dikeringkan (Gambar 2.4).
Gambar 2.4 Pengering Putar (Rotary dryer )
Untuk meningkatkan intensitas interaksi antara fasa gas dan fasa padat, pada permukaan silinder pengering putar bagian dalam dipasang plat-plat besi sejajar (flight) yang berfungsi mengangkat zat padat kebagian atas dan menjatuhkannya kebagian bawah pada saat pengering sedang berputar.
Pengering putar biasanya dapat digunakan untuk mengeringkan semua jenis partikel padat tetapi tidak dapat digunakan mengeringkan slurry dan pasta. Partikel padat tersebut bisa dalam bentuk bubuk (powder), butiran (granules) dan agglomerate. Ukuran partikel minimum yang digunakan pada pengering putar adalah sekitar 100 mikrometer. Waktu tinggal partikel dalam pengering putar adalah antara beberapa menit sampai dengan beberapa jam, tergantung pada jenis material yang akan dikeringkan dan jumlah kadar air
dalam umpan dan dalam produk. Waktu tinggal dapat diatur dengan memvariasikan kecepatan putaran dan kemiringan dari pengering putar. Volume zat padat dalam pengering putar adalah antara 7% sampai 25% dari volume pengering. Pengering putar cukup kuat (robust), mempunyai kapasitas tinggi dan harganya murah.Kelemahan pengering putar adalah bila menggunakan umpan dengan ukuran besar mengeluarkan suara berisik, umpan mudah pecah, dan memerlukan biaya perawatan yang tinggi.
Berdasarkan aliran bahan dan udara pengering, pengering putar dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu rotary dryer co-current (aliran bahan searah dengan udara pengering) dan rotary dryer counter-current (aliran bahan berlawanan arah dengan udara pengering). Pengering rotari tipe co-current banyak digunakan secara luas tetapi khusus untuk mengeringkan bahan yang mengandung kadar air yang tinggi serta sensitif terhadap panas dan memiliki kecendrungan lengket.Laju perpindahan panas awal yang tinggi (cepat) menyebabkan penurunan suhu udara pengering dengansegera. Penurunan suhu udara pengering dapat mencegah pemanasan yang berlebihan pada bahan dan silinder pengering.
2.2.1. Kebutuhan Energi Panas Batubara pada Burner
Kebutuhan energi bahan bakar batubara yang digunakan untuk menguapakan kadar air yang terdapat pada batubara dengan memperhitungkan jumlah kadar air yang akan diuapkan dan memperihitungkan efisensi panas yang dapat diserap pada material yang akan diturunkan kadar airnya.
Suhu gas pemanas keluar dan masuk pengering putar serta suhu zat padat yang dikeringkan keluar dari pengering putar yang diinginkan harus disimulasikan terlebih dulu dengan menghitung nilai NTU (number of transfer unit). Aturan umum nilai NTU untuk pengering putar adalah 1,5-2,5. Rumus NTU adalah sebagai berikut:
Kebutuhan energi untuk penguapan (Qt = Q1 + Q2
Panas sensible:
) dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Panas penguapan:
Bila kebutuhan panas telah diketahui maka volume gas pemanas (Vg) dalam pengering dapat dihitung:
Selanjutnya setelah diketahui volumenya diamater pengering putar dapat dihitung dengan asumsi kecepatan gas yang diinginkan dalam pengering putar sudah ditentukan.
2.2.2. Volume Rotary dryer
Pada perencanaan desain pengeringan Batubara dengan teknologi CDB kapasitas demoplant yang akan sebesar 150 ton perhari atau 6,25 ton perjam. Perbandingan volume rotary dryer dengan jumlah umpan yang akan dikeringkan dalam rotary dryer adalah sebesar 10%-15% dan ditambah safty faktor sebesar 10%
2.2.3 Kebutuhan Udara Pembakaran
Jika susunan bahan bakar diketahui, maka dapat dihitung jumlah kebutuhan udara pembakar untuk pembakaran yang sempurna. Karbon yang terbakar sempurna akan menghasilkan CO2
C + O
menurut persamaan (Djokosetyardjo, M. J. 1993) 2 = CO2
H + O2 S + O
= H2O 2 = S O
Dengan mengetahui kebutuhan energy untuk proses pengeringan dan dihitung kebutuhan batubara untuk pembakaran, maka dapat diperhitungkan kebutuhan udara untuk dapat membakar bahan bakar batubara.
2
Uog = (2.07 :0.231) kg udara/kg bahan bakar = 8.98 kg udara/kg bahan bakar
Uov = 8.98 : 1.29 nm = 6.96 nm 3 Kandungan O 3 2 pada udara = 0.231 kg O Berat udara 1 nm 2 3 pada O0 = 1.29 nm3
2.2.4. Volume gas asap yang terbentuk
Asal hasil pembakaran sama dengan jumlah berat udara yang dibutuhkan ditambah dengan berat bahan bakar yang berubah menjadi gas asap kecuali abunya.
Jumlah berat gas asap teoritis (Gog) yang terbentuk adalah
Gog = Uog + (1 –A) kg gas asap/kg bahan bakar (Djokosetyardjo, M. J. 1993) Gg = m. Uog + (1 – A) kg gas asap/kg bahan bakar
m = angka kelebihan udara A = kandungan abu
Uog = (2.07 : 0.231) kg udara/kg bahan bakar = 8.98 kg udara/kg bahan bakar
2.2.5. Ukuran Siklon Burner Yang Digunakan
Sumber energi/panas pada plant pengeringan batubara di desain menggunakan tungku pembakar batubara yang disebut pembakar siklon. Batubara halus dengan ukuran – 30 mesh dihembuskan kedalam tungku bersama udara pembakar secara tangensial. Batubara selanjutnya berputar dalam pembakar siklon dan terbakar. Pada tungku terlebih dahulu dilakukan pemanasan awal, sehingga batubara yang masuk kedalam tungku akan mengalami proses pembakaran, hingga menghasilkan sumber panas yang dapat digunakan untuk proses pengeringan.
2.2.6. Perhitungan Daya Motor F = Gaya putar = m x a T = Torsi putar = F x r P = Daya putar = 2.π.n.T 60
Daya motor rotary dryer = P Pmotor
ηk.ηB
2.2.7. Jumlah dan Ukuran Flight
Pada rotary dryer terdapat sirip-sirip yang berfungsi untuk membawa dan mengangkat batubara yang masuk pada rotary dryer . Batubara akan terangkat oleh sirip dan perlahan jatuh dan menyebar, pada saat jatuh dan terurai batubara akan terkontak panas lebih baik oleh udara panas, sehingga proses pengeringan dapat dipengaruhi oleh desaint pada siriprumus yang digunakan untuk menghitung jumlah dan tinggi sirip adalah
Jumlah flight = 2,4D-3D
Tinggi radial flight = D/12-D/8 L = D sin0,5B
L = Panjangrotary dryer
B = sudut apik pada titik pusat B = 360/jumlah sudu = 60o
2.2.8. Kebutuhan Udara Pengeringan
Untuk dapat menurunkan kadar air batubara pada rotary drayer perlu adanya pencampuran antara udara hasil pembakaran dan udara dari flue gas sehingga temperatur udara yang masuk kedalam pengering dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan pengeringan. Temperature masuk pengeringan yang dibutuhkan + 200 0
2.2.9. Waktu Tinggal Batubara Dalam Rotary dryer
C. Pengaturan volume udara pengencer dengan memperhatikan penurunan temperatur pada chamber dan rotary dryer .
Waktu tinggal batubara dalam rotary dryer dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Perry,1984):
θ = waktu tinggal (menit) Dp = ukuran partikel batubara F = massa/luas permukaan
S =kemiringan N = kecepatan putar L = panjang dryer G = air-mass velocity D = diameter dryer
2.2.10. Ukuran Cyclone Separator
Siklon menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force pemisahan partikel padat dari gas. Alat ini memiliki biaya instalasi dan operasi yang rendah, serta memiliki dimensi yang relatif kecil untuk mendukung efisiensinya.Keuntungan tersebut membuat siklon banyak digunakan di industri untuk mengumpulkan partikel debu sehingga tidak menimbulkan pencemaran udara. Siklon yang berdiameter kecil akan memberikan gaya sentrifugal sampai 2500 kali dibandingkan dengan gaya gravitasi pada settling chamber. Efisiensi siklon dapat ditingkatkan dengan pengurangan diameter, penambahan panjang siklon, dan penambahan rasio siklon terhadap diameter keluaran gas.(Gambar 2.5).
a = P = panjang input udara b = L = lebar input udara D = diameter tabung De = diameter output udara S = tinggi tabung output udara h = tinggi tabung
H = total tinggi siklon B = diameter bawah krucut
Korelasi antara Vin dengan Ns dapat diketahui dari Gambar 2.6
Gambar 2.6. Korelasi antara Vin dengan N 2.3. Desain Tungku Fluidized Bed
s
Gasifikasi unggun terfluidakan (fluidized bed) adalah sebuah proses gasifikasi yang menggunakan media pengaduk berupa pasir seperti pasir kuarsa dan pasir silika sehingga akan terjadi pencampuran yang homogen antara udara dengan butiran-butiran media pasir tersebut. Sistem fluidisasi benda padat ini mempermudah terjadinya perpindahan
panas dan perpindahan massa yang tinggi dalam mekanisme pembakaran maupun gasifikasi. Butiran-butiran media pasir ini berfungsi sebagai penyimpan dan pendistribusi panas sehingga reaksi gasifikasi dapat terjadi merata diseluruh permukaan reaktor. Oleh karena distribusi panas yang lebih merata dibandingkan dengan reaktor fixed bed maka reaktor tipe fluidized bed sangat cocok untuk jenis batubara Indonesia yang relatif berkalori rendah. Selain itu jenis dan ukuran umpan untuk reaktor tipe fluidized bed juga lebih fleksibel.
Model yang digunakan dalam desain reaktor ini adalah model bubbling bed Kunii-Levenspiel. Pada model ini gas reaktan masuk dari bawah bed dan mengalir diantara media pasir dengan membentuk gelembung (lihat gambar 2.8). Ketika gelembung menuju keatas maka terjadi transfer massa dari gas reaktan. Aliran udara yang berlawanan akan menimbulkan gaya dorong keatas dan pada kecepatan gas yang cukup rendah maka gaya dorong ini mengikuti persamaan Ergun. Ketika kecepatan gas meningkat hingga pada nilai tertentu maka partikel akan mulai terangkat dan terfluidisasi. Seperti yang terlihat pada persamaan dibawah ini, massa padatan di dalam bed adalah setara dengan luas permukaan penampang dan fraksi porositas dari bed.
Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat berat pasir adalah setara dengan pressure drop yang dibutuhkan untuk melawan gaya gravitasi seperti yang digambarkan pada persamaan berikut ini.
Pada kondisi ini, pressure drop tidak akan bertambah melainkan gelembung akan mulai muncul dan kecepatan gas akan meningkat dan kemudian stabil tanpa perubahan pressure drop yang signifikan. Semakin besar kecepatan udara maka frekuensi gelembung akan semakin besar, semakin teragitasi tapi pressure drop tetap stabil dan partikel akan tetap berada di dalam bed. Titik minimum terjadinya fluidisasi µmf pada (Gambar 2.7) adalah parameter penting dalam desain karena µmf menggambarkan kecepatan gas minimum untuk terjadinya gelembung. Gaya angkat pressure drop pada zona ini digambarkan oleh persamaan Ergun sementara zona fluidisasi operasional µop dimana µop> µmf menggambarkan pressure drop yang relatif konstan terhadap kenaikan kecepatan gas.
Gambar 2.7 Variasi kecepatan gas partikel terhadap pressure drop
Gambar 2.8 Jenis-jenis batch fluidisasi berdasarkan kecepatan gas 2.3.1. Flow Chart Desain Dan Perancangan Reaktor Fluidized Bed
Algoritma perhitungan dalam desain atmospheric bubbling fluidized bed dapat digambarkan seperti pada (Gambar 2.9) dibawah ini. Langkah awal desain adalah dengan menentukan karakteristik batubara yang akan kita gunakan, menghitung volume udara untuk pembakaran stoikiometri pada kondisi kaya dan miskin oksigen, penentuan karakteristik pasir, pressure drop minimal, kecepatan gas minimal fluidisasi dan kuantitas pasir.
Gambar 2.9 Flow chart desain dan perancangan reaktor fluidized bed
III. TAHAP KEGIATAN YANG DILAKSANAKAN
3.1. Tahapan Persiapan
a. Kegiatan yang dilaksanakan: • Penulisan rencana operasional
• Koordinasi dengan pemilik tambang batubaraperingkat rendah dan industri pengguna batubara
b. Ouput kegiatan:
Satu buah dokumen rencana operasional 3.2. Uji Coba Masing-Masing Peralatan
a. Kegiatan yang dilaksanakan:
•Uji coba kemampuan wet coal feeder untuk batubara basah dan halus yang cenderung lengket sehingga batubara sulit untuk didistribusikan ke rotary dryer . • Uji coba kemampuan wet scrubber, siklon dalam menangkap partikel halus b. Ouput kegiatan:
• Mengetahui kharakteristik operasional masing-masing peralatan 3.3. Modifikasi Dan Fabrikasi Peralatan
a. Kegiatan yang dilaksanakan
• Modifikasi input dan outputrotary dryer • Modifikasi pengumpan batubara pembakar • Pembuatan jalur (pondasi) belt conveyor
• Pemasanganan belt conveyor sebagai alat pemindahan produk batubara hasil pengeringan
• Pemasangan refraktori pada tungku pembakar tipe fludizedbed sebagai sumber panas pengeringan
b. Output Kegiatan
Peralatan hasil modifikasi
3.4. Uji Coba Pengeringan Batubara Kadar Air Tinggi Pada Pilot Plant a. Kegiatan yang dilaksanakan:
• melakukan uji coba pengeringan batubara kadar air tinggi • Analisa produk hasil proses pengeringan
b. Ouput kegiatan:
• Evaluasi hasil uji percobaan dengan parameter kadara air batubara yang dapat diturunkan dan analisa hasil proses
3.5. Tahapan Penulisan Laporan
Penulisan laporan meliputi juga penulisan laporan ilmiah dengan output berupa satu buah laporan kegiatan.
IV. METODOLOGI
Ada dua kegiatan yang dilakukan yaitu kegiaatan rancang bangun dan kegiatan penelitian pengeringan batubara. Kegiatan rancang bangun meliputi kegiatan perancangan alat, desain, modifikasi alat dan pengujian alat setelah modifikasi. Kegitan penelitian meliputi kegiatan preparasi batubara, percobaan dan uji kualitas batubara.
Peralatan-peralatan yang digunakan pada percobaan upgrading batubara kadar air tinggi pada pilot plant CDB diantaranya
1.Belt konveyor
2.Siklon pembakar batubara 3.Chamber
4.Rotary dryer
5.Siklon pemisah partikel 6.Wet scrubber
7.De-fog 8.Blower
9.Kolam water treatment 10.Pompa air
11.Ruang control peralatan
Batubara hasil pembakaran pada siklon menghasilkan energi panas yang digunakan untuk menguapkan air pada batubara. Untuk menjaga temperatur pengeringan, panas dari siklon diturunkan temperaturnya pada chamber dengan menambahkan udara pengecer yang dihasilkan dari flue gas proses. Udara panas dari chamber mengalir menuju rotary dryer yang berfungsi untuk menguapkan air pada batubara. Pada rotary dryer terjadi proses penguapan air batubara, untuk mengetahui temperatur pengeringan terdapat tiga buah indikator tempertur yang menujungkan suhu ruangan rotary dryer .
Pada percobaan ini digunakan batubara dengan kadar air tinggi. Batubara jenis ini berkalori rendah sehingga harganya murah dan mudah lengket sehingga menyulitkan proses handling. Agar mencapai kadar air yang diinginkan (30%-45%) batubara ditambahkan dengan penambahan air pada raw batubara. Penambahan air dilakukan
karena raw batubara tidak dalam keadaan fresh dan sudah mengalami penguapan air pada stockpile menyebabkan kadar air batubara telah berkurang. Dalam kegiatan peningkatan kualitas batubara ini diharapkan dapat menurunkan kadar air tinggi pada batubara lignit yang rata-rata mempuyai kadar air dari 30%-45%, menjadi 20%-25%. Tujuan yang dilakukan adalah untuk dapat mengetahui kemampuan teknologi pengeringan dengan menggunakan alat rotary dryer dalam menurunkan kadar air pada batubara.
Tahapan selengkapnya percobaan pengeringan adalah sebagai berikut:
1. perancanngan pabrik pengering batubara dengan skala demoplan dengan mengolah data yang didapat dari hasil percobaan dengan melakukan perancangan awal untuk skala 150 ton/hari.
2. Perancangan dan fabrikasi tungku fluidized bed
3. Preparasi batubara umpan dengan ukuran batubara umpan lolos 3 cm
4. Penambahan kadar air batubara hingga mencapai total moisture 40% - 50% (gar). 5. Penyesuaian temperatur rotary dryer , dibutuhkan beberapa waktu pemanasan
rotary dryer untuk mendapat suhu yang ideal sebelum dilakukan pengumpanan batubara ke rotary dryer .
6. Melakukan sampling batubara setiap 2 jam pada umpan batubara masuk dan batubara setelah proses. Untuk dianalisa kadar airnya.
7. Melakukan perhitungan kebutuhan batubara pembakar,untuk mendapatkan data kebutuhan energi pengeringan yang dibutuhkan.
8. Pencatatan parameter pengujian diantaranya,
• temperatur proses pada beberapa titik pengamatan, • jumlah umpan batubara yang akan masuk proses • jumlah batubara hasil proses.
9. Analisa batubara berupa:
• kadar air batubara umpan, • batubara hasil proses pada
• kadar air batubara beberapa ukuran partikel, • kestabilan kadar air batubara ,
• kalori batubara
V. HASIL PEKERJAN
Kegiatan yang dilakukan meliputi kegiatan modifikasi peralatan untuk meningkatkan kinerja dan percobaan pengeringan batubara. Modifikasi yang dilakukan diantaranya adalah melakukan perubahan pada input dan output rotary dryer , hopper sebagai pengumpan batubara, handling batubara hasil proses, pengumpanan batubara sebagai bahan bakar siklon dengan system venturi dan fabrikasi tungku fluidized bed . Optimasi pilot plant dan modifikasi dilakukan karena masih kurang sempurnanya peralatan yang ada dan untuk meningkatkan kinerja peralatan sehingga pengambilan data dalam ujicoba dapat lebih akurat. Kegiatan modifikasi meliputi desain peralatan yang akan dimodifikasi dan pengujian peralatan sebelum dan sesudah modifikasi
5.1. Desain Input Dan OutputRotary Dryer .
Desain sistem sambungan pada input dan output rotary dryer diawali dengan pengukuran peralatan (Gambar 5.1) pembuatan sketsa dan pembuatan gambar teknik (Gambar 5.2 dan 5.3 ). Modifikasi pada input dilakukan untuk menjaga agar tidak ada udara luar yang masuk ke dalam rotary dryer dan juga udara panas yang keluar melalui celah pada sambungan, modifikasi pada output dilakukan untuk merubah cara pengeluaran produk, yang sebelumnya hanya menggunakan satu pintu pada bagian rotary dryer , yang kemudian dimodifikasi tidak kontinyu menjadi kontinyu cara pengeluran produk dapat secara kontinyu.
Gambar 5.1 Perencanaa modifikasi input dan output pada rotari dryer
Gambar 5.2 Perancangan output rotary dyer
Berdasarkan gambar teknik yang yang telah dibua maka dapat dihitung kebutuhan bahan untuk proses modifikasi . berikut adalah komponen peralatan output rotary dryer dan kebutuhan barang
Keterangan :
A. Tutup Ouput RD :
- Flange 8 “ dan pipa 8” (outputflue gas)
- Tabung dengan Ø ID 115 cm dan Ø ID 116 cm lebar 60 cm - Flange 10” dan pipa 10 “ panjang 15 cm (Main hole)
- Flange Ø ID 115 cm dan Ø OD 124 cm (baut 17) - Plat 5mm (untuk tutup dan saluran output produk)
B. Flange stopper tanpa lubang baut, Ø ID 93.5 cm dan Ø OD 115 cm C. Ring Penekan/ penyetel gland packing :
- Flange Ø ID 105 cm dan Ø OD 103.5 cm tebal 5mm - Tabung Ø ID 105 cm tebal 5 mm
E. Ring pelurus Rotary :
- Flange Ø ID 91.5 cm dan Ø ID 99.5 cm - Tabung Ø ID 98.5 cm dan Ø ID 99.5 cm
Gambar 5.3 Perancangan inputrotary dyer
Pada input rotary dryer selain ditambahkan gland packing juga dibuat housing (rumah) agar putaran rotary dryer berjalan sempurna dan udara luar tidak masuk ke rotary dryer. Berikut adalah komponen peralatan rotary dryer dan kebutuhan bahannya.
A. Rotary dryer (RD) - Gland packing - Mur - baut B. Ring Penutup RD : - Tabung Ø OD 114.5 cm dan Ø OD 115.5 cm
- Flange Ø ID 91.5 cm dan Ø OD 115.5 cm tebal 5mm C. Gland packing
D. Ring Penekan/ penyetel gland packing :
- Flange Ø ID 105 cm dan Ø OD 103.5 cm tebal 5mm - Tabung Ø ID 105 cm tebal 5 mm
E. Rumah RD ke 1
- Flange Ø ID 115 cm dan Ø OD 124 cm (baut 17) 2 Flange - Tabung Ø ID 98.5 cm dan Ø ID 99.5 cm
F. Rumah RD ke 1
- Tabung Ø ID 98.5 cm dan Ø ID 99.5 cm
Hasil modifikasi pada input rotary dryer akan berfungsi sempurna bila putaran putaran pengering putar simetris/seimbang. Untuk memastikan putaran pengering putar berjalan sempurna dan tidak terjadi gesekan antar dinding plat dalam kondisi panas maka dilakukan pengukuran sppeling pada roda gigi. Hasil pengukuran menunjukkan adanya spelling pada roda gigi rotary dryer antara 5mm- 7mm, menyebabkan tertekannya roda gigi (Gambar 5.4). Dengan melakukan setting pada posisi motor listrik dapat mengurangi spelling pada perputaran rotary dryer .
Gambar 5.4 Setting roda gigi rotary dyer 5.2. Uji Degradasi Ukuran Batubara Setelah Proses
Untuk mengetahui desai penangkap partikulat perlu diketahui data produk keluaran rotary dryer dan produk yang terbawa oleh aliran udara yang akan tertangkap pada siklon dan wet scrubber. Untuk mendapatkan data tersebut dilakukan uji coba pengering putar dan melakukan perhitungan presentasi ukuran batubara sebelum dan sesudah melalui rotary dryer. Fraksi ukuran batubara untuk pengumpanan dapat dilihat pada (Tabel 5.1). Dilakukan beberapa variasi jumlah pengumpanan yaitu 100 kg, 200 kg, dan 300 kg, dari masing-masing pengumpanan akan dianalisa persentasi degradasi ukuran batubara yang
keluar dari rotary dan yang terbawa oleh aliran udara, dapat dilihat penurunan ukuran batubara pada (Tabel 5.2).
Tabel 5.1. Analisa ayak raw batubara
Tabel 5.2. Ukuran batubara setelah rotary dyer Ukuran fraksi % ukuran
awal 100 kg 200 kg 300 kg (%) +2 cm 10,00 5,56 7,50 6,67 -2+1 cm 10,00 7,78 7,50 6,67 -1+0,5 cm 32,22 33,33 33,75 28,89 0,5 cm+8 # 12,22 11,11 11,25 7,78 -8+20 # 11,11 22,22 18,75 23,33 -20+30 # 8,89 8,89 8,75 15,56 -30 # 15,56 11,11 12,50 11,11 jumlah 100 100 100 100 fraksi berat (kg) % +2 cm 0,45 10 -2+1 cm 0,45 10,00 -1+0,5 cm 1,45 32,22 0,5 cm+8 # 0,55 12,22 -8+20 # 0,5 11,11 -20+30 # 0,4 8,89 -30 # 0,7 15,56 jumlah 4,5 100
Dari Tabel 5.3 dapat dilihat presentasi degradasi ukuran batubara yang dihasilkan dari produk, siklon dan wet scrubber. Partikel halus yang terbawa oleh flue gas yang tertangkap pada siklon dan wet scrubber dapat mencapai 2%-4%.
Tabel. 5.3 Presentasi kemampuan pemisahan partikel
Material balance kapasitas Umpan 100 200 300 Kg % Kg % Kg % produk 92.5 92.5 187.5 93.75 288 96 siklon 2 2 8.5 4.25 3 1 wet scruber 0.5 0.5 1.2 0.6 1.9 0.6 losses 5 5 2.8 1.4 7.1 2.4 total 100 100 200 100 300 100
5.3. Modifikasi Pengumpanan Pada Rotary Valve
Kapasitas pengumpan batubara masih terlalu besar pada alat ini sehingga perlu dilakuan penyesuaian melitputi modifikasi pada sistem penggerak as rotary valve, dengan mengganti motor listrik menjadi lebih besar dan modikasisi puli dengan tipe rantai untuk menjaga terjadinya slip pada puli yang sebelumnya mengunakan belt (Gambar 5.5). Untuk menurunkan kecepatan putaran poros rotary valve digunakan gearbox dan rasio gear penggerak poros dari rotary valve diperbesar, dikarenakan dibutuhkan putaran yang lebih pelan untuk menurunkan kapasitas pengumpanan batubara (Gambar 5.6).
Gambar 5.5 Motor penggerak sebelum dan sesudah penggantian
Gambar 5.6 Mengubah kecepatan motor pada rotary valve
Setelah dilakukan modifikasi pada rotary valve dilakukan kalibrasi untuk mengetahui kapasitas umpan yang dapat dihasilkan. Dari hasil kalibrasi kapasitas umpan hasil modifikasi awal ini masih terlalu besar, maka dilakukan kembali modifikasi dengan memperkecil volume ruangan pada blade, yaitu dengan menutup ruangan pada blade dengan plat besi (Gambar 5.7). Dilakukan kembali kalibrasi umpan didapatkan kapasitas umpan pada 3 hz dengan kapasitas 577.5 kg/h dan pada 5 hz dengan kapasitas 705.8 kg/h dapat dilihat pada (Tabel 5.4), kapasitas input batubara dapat diperkecil dengan menurunkan putaran rotary valve dan memperkecil volume blade pada rotary valve, kapasitas umpan dapat diturunkan hingga lebih dari 50%.
Gambar 5.7 Modifikasi untuk memperkecil jumlah umpan batubara
Penambahan plat pada blade
Tabel 5.4 Kalibrasi rotari valve Inveter (Hz) kapasitas (kg/h) sbl modif stl modif 3 1255 577.5 4 702.4 5 2057.1 705.8
Hasil kalibrasi seperti pada tabel 5.4 menggunakan batubara yang tidak basah, sehingga batubara dapat mengalir dengan sendirinya. Kendala yang dialami apabila menggunakan batubara yang basah, pengumpanan batubara tidak dapat mengalir dengan sendirinya dikarenakan tumpukan batubara pada hopper akan membentuk rongga yang menyebabkan batubara tidak dapat dipindahkan oleh rotary valve menuju proses. Upaya yang dilakukan agar batubara mengalir dengan baik pada hopper sebagai berikut :
a. Melakukan hammering pada hopper.
b. Melakukan desain ulang (re-desain) hopper sehingga cocok untuk batubara dengan kadar air tinggi.
5.4. Modifikasi Pengumpanan Bahan Bakar Batubara Dengan Sistem Venturi
Modifikasi dilakukan karena dengan cara menghisap batubara pengumpan ke blower sering terkendala pada kerusakan motor listrik, karena adanya partikel batubara halus yang masuk kedalam bearing motor listrik. Agar hal tersebut tidak terjadi maka sistem pengumpanan dirubah dari sistem hisap menjadi sistem tekan. Agar udara tekan tidak mengalir ke hopper dibuat venturi. Kinerja sistem venturi ini agar berjalan optimal maka diperlukan kekuatan dorongan udara blower yang cukup untuk membawa batubara, penempatan posisi nozzel yang tepat pada chamber agar barubara yang masuk pada chamber dapat terhisap oleh dorongan udara dari blower, dan pemilihan diameter pipa yang sesuai (Gambar 5.8).
Ujicoba dengan melakukan pengamatan tekanan pada output screw feeder pengumpan dengan memasang alat manometer sebagai indikator tekanan udara yang dihasilkan pada titik tersebut.
Gambar 5.8 Pembuatan sistem venturi pengumpan batubara sebagai bahan bakar Venturi menggunakan pipa 4 inch dan pipa 2 inch. Dengan sistem venturi batubara akan terhisap oleh dorongan udara dari ring blower dan akan tercampur dengan udara, yang selanjutnya dialirkan menuju tungku pembakar dialirkan menuju tungku pembakaran. Untuk kondisi tekanan udara sebagai indikator sistem venturi dilakukan pengukuran tekanan udara. Pada output screw feeder atau input venturi (Gambar 5.9) menampilkan manometer pengukur tekanan venturi dan (Tabel 5.5) menampilkan nilai tekanan venturi.
Gambar 5.9 Manometer sebagai indikator tekanan balik pada hopper
Tabel 5.5 Tekanan pada venturi umpan batubara Rpm/Hz Manometer/mmH2O Manometer/mmH2O
5 -1
15 -2 -3 20 -5 -4 25 -7 -5 30 -10 -6 35 -14 -8 40 -18 -10 45 -22 -13 50 -26 -15
Dari hasil percobaan sistem venturi dapat bekerja dengan baik dengan menghasilkan tekanan yang negatif pada manometer. Dengan tekanan negatif maka tidak ada udara yang menekan pada hopper dan terjadi hisapan pada sistem venturi sehingga batubara dapat mengalir terbawa dorongan udara blower menuju tungku pembakar siklon.
5.5. Pembuatan Tungku Fluidized Bed
Tungku tipe fludized bed mempunyai dua bagian utama yaitu free board dan pleneum chamber. Free board dibuat 3 buah tabung yang akan digabung menjadi satu tungku. Dimensi masing-masing tabung adalah diameter 760 mm dan tinggi 1200 mm, pekerjaan yang dilakukan dalam pembuatan tungku diantaranya :
- Pembuatan Flange dengan ukuran outside diameter (OD) 860 mm dan inside (ID) 760 mm dapat dilihat pada (Gambar 5.10).
Gambar 5.10 Pekerjaan pemotongan plat untuk membuat Flange
- Pembuatan lubang dengan beberapa tahap pengeboran, mata bor yang digunakan ukuran 4 mm, 10mm dan 14 mm. Jumlah lubang pada Flange sebanyak 16 buah dapat dilihat pada (Gambar 5.11).
Gambar 5.11 Pekerjaan pembuatan lubang baut pada Flange
- Pembuatan Flange sebanyak sebanyak 7 buah dan Flange buta sebanyak 2 buah. Dapat
dilihat pada gambar hasil pembuatan Flange dapat dilihat pada (Gambar 5.12).
Gambar 5.12 Hasil pembuatan Flange
- Pemasangan flange pada tabung dengan melakukan pengelasan dan penyambungan anatar tbung (Gambar 5.13).
Gambar 5.13 Setting Flange pada tabung
- Pembuatan distributor plate dengan melakukan perhitungan dimensi ukuran nozzel, lubang, jumlah lubang, dan jumlah nozzel pada distribution plate. Dari hasil perhitungan 27 buah dengan diameter 0.36. nozzle dibuat dengan bahan kuningan, dengan ukuran 4mm, dengan masing-masing nozzel memiliki 4 lubang. Diameter pipa kuningan 16 mm dapat dilihat pada (Gambar 5.14).
Gambar 5.14 Penentuan titik nozzle dan pembuatan lubang nozzle
- Pembuatan Main hole ukuran 30 x 30 cm, main hole ditempatkan di bagian 1 pada tungku fludized bed. Main hole berfungsi untuk pengecekan dan penyalaan awal untuk pembakaran (Gambar 5.15)
Gambar 5.15 Pembuatan main hole pada reactor
- Pembuatan Supporting tungku dengan menggunakan besi UNP 10 dengan dimensi 120 x 120 cm. Supporting dibuat untuk penyanggga reaktor fludized bed. Dari kegiatan telah dilakukan pembuatan supporting dan setting awal sebagai kedudukan tungku (Gambar 5.16) dimana pemasangan tungku berada di luar hangar pilot plant. Dengan memasang tiga buah tabung sebagai tungku dan satu buah tabung sebagai pleneum chamber. Pekerjaan pembuatan tunku fluidized bed pada tahun anggaran 2014 ini diperkirankan hanya dapat diselesaikan 30%. Pekerjaan yang akan dilakukan selanjutnya adalah : melanjut pembuatan supporting, pembuatan platform, pemasangan dan pengecoran refraktori, pembuatan titik sampling temperatur, tekanan dan tekanan akan dilakukan pada tahun anggaran 2015. Status terakhir tungku fluidized bed dilihat pada (Gambar 5.17)
Gambar 5.16.Pembuatan supporting tungku
Gambar 5.17 Setting supporting pada tungku
- Uji kemampuan blower dilakukan untuk mengetahui kemampuan dari blower yang akan digunakan sebagai udara pembakar pada tungku. Data yang dibutuhkan adalah untuk mengetahui tekanan statik dari blower, volume udara maksimal, tekanan blower (Gambar 5.18) pada bukaan valve tertentu hasil uji coba dapat dilihat pada (Tabel 5.6).
Tabel 5.6. Uji coba blower
5.6. Modifikasi InputRotary dryer
Modifikasi input rotary dryer , dilakukan melalui perubahan pada sambungan dan output dari produk. Tujuan dan modifikasi sambungan adalah untuk menjaga agar udara tidak masuk kedalam proses pengeringan batubara dan juga menjaga panas tidak hilang dikarenakan keluar dari celah sambungan.
Modifikasi sambungan inputrotary dryer berupa penamban kimponen alat sebagai berikut : 1. Tabung plat pelapis
2. Tabung plat penyambung rotary dryer 3. Tabung penutup
4. Flange stopper
5. Flange penekan gland packing 6. Flange sambungan tabung main hole
besar kecil (exhaust) kanan kiri
Blower Valve 1 Valve 2 RO Pressure 1 Pressure 2
Hz mm 1 50 0 0 65 25 0 2 1 24 1 3 2 22 1 4 2.5 15 1.8 5 3 11 2.2 6 3.5 8.5 2.8 7 4 6.5 3.4 8 4.5 5.5 3.8 9 5 5 4 10 5.5 4.5 4.2 11 6 4.5 4.4 12 6.5 4.5 4.4 13 7 4.5 4.25 14 7.5 4.5 4.25 15 8 4.5 4.26 16 8.5 4.6 4.25 17 9 4.6 4 18 9.5 4.6 4 19 10 4.6 4 % Kpa No
Gambar 5.19. Modifikasi Input Rotary dryer 5.7. Modifikasi OutputRotary dryer
Modifikasi output rotary dryer dilakukan untuk mengubah cara pengeluaran produk agar bisa secara kontinyu dan menambahkan sistem handling produk hasil pengeringan sehingga bisa dibawa oleh konveyor menju stockpile.
Modifikasi output rotary dryer berupa penambahan komponen alat sebagai berikut : 1. Tabung plat pelapis
2. Tabung plat penyambung rotary dryer 3. Tabung penutup
4. Flange stopper
5. 2 buah Flange penekan gland packing 6. 2 buah Flange sambungan tabung main hole 7. Tabung main hole
8. Penutup main hole 9. Pintu main hole
Sebelum dilakukan pembongkaran output rotay dryer dilakukan pengukuran simpangan kebulatan dari rotary yang menyebabkan putaran tidak seimbang. Pelapisan dinding rotary dryer sebagai pengganti tabung yang sebelumnya tidak bulat sempurna. Pengukuran dan pemotongan pada rotary dryer dapat dilihat pada Gambar 5.20
Gambar 5.20 Pengukuran simpangan pada rotary dryer
Gambar 5.21 Pemotongan output rotary dryer
Pemotong dan setting plat pelapis rotary dryer dapat dilihat (Gambar 5.21), diberi jarak sebesar ± 25 mm. Jarak antara tabung berputar dan penutup adalah ± 25 mm tersebut akan diisi dengan gland packing sehingga udara luar tidak terhisap masuk kedalam rotary dryer (Gambar 5.23). Dari (Gambar 5.24) dapat dilihat setting tabung sebagai kedudukan gland packing dengan menggunakan dua buah Flange yang disambungkan pada dinding rotary dryer . Yang kemudian dipasangkan tabung penutup dan main hole yang pada posisinya tidak ikut berputar dengan rotary drayer (Gambar 5.26)
Dari (Gambar 5.22) dapat dilihat pembuatan Flange sebagai sambungan antara chasing sebagai rumah gland packing dan tabung tambahan menuju output produk.
Gambar 5.23. Pengukuran jarak antara tabung berputar dan tabung penutup
Gambar 5.24. Pemasangan tabung pada rotary dryer
Gambar 5.25. Penambahan blade
Pemasangan tabung sebagai penutup dan sebagai tempat kedudukan gland packing perlu presisi untuk jarak yang hampir sama dari kedua tabung, sehingga gland packing dapat terpasang dengan merata. Pada tabung penutup juga dibuat main hole keluaran produk batubara menuju konveyor (Gambar 5.27)
Gambar 5.27 Pemasangan main hole dan output flue gas
Setelah dilakukan modifikasi dari output rotary dryer ini maka yaitu batubara hasil proses dapat keluar secara kontinyu dan udara kuar tidak masuk ke rotary dryer, selain itu produk dari pengeringan akan secara kontinyu pula dibawa oleh konveyor menuju stokpile. Penggunaan konveyor memudahkan pemindahan produk dan mengurangi debu yang keluar dari rotary drayer. Rotary drayer hasil modifikasi sebelum dan sesudah lihat Gambar 5.28.
Gambar 5.28 Output Rotary dryer sebelum dan sesudah modifikasi
5.8. Konveyor sebagai tranportasi produk pengeringan menuju stokpile
Untuk dapat menempatkan belt konveyor dilakukan penggalian pondasi pada pilot plant untuk membuat parit sebagai jalur konveyor (Gambar 5.29). Ada dua buah belt konveyor untuk memindahkan produk sampai menuju stockpile. Belt konveyor pertama digunakan untuk membawa produk yang keluar dari rotary dryer , yang kemudian disambung oleh belt konveyor kedua untuk menuju stockpile.
Pada Gambar 5.30 dapat dilihat pengerjaan pengukuran penempatan konveyor dua dan pengecoran pondasi sebagai dudukan dari konveyor. Pada Gambar 5.31 menampilkan kegiatan pembuatan landasan dari plat dan pembuatan sambungan tiang penyangga konveyor.
Gambar 5.29 Bak kontrol pada jalur konveyor
Gambar. 5.30 Pengukuran Dan Pembuatan Pondasi
Gambar 5.31 Pembuatan Dudukan Penyangga Konveyor
Pada Gambar 5.32 dapat dilihat pemasangan konveyor. Dikarenakan pemindahan konveyor sangat sulit dilakukan pelepasan karet belt dan roda dan kemudian dilakukan pemasangan dan setting kembali. Pemasangan konveyor dengan derajat kemiringan konveyor dibuat + 25o (Gambar 5.33)
Gambar 5.32 Setting dan pemasangan Konveyor
Gambar 5.33 Konveyor terpasang pada stokpile
5.9. Hasil Ujicoba Pengeringan Batubara
5.9.1. Persiapan Percobaan
- Kegiatan persiapan percobaan meliputi: uji pengumpanan pada rotary valve, preparasi Batubara, pembuatan spray air sebagai penambah air pada batubara dan kalibrasi peralatan. Penyiraman batubara dengan air dilakukan untuk mendapatkan kadar air batubara antara 40%-50% dilakukan penyiraman air yang (Gambar 5.34). dengan menambahkan air pada konveyor 1 diharapkan batubara dapat menyerap air lebih sempurna karena akan teraduk pada konveyor selanjutnya 2 dan 3.
Gambar 5.34 Pembuatan spary air pada belt conveyor
a. Preparasi batubara: Preparasi dilakukan melalui pemisahan ukuran batubara yaitu – 5 +2.5 cm dan -2.5 cm. Variasi ukuran batubara pada percobaan untuk mengetahui hubungan antara kadar air batubara dengan ukuran batubara. Gambar 5.35.
Gambar 5.35 Preparasi batubara
b. Kalibrasi peralatan: diperlukan sebagai data proses pembakaran batubara dan juga sebagai data acuan perancanaan desain. Kalibrasi dilakukan pada peralatan diantaranya blower udara pembakar (Tabel 5.7 dan Gambar 5.36), dan pada exhaustblower dapat dilihat pada Gambar 5.37.
Tabel 5.7. Blower 2 Pembakar primer
Hz
kec
(v) ø pipa luas (A) Vol ud Vol ud
masa ud m ud (m/s) (m) (m2) (m3/s) (m3/h) (kg/s) (kg/h) 10 1,1 0,115 0,010387 0,011 41,132 0,014 53,184 15 2,2 0,023 82,264 0,027 106,368 20 3,3 0,034 123,396 0,041 159,551 25 4,4 0,046 164,528 0,055 212,735 30 5,5 0,057 205,660 0,069 265,919 35 6,8 0,071 254,271 0,085 328,773 40 9,5 0,099 355,232 0,118 459,315 45 11,6 0,120 433,757 0,145 560,847 50 13,5 0,140 504,803 0,168 652,710
Gambar 5.36 Volume blower sekunder
Tabel 5.8 Volume exhause blower
Hz kec (v) ø pipa luas (A) Vol ud Vol ud masa ud m ud (m/s) (m) (m2) (m3/s) (m3/h) (kg/s) (kg/h) 10 10,3 0,115 0,0103869 0,107 385,146 0,128 497,994 15 15,8 0,164 590,806 0,197 763,913 20 23,7 0,246 886,210 0,295 1145,869 25 31,6 0,328 1181,613 0,394 1527,825 30 39,5 0,410 1477,016 0,492 1909,782 35 48,84 0,507 1826,265 0,609 2361,360 40 68,23 0,709 2551,311 0,850 3298,845 45 83,31 0,865 3115,195 1,038 4027,947 50 96,95 1,007 3625,233 1,208 4687,426
Gambar 5.37 Volume blower exhaust
c. Kalibrasi putaran rotary dryer : Untuk mengetahui kecepatan putaran dan lama tinggal batubara yang akan dikeringkan didalam rotary dryer dilakukan proses kalibrasi. Tabel 5.9 menampilkan hasil kalibrasi yaitu hubungan antara putaran (Rpm) Rotary Dryer dengan waktu tinggal.
Hz waktu RPM detik put 10 55 1,09 15 37 1,62 20 28 2,14 25 22 2,73 30 18 3,33 35 16 3,75 40 14 4,29 45 12 5,00 50 11 5,45
Gambar 5.38 Putaran Rotary dryer
d. kalibrasi pada pengumpan batubara yang digunakan untuk pembakaran: Jumlah umpan batubara dapat digunakan sebagai acuan kebutuhan energi panas yang digunakan sebagai penguapan kadar air pada batubara. Hasil kalibrasi berupa hubungan antara frekuensi inverter dengan jumlah umpan batubara dalam kg/menit.
Gambar 5.39 Umpan batubara pembakaran 5.9.2 Percobaan Pengeringan Batubara
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui kemampuan penurunan kadar air batubara dengan pemanasan menggunakan alat rotary dryer, energi panas yang dibutuhkan dan kinerja dari peralatan yang digunakan.
Ujicoba dilakukan untuk menurunkan 40%-50% kadar air batubara hingga menjadi + 20% kadar air batubara. Dikarenakan batubara yang digunakan kadar airnya tidak mencapai target yang diinginkan, maka ditambahkan air untuk meningkatkan kadar air batubara pada percobaan. Tujuan dari penambahan air adalah untuk mengetahui kemampuan rotary dryer untuk dapat menurunkan kadar air batubara (Gambar 5.40) .
Hz kg/menit kg/jam 5 0,1 6 10 0,3 18 15 0,5 30 20 0,7 42 25 0,9 54 30 1,1 66 35 1,3 78 40 1,6 96 45 1,8 108 50 2 120
Gambar 5.40 Penambahan air pada batubara Tahapan percobaan adalah sebagai berikut :
1. Penyalaan siklon burner dan mengoperasikan seluruh peralatan pada pilot plant CDB 2. Penambahan kadar air batubara dengan melakukan penyiraman air pada batubara umpan 3. Penyalaan awal dengan mengkondisikan temperature rotary dryer agar stabil.
4. Melakukan sampling batubara setiap 2 jam pada umpan batubara masuk dan batubara setelah proses. 5. Pencatatan parameter pengujian
6. Analisa kadar air batubara umpan dan batubara hasil proses. 7. Kalkulasi material balance proses pengeringan batubara
Batubara yang digunakan pada percobaan diantaranya batubara sebagai pembakar dan batubara raw sebagai bahan yang akan diproses, hasil analisa laboratorium dapat dilihat hasil analisa pada (Tabel 5.11).
Tabel 5.11 Analisa Batubara yang digunakan pada percobaan
Nama Contoh Inherent Vm Ash FC NK
% Kkal Bahan bakar 8.36 21.96 5324 Siklon 2.2 28.17 4508 Produk (19/5/14 23:00) 17.05 44.47 14.25 24.23 4117 Produk (19/5/14 15:00) 24.7 30.98 9.68 34.64 4323
Batubara hasil pembakaran pada siklon menghasilkan temperatur 1100 oC -1200oC, pada chamber temperatur diturunkan dengan menambahkan udara pengencer yang dihasilkan dari flue gas hasil pembakaran, target temperatur chamber dengan kisaran 700oC-800 oC. Dari chamber panas masuk ke rotary dryer temperatur masuk diantara 180 oC -200 oC dan temperatur akhir rotary dyer antara 110 oC-130 oC lihat (Gambar 5.41).
Gambar 5.41 Temperatur proses pengeringan
Pada proses pembakaran batubara pada siklon terdapat slaging pada tunggku, ini diakibatkan oleh abu Batubara yang mencair, sebagian abu menempel pada dinding sehingga membentuk kerak yang menempel pada dinding tungku. Pembentukan slaging abu pada tungku dapat mengganggu proses pembakaran dikarenakan ukuran dalam tungku dapat mengecil akibat tumpukan abu yang menempel pada dinding tungku yang menyebabkan pembakaran tidak dapat sempurna dan dapat menurunkan temperatur pembakaran, dengan itu dilakukan pembersihan slaging abu pada tungku dapat diliahat pada (Gambar 5.42).
Gambar. 5.42 pembersihan slaging abu pada tungku pembakar siklon
Pencobaan yang dilakukan dengan kapasitas umpan 200 – 400 kg/jam, pengaturan jumlah umpan dengan menggunakan inverter untuk mengubah kecepatan konveyor dan mengatur tinggi bukaan gate pada hopper. Untuk mengetahui kapasitas umpan batubara dilakukan kalibrasi kapasitas pada input dan output proses setiap dua jam. Perhitungan kapasitas pengumpanan dengan cara menghitung selisih penurunan jumlah batubara masuk dan keluar berdasarkan berdasarkan kadar air batubara (Gambar 5.43). Dilakukan analisa kadar air batubara hasil produk dan pada beberapa ukuran partikel, analisa ini dilakuka untuk mengtahui penurunanan kadar air batubara pada ukuran partikel yang berbeda, sehingga akan diketahui ukuran pengeringan batubara yang optimal (Gambar 5.44).
Gambar 5.43 Penimbangan dan pengumpulan produk batubara
Gambar 5.44 Sampling dan analisa ukuran partikel
Dari percobaan yang dilakukan dengan menggunakan batubara dengan kadar air 30%-45%, dengan tingkat penguapan air pada batubara dapat mencapai antara 7%-24% dapat dilihat pada (Gambar 5.45). dari Tabel 5.12 dapat dilihat penurunan kadar air awal dan kadar air batubara setelah proses, dengan kadar air terendah dapat mencapai 11% dan tertinggi mencapai 30%. Dari hasil percobaan tingkat penurunan kadar air masih berfluktuasi cukup tinggi, ini dikarenakan beberapa faktor diantaranya : jumlah umpan yang tidak stabil sehingga panas yang dibutuhkan tidak sesuai dengan jumlah air yang akan diuapkan, kadar air batubara yang tidak seragam, temperature proses masih kurang stabil dan juga dapat disebabkan heat loss pada rotary dryer. Dari hasil ini disimpulkan bahwa pengeringan batubara dengan menggunakan rotary dryer dapat digunakan, akan tetapi dibutuhkan kestabilan jumlah umpan dan kadar air yang akan masuk kedalam proses untuk mendapatkan hasil pengeringa yang stabil.
Tabel 5.12 Penurunan kadar air hasil proses pengeringan Sampel TM in TM out ΔTM A1 46,67% 28,67% 18,00% A2 38,95% 24,98% 13,97% A3 40,62% 23,08% 17,54% A4 32,76% 23,54% 9,22% A5 39,56% 18,24% 21,32% A6 26,68% 11,91% 14,77% A7 35,00% 22,77% 12,23% A8 35,94% 19,50% 16,44% A9 44,00% 29,06% 14,94% A10 36,32% 24,67% 11,65% A11 37,99% 27,72% 10,27% A12 45,08% 29,18% 15,90% A13 35,95% 25,60% 10,35% A14 43,29% 31,84% 11,45% A15 42,07% 31,78% 10,29% A16 42,62% 32,98% 9,64% A17 40,79% 29,26% 11,53% A18 40,62% 23,75% 16,87% A19 43,55% 20,69% 22,86% A20 37,48% 27,89% 9,59% A21 43,91% 30,82% 13,09% A22 44,55% 28,72% 15,83% A23 36,59% 28,74% 7,85% A24 38,06% 13,35% 24,71% A25 40,85% 23,27% 17,58% A26 38,11% 17,83% 20,28% A27 37,03% 12,59% 24,44% A28 39,18% 19,24% 19,94% A29 33,64% 17,34% 16,30% A30 30,29% 12,24% 18,05%
Gambar 5.46 Output batubara pada proses CDB
Gambar 5.46 dapat dilihat perbandingan kadar air yang teruapkan dan yang masih tersisa pada batubara. Dari hasil keseluruhan proses uji coba pengeringan dapat dilihat (Lampiran 1) diantaran didapatkan data temperatur pengeringan, material balance, heat balance, dan efisiensi pembakaran batubara yang digunkan sebagai energi pemanas yang digunakan sebagai proses penguapan kadar air pada batubara.
5.10. Desain Pengeringan Batubara Kadar Air Tinggi Skala Demoplant
5.10.1. Perhitungan volume Rotary dryer
Kapasitas input rotary dryer yang direncanakan adalah 150 ton perhari atau 6,25 ton perjam. Kapasitas material yang akan dikeringkan dalam rotary dryer adalah sebesar 10%-15% dari volume rotary dryer (Perry, 1984). Dengan memperhitungkan massa jenis batubara yang dipakai 800 kg/m3 dan safety factor 10%, maka didapatkan volume rotary dryer 78,13 m3
L/D Rotary dryer komersial = 4-10 (Perry,1984) .
Maka diameter rotary dryer = 2,2 m; panjang rotary dryer = 20,55 L/D = 9,34
5.10.2. PerhitunganKebutuhan kalor untuk penguapan free moisture batubara dalam rotary dryer
Kapasitas batubara perjam adalah 6.250 kg.Dengan asumsi total moisture 50%, maka didapatkan berat air dalam batubara adalah 3.125 kg.
Air yang akan diuapkan = 35% x 6.250 = 2187,5 kg perjam
Cp air = 1 kkal/kg; Cp batubara = 0,36 kkal/kg, latent vapour (l) = 539 kkal/kg Kalor untuk menaikkan suhu air dari 30 – 100 o
Q = m x Cp x ΔT
C
= 3.125 x 1 x 70 = 218.750kkal
Kalor untuk mengubah air menjadi uap pada suhu 100 o Q = m x l
C
= 2187,5 x 539 = 1.179.063kkal
Kalor yang diserap oleh material yang dikeringkan,(menaikkan suhu material dari 30-80 o Q = m x Cp x ΔT
C)
