BAB III KAJIAN TEORI
3.5 Lime Kiln Plant
Lime Kiln adalah merupakan tungku berputar yang berfungsi untuk mengeringkan, memanasi, lalu mengapuri lime mud (CaCO3) sehingga terbentuk kapur (CaO). Proses yang terjadi adalah proses kalsinasi ,dimana proses pengapuran lime mud (CaCO3) yang menghasilkan CaO (kapur bakar), Reaksi tersebut adalah CaCO3 + Panas → CaO + CO2, proses ini terjadi pada temperature sekitar 900oC, untuk mempercepat reaksi tersebut Lime Kiln dioperasikan pada temepartur diatas temperature kalsinasi tersebut, sekitar 1000oC -1100oC. Didalam pabrik pulp, Lime kiln berfungsi untuk mendaur ulang CaCO3 (disebut Lime Mud) yang berasal dari produk samping pembuatan Cairan Pemasak Pulp (White Liquor), hasil kalsinasi Lime mud tersebut adalah CaO (Calcium Oxide) yang merupakan bahan baku utama pembuatan cairan pemasak pulp (White Liquor). Oleh karena sangat vitalnya fungsi lime kiln dalam proses pembuatan pulp maka kehandalan Lime kiln harus benar-benar terjaga tinggi (target OEE > 98%), agar tidak mengganggu produksi pulp yang akan berpengaruh langsung terhadap laba perusahaan.
Kalsinasi berlangsung pada suhu tinggi (lebih tinggi dari 900°C) di dalam tanur kapur putar (Rotary Lime Kiln), yang berfungsi sebagai reaktor kimia dan alat perpindahan panas (Green dan Hough, 1992). Lime kiln yang digunakan dalam proses kraft biasanya adalah rotary kiln yang menggunakan bahan bakar fosil untuk menghasilkan panas.
Rotary lime kiln adalah silinder baja berlapis refraktori besar yang agak miring dari horizontal dan diputar perlahan. Lime mud dimasukkan /
diumpankan di ujung yang lebih tinggi (Inlet) dan perlahan turun menuju ke ujung pembuangan (Outlet) yang lebih rendah karena kemiringan dan rotasi. Pembakar (burner) dipasang di ujung keluaran kiln. Perpindahan panas dari api ini dan gas pembakaran panas yang mengalir berlawanan ke arah inlet kiln itulah yang mengeringkan, memanaskan, dan mengkalsinasi padatan lumpur kapur yang mengalir balik ke arah outlet.
Rotary lime kiln didesain dengan kemiringan 2,5% untuk memudahkan padatan untuk bergerak. Prinsip kerja rotary lime kiln yaitu memberikan panas secara counter current terhadap CaCO3 yang akan dikalsinasi sehingga menghasilkan CaO. Lime Mud (CaCO3) diumpankan dari bagian lime kiln yang lebih tinggi. Secara bersamaan, panas akan diumpankan secara berlawanan terhadap CaCO3. CaCO3 akan melewati tiga zona tahapan proses lime kiln.
Panas yang digunakan pada proses kalsinasi yaitu berasal dari pembakaran natural gas dan bahan bakar seperti Marine Fuel Oil (MFO) ataupun solar. Lime Mud (CaCO3) akan melewati tiga zona tahapan dan keluar menuju pendingin yaitu unax cooler. Prinsip kerja lime kiln dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini.
Gambar 3.3 Prinsip kerja Rotary Lime Kiln (Boateng, 2016)
Rotary kiln terdiri dari beberapa komponen penyusun utama. Komponen penyusun lime kiln dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini, Interior rotary kiln berupa lapisan batu tahan api yang berfungsi untuk menjaga agar tidak adanya heat loss pada lime kiln. Rotary kiln dirotasi oleh tiga buah motor penggerak. Motor penggerak ini dilengkapi dengan gear dan air pendingin untuk mengatasi pengaruh panas yang dilepaskan oleh shell lime kiln yang dapat mempengaruhi kinerja motor penggerak.
Gambar 3.4 Komponen Penyusun Rotary Lime Kiln (Perry dan Green, 1997) 3.5.1 Proses Kalsinasi
Kalsinasi adalah proses penguraian CaCO3 menjadi CaO yang memanfaatkan panas hasil pembakaran fuel. Adapun reaksi kalsinasi adalah sebagai berikut:
CaCO3 + Panas → CaO + CO2
Disosiasi batu kapur diatas suhu dekomposisi adalah heterogen reaksi (seperti gambar 3.5). Disosiasi ini dapat dianggap terdiri dari lima langkah proses berikut:
1) Panas ditransfer dari gas tungku ke permukaan partikel yang membusuk.
2) Hal ini diikuti oleh konduksi panas dari permukaan ke arah reaksi melalui struktur kisi mikroporous kapur.
3) Panas tiba di depan reaksi dan menyebabkan disosiasi CaCO3 menjadi CaO dan CO2.
4) CO2 yang dihasilkan akan bermigrasi dari bagian depan reaksi melalui lapisan kapur ke permukaan partikel.
5) CO2 bermigrasi dari permukaan partikel ke atmosfir kiln.
Gambar 3.5 Mekanisme Disosiasi Lime (Boateng, 2016)
Proses kalsinasi lime mud membutuhkan energi bahan bakar, natural gas, yang besar untuk membakar lime mud di dalam rotary lime kiln dengan temperatur tinggi mencapai 1100oC dengan suplai udara dari lingkungan sekitar yang diambil menggunakan ID fan menuju ke rotary lime kiln, dimana udara ini selain untuk proses pembakaran juga untuk mengatur bentuk api agar panas yang dihasilkan stabil.
3.5.2 Bagian / Tahapan Proses pada Lime Kiln
Pada bagian dalam Rotary Lime Kiln dilapisi oleh batu tahan api (fire brick) dan sebagian castable (semen tahan api), Yaitu seperti berikut :
20,97 m dilapisi dengan kadar aluminium 70%.
10,97 m dilapisi oleh 150 mm refactory fire brick.
27,32 m intermediate zone dilapisi oleh 40% aluminium.
10,80 m daerah drying zone / chain zone dilapisi oleh resistance brick.
8,9 m, unax cooler dilapisi oleh castable.
Adapun bagian / tahapan proses pada rotary lime kiln terbagi menjadi 4 (empat) bagian / tahapan yaitu antara lain :
a) Drying Zone, Pada Tahap ini lime mud dikeringkan menggunakan chain (rantai metal) yang dipanaskan oleh flue gas, temperature pada bagian ini sekitar 590 – 600oC.
b) Heating Zone, Pada bagian ini terdapat peralatan seperti tumblers atau lifter yang berada didalam Lime Kiln. Temperature pada bagian ini sekitar 780 – 810oC.
c) Calcining Zone, Pada tahap ini terjadi proses kalsinasi lime mud (CaCO3) menjadi kapur (CaO), dengan reaksi sebagai berikut :
CaCO3 + heat → CaO + CO2
(Lime Mud) (Kapur) (Karbon dioksida)
Temperatur reaksi tergantung operasional, minimum temperature yang dibutuhkan untuk reaksi kalsinasi yaitu 900oC, dimana temperature lebih dari 1.150oC akan membuat over burnt lime. Oleh karena itu, untuk mendapatkan kualitas kapur yang diinginkan termperatur kalsinasi di jaga sekitar 900-1.100oC
d) Cooling Zone, Setelah tahap kalsinasi, lime product akan didinginkan sampai temperature sekitar 120-150oC, dengan menggunakan unax cooler sejumlah 9 buah dan dengan bantuan secondary air.
Tabel 4. Parameter Operational pada Rotary Lime Kiln
Parameter Unit Government
Limit
TPL Green Limit
Particulate Mg/Nm3 <350 <175
Opacity % <35 <17,5
Total Reduced Sulphur
Mg/Nm3 <28 <14