Laporan Kerja Praktek Neraca Massa Pada Kiln System PT. Semen Padang

(1)

101 LAPORAN KERJA PRAKTEK

PT. SEMEN PADANG BIRO PRODUKSI VI

05 Februari – 16 Maret 2018

6.4. Pembahasan

6.4.1 Neraca massa pada kiln system

SUSPENSION PREHEATER

COAL MILL

EP

ROTARY KILN ^COOLER

Raw coal

Udara sekunder Udara tersier

Fine coal

Klinker dingin Klinker panas

Raw Mix

Fine coal Udara buang

Udara pendingin Raw Mix

Udara primer

Gambar 6.2 diagram alir neraca massa pada kiln sistem

Bahan baku masuk ke suspension preheater tanggal 14 februari 2018 = 500 ton/jam Basis 1 jam

a. Neraca massa pada suspension preheater

SUSPENSION PREHEATER

Udara tersier

Raw Mix

Fine coal

Raw Mix Debu

H2O menguap

Gas hasil pembakaran CO2 hasil kalsinasi

O2 sisa pembakaran GHP

Gambar 6.3 diagram alir neraca massa pada suspension preheater

(2)

102 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.1 Kompsisi yang masuk ke suspension preheater

Komposisi %Berat

SiO2 13.48

Al2O3 3.59

Fe2O3 2.22

CaO 43.11

MgO 0.51

H2O 0.3

SO3 0.15

Total 63.36

Persen berat CaCO3 dan MgCO3 yang terkandung dalam raw mix Diketahui; BM CaCO3 = 100kg/kmol

BM CaO = 56 kg/kmol BM MgCO3 = 84 kg/kmol BM MgO = 40 kg/kmol

%CaCO3 =

𝐵𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3

𝐵𝑀 𝐶𝑎𝑂 𝑋 % 𝐶𝑎𝑂 =100𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙

56 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑋 43.11 % = 76.982%

% MgCO3 = ^{𝐵𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂}³

𝐵𝑀 𝑀𝑔𝑂 x %MgO = 84 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙

40 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙𝑋 0.51 = 1.071 %

Sehingga komposisi yang masuk ke suspension preheater adalah sebagai berikut :

(3)

103 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.2 komposisi yang masuk ke suspension preheater

Komposisi %berat m (ton/h)

SiO2 13.48 67.4

Al2O3 3.59 17.95

Fe2O3 2.22 11.1

CaCO3 76.98214286 384.9107

MgCO3 1.071 5.355

H2O 0.3 1.5

Impurities 2.356857143 11.78429

Total 100 500

Umpan yang masuk ke kalsiner merupakan umpan kering dimana tidak mengandung air sama sekali

Umpan kalsiner = umpan masuk preheater – H2O dalam umpan

= 500 ton/jam – 1.5 ton/jam

= 498.5 ton/jam

Asumsi dust loss (debu yang dihasilkan) = 5 % dust loss = 5 % x 498.5 ton/jam

= 24.95 ton/jam

Total umpan yang masuk ke kalsiner = 498.5 ton/jam - 24.95 ton/jam

= 473.575 ton/jam

%berat SiO2 = ^67.4

498.5𝑋 100% = 13.52%

massa SiO2 = 13.52% x 473.575 = 64.03 ton/jam

(4)

104 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.3 massa dan persen berat masing-masing komponen dalam umpan kalsiner

Komposisi %berat m (ton/h)

SiO2 13.52056169 64.03

Al2O3 3.59 17.0013425

Fe2O3 2.22 10.513365

CaCO3 76.98214286 364.568183

MgCO3 1.071 5.07198825

Impurities 2.616295458 12.39012121

Total 100 473.575

Derajat kalsinasi = 92 % (data dari central control room indarung VI) Komponen yang mengalami kalsinasi yaitu CaCO3 dan MgCO3.

Reaksi 1

CaCO3 → CaO + CO2

Diketahui;

BM CO2 = 44 Kg/kmol BM CaO = 56 Kg/kmol BM CaCO3= 100 kg/kmol

Jumlah CaCO3 yang terkalsinasi = 0,92 x berat CaCO3 dalam umpan

= 0,92 x 364.56 ton/jam

= 335.4 ton/jam Jumlah CaO yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑎𝑂}

𝐵𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑎𝑙𝑠𝑖𝑛𝑎𝑠𝑖

= ⁵⁶

100𝑋 335.4 ton/jam

= 187.82 ton/jam CO2 hasil kalsinasi = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑂2}

𝐵𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑎𝑙𝑠𝑖𝑛𝑎𝑠𝑖

(5)

= ⁴⁴

100𝑋 335.4

= 147.77 ton/jam

Jumlah CaCO3 yang tersisa =( jumlah CaCO3 umpan – CaCO3 yang terkalsinasi)

=364.56 – 335.4 ton/jam

= 29.165 ton/jam Reaksi 2

MgCO3 → MgO + CO2

Diketahui;

BM CO2 = 44 Kg/kmol BM MgO = 40 Kg/kmol BM MgCO3= 84 kg/kmol

Jumlah MgCO3 yang terkalsinasi = 0,92 x berat MgCO3 dalam umpan

= 0,92 x 5.07198 ton/jam

= 4.66 ton/jam Jumlah MgO yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝑀𝑔𝑂}

𝐵𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑀𝑔𝐶𝑂3 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑎𝑙𝑠𝑖𝑛𝑎𝑠𝑖

=⁴⁰

84𝑋 4.66

= 2.22 ton/jam CO2 yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑂2}

𝐵𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑀𝑔𝐶𝑂3 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑎𝑙𝑠𝑖𝑛𝑎𝑠𝑖

=⁴⁴

84𝑋 4.66

= 2.44 ton/jam

Jumlah MgCO3 yang tersisa = (jumlah MgCO3 umpan – MgCO3 yang terkalsinasi)

= 5.07198 – 4.66 = 0.406 ton/jam

Jumlah CO2 hasil kalsinasi = berat CO2 reaksi 1 + berat CO2 reaksi 2

(6)

106 LAPORAN KERJA PRAKTEK

= (147.77 + 2.44) ton/jam

= 150.0214 ton/jam Komposisi setelah kalsinasi :

Tabel 6.4 Komposisi setelah kalsinasi

Komposisi m (ton/jam)

SiO2 64.03

Al2O3 17.0013425

Fe2O3 10.513365

CaCO3 sisa kalsinasi 29.16545464 MgCO3 sisa kalsinasi 0.40575906

Impuritis 12.39012121

Total 133.5060424

(7)

05 Februari – 16 Maret 2018 Kebutuhan Batu Bara di suspension preheater

Jumlah batu bara masuk ke suspension preheater = 28.9 ton/jam Tabel 6.5 Komposisi batu bara masuk SP

Komposisi %berat m (ton/jam)

C 63.16 18.25324

H 4.59 1.32651

O 7.33 2.11837

N 1.06 0.30634

S 0.8 0.2312

Ash 13.06 3.77434

H2O 10 2.89

Total 100 28.9

Tabel 6.6 Komposisi Ash batu bara masuk SP

Komposisi %berat M (ton/jam)

SiO2 34.38 1.297618092

Al2O3 19.79 0.746941886

Fe2O3 3.13 0.118136842

CaO 41.67 1.572767478

MgO 1.03 0.038875702

Total 100 3.77434

Asumsi : reaksi pembakaran berlangsung sempurna dan komponen yang bereaksi adalah C, H, dan S

(8)

Reaksi 1

C + O2 CO2

CO2 yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑂2}

𝐵𝑀 𝐶 𝑋 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐶

=⁴⁴

12𝑋 18.253 ton/jam

= 66.92 ton/jam O2 yang diperlukan = ^{𝐵𝑀 𝑂2}

= ³²

12𝑋 18.253 ton/jam

S + O2 SO2

SO2 yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝑆𝑂2}

𝐵𝑀 𝑆 𝑋 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑆

=⁶⁴

32𝑋 0.2312

= ³²

32𝑋 0.2312 ton/jam

H2 + ½ O2 H2O H2O yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝐻2𝑂}

𝐵𝑀 𝐻2 𝑋 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐻2 =¹⁸

2 𝑋 1.326 =11.94 ton/jam O2 yang dibutuhkan =1/4 ³²

2 𝑋 1.326

= 10.6 ton/jam

(9)

109 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.7 Total O2 yang diperlukan

Macam Reaksi Kebutuhan O2

Reaksi 1 48.67 ton/jam

Total 59.52 ton/jam

Kebutuhan O2 secara teoritis = Total O2 yang diperlukan - O2 batubara

= (59.52 – 2.11837 ) ton

= 57.4 ton/jam

Oksigen berlebih pada pembakaran sebesar 5 % (data dari operator kiln) Udara mengandung 21% O2, dan 79% N2.

Kebutuhan O2 yang sesungguhnya = 105% x kebutuhan O2 teoritis

= 105% x 57.4

= 60.27 ton/jam Kebutuhan udara sebenarnya (udara tersier) = ¹⁰⁰

21 X 60.27

= 287 ton/jam

N2 dari udara = ⁷⁹

100 X Kebutuhan O2 yang sesungguhnya

=⁷⁹

100 X 60.27

= 226.73 ton/h

(10)

110 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.8 Total N2 Dalam Reaksi Pembakaran Total N2 Dalam Reaksi Pembakaran (ton/h)

N2 dari udara 226.73

N2 dari batubara 0.30634

Total 227.0371958

Tabel 6.9 Total H2O Total H2O (ton/h)

H2O hasil pembakaran 11.93859

H2O dalam batubara 2.89

Total 14.82859

O2 sisa pembakaran = Kebutuhan O2 yang sesungguhnya - Kebutuhan O2 secara teoritis

= 60.27 ton/jam – 57.4 ton/h = 2.87 ton/h

Diperoleh komposisi gas hasil pembakaran

Tabel 6.10 Komposisi gas hasil pembakaran

Komposisi m (ton/h)

CO2 66.92854667

N2 227.0371958

H2O 14.82859

SO2 0.4624

Total 309.2567325

Tabel 6.11 Umpan kiln total

(11)

SiO2 total 65.327

Al2O3 total 17.74

Fe2O3 total 10.63

CaO total 189.39

MgO total 2.26

Maka diperoleh komposisi umpan yang masuk ke kiln Tabel 6.12 Umpan yang masuk ke kiln

Komposisi m (ton/jam) Umpan Kiln Total

SiO2 65.327

Al2O3 17.74

Fe2O3 10.63

CaCO3 sisa kalsinasi 29.16

MgCO3 sisa kalsinasi 0.40

CaO 189.39

MgO 2.26

Impuritis 12.39

Total 327.32

(12)

Tabel 6.13. Neraca massa untuk preheater

b. Neraca massa Rotary kiln

Raw mix

Fine coal

Klinker panas

Udara primer

Udara sekunder CO2 hasil kalsinasi O2 sisa GHP

pembakaran

ROTARY KILN

Gambar 6.3 diagram alir neraca massa rotary kiln

INPUT OUTPUT

Komponen m (ton/h) Komponen m (ton/h) Umpan masuk

preheater

500 H2O yg menguap 1.5

Umpan batu bara 28.9 CO2 hasil kalsinasi 150.0214158 Udara tersier 287.0010833 O2 sisa pembakaran

GHP

2.870010833

Debu keluar SP 24.925

Umpan kiln 327.3279242

Gashasilpembakaran 309.2567325

Total 815.9010833 Total 815.9010833

(13)

umpan masuk kiln = 327.32 ton/jam

Tabel 6.14 komposisi umpan masuk ke Rotary kiln

Komposisi Massa (ton/jam)

SiO2 65.327

Al2O3 17.74

Fe2O3 10.63

CaCO3 sisa kalsinasi 29.16

MgCO3 sisa kalsinasi 0.40

CaO 189.39

MgO 2.26

Impuritis 12.39

Total 327.32

Di dalam umpan rotary kiln akan terjadi kalsinasi lanjutan dari komponen CaCO3 dan MgCO3 yang belum terkalsinasi sempurna didalam suspension preheater.

Reaksi kalsinasi dari CaCO3 dan MgCO3

Reaksi 1

CaCO3 → CaO + CO2

CaCO3 terkalsinasi = 29.16 ton/jam CaO hasil kalsinasi = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑎𝑂}

𝐵𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐶𝑎𝐶𝑂3

= 29.16 x ⁵⁶

100

= 16.332 ton/jam CO2 hasil kalsinasi = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑂2}

𝐵𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐶𝑎𝐶𝑂3

(14)

114 LAPORAN KERJA PRAKTEK

= ⁴⁴

100 x 29.16

MgCO3 MgO + CO2

MgO terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝑀𝑔𝑂}

𝐵𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑀𝑔𝐶𝑂3

= ⁴⁰

84 x 0.40

= 0.193 ton/jam CO2 terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝐶𝑂2}

𝐵𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3𝑋 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑀𝑔𝐶𝑂3

= ⁴⁴

84 x 0.40

= 0.21254 ton/jam

CO2 total hasil kalsinasi = 12.83 ton/jam + 0.21254 ton/jam

= 13.045 ton/jam

CaO total hasil kalsinasi = CaO dalam umpan + CaO hasil kalsinasi

= 189.398 + 16.332

= 205.73 ton/jam

MgO total hasil kalsinasi = MgO dalam umpan + MgO hasil kalsinasi

= 2.26 + 0.193

= 2.454 ton/jam Kebutuhan batu bara di rotary kiln

Jumlah batu bara masuk ke rotary kiln = 22.5 ton/jam (data dari CCR Indarung VI)

(15)

115 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.15 Komposisi batu bara masuk ke kiln

Komposisi %berat m (ton/jam)

C 63.16 14.21

H 4.59 1.03

O 7.33 1.65

N 1.06 0.24

S 0.8 0.18

Ash 13.06 2.94

H2O 10 2.25

Total 100 22.5

Tabel 6.16 Komposisi Ash batu bara masuk ke kiln

Komposisi %berat m (ton/jam)

SiO2 34.38 1.01

Al2O3 19.79 0.581

Fe2O3 3.13 0.0919

CaO 41.67 1.224

MgO 1.03 0.0302

Total 100 2.94

Asumsi : reaksi pembakaran berlangsung sempurna dan komponen yang bereaksi adalah C, H dan S.

Reaksi 1

C + O2 CO2

CO2 yang terbentuk= ^{𝐵𝑀 𝐶𝑂2}

=⁴⁴

12𝑋 14.21

(16)

=³²

12𝑋 14.21

S + O2 SO2

SO2 yang terbentuk = ^{𝐵𝑀 𝑆𝑂2}

=⁶⁴

32𝑋 0.18

=³²

32𝑋 0.18

=0.18 ton/jam Reaksi 3

H2 + ½ O2 H2O H2O yang terbentuk= ^{𝐵𝑀 𝐻2𝑂}

𝐵𝑀 𝐻2 𝑋 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐻

=¹⁸

2 𝑋 1.0327

= 9.29 ton/jam O2 yang dibutuhkan=1/2^{𝐵𝑀 𝐻2𝑂}

𝐵𝑀 𝐻2 𝑋 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐻

=1/2 ³²

2 𝑋 1.0327

= 8.262 ton/jam

(17)

117 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.17 Total O2 yang diperlukan

Macam reaksi Kebutuhan O2

Reaksi 1 37.89

Reaksi 2 0.18

Reaksi 3 8.262

Total 46.338 ton/jam

Kebutuhan O2 teoritis = ( total O2 yang diperlukan – O2 yang ada dalam batubara)

= (46.338 – 1.65) ton

= 44.68875 ton/jam Excess oksigen = 5 %, (data CCR)

Kebutuhan O2 sesungguhnya =105% X kebutuhan O2 teoritis

=105% X 44.68875 ton/jam

= 46.92 ton/jam Dalam udara terkandung N2 = 79 %, dan O2 = 21%.

Kebutuhan udara sesungguhnya (udara tersier)

= ¹⁰⁰

21 𝑋 Kebutuhan o2 sesungguhnya

=¹⁰⁰

21 𝑋 46.92 ton/jam

= 223.448 ton/jam

Pada proses klinkerisasi udara yang digunakan berasal dari udara primer dan udara sisa pendinginan klinker (udara sekunder). Untuk mengetahui jumlah udara yang primer dan sekunder pada proses klinkerisasi adalah;

(18)

118 LAPORAN KERJA PRAKTEK

05 Februari – 16 Maret 2018 Diketahui

 Debit udara primer (premery air fan) = 295 Nm³/min = 14930 m³

 Jumlah udara yang dibutuhkan untuk proses klinkerisasi 223443.8 kg

 Densitas udara suhu 30^oC = 1.529 kg/m³ (hoolderbank) , Basis = 1 jam Berat udara primer = densitas x debit udara primer

= 1.529 kg/ m³ x 14930 m3/jam

= 22827.97 kg

Udara sisa pendinginan (cooling air) yang digunakan untuk proses klinkerisasi=

= jumlah udara yang dibutuhkan – jumlah udara primer

= (223443.8 – 22827.97)

= 20016.8 kg

Untuk proses kalsinasi udara yangdigunakan berasal dari udara TAD (Tertier air duct) yang merupakan sisa cooling air dari klinker dan udara sisa pembakaran dari proses klinkerisasi.

oksigen berlebih pada saat proses klinkerisasi

= 5% x jumlah udara yang dibutuhkan udara klinkerisasi

= 5% x 223443.8

= 11172.19 kg (yang masuk ke proses kalsinasi)

Jumlah udara TAD = jumlah udara yangdibutuhkan kalsinasi – jumlah excess udara klinkerisasi

= (287001.0833 – 11172.19) kg

= 275828.8933 kg

Jadi jumlah cooling air yang dibutuhkan untuk proses kalsinasi dan klinkerisasi adalah

= jumlah udara sisa cooling air pada pembuatan klinkerisasi + jumlah udara yang dibutuhkan untuk proses kalsinasi

(19)

119 LAPORAN KERJA PRAKTEK

= (2000615.8 + 287001.0833) kg

= 275828.8933 kg N2 dari udara = ⁷⁹

21𝑋 Kebutuhan o2 sesungguhnya = ⁷⁹

21𝑋 46.92 ton/jam = 176.52 ton/jam

Tabel 6.18 Total N2 dari batu bara dan udara Total N2

N2 dari batu bara 0.24

N2 dari udara 176.52

Total 176.76 (ton/jam)

O2 sisa pembakaran = Kebutuhan O2 sesungguhnya – kebutuhan O2 teoritis

= (46.92 - 44.68875) ton

= 2.234 ton/jam

Total H2O = H2O dalam batubara + H2O reaksi pembakaran

=(2.25 + 9.29) ton/jam

= 11.544 ton/jam

Komposisi gas hasil pembakaran :

Tabel 6.19 Komposisi gas hasil pembakaran

CO2 52.107

N2 176.7591

H2O 11.54475

SO2 0.36

Total 240.7708

Komposisi klinker

(20)

Tabel 6.20 Komposisi Klinker

SiO2 66.33787

AL2O3 18.32981

Fe2O3 10.72348

CaO 206.9554

MgO 2.484375

Impuritis 12.39012

Total 317.2211

Neraca massa Rotary Kiln

Tabel 6.21 Neraca Massa Rotary Kiln

INPUT OUTPUT

Komponen m (ton/jam) Komponen m (ton/jam)

umpan masuk kiln 327.3279 CO2 hasil kalsinasi 13.04534 umpan batu bara 22.5 O2 sisa pembakaran 2.234438 udara primer 22.8279 gas hasil pembakaran 240.7708 udara sekunder 200.6158 produk klinker 317.2211

Total 573.27 Total 573.27

(21)

05 Februari – 16 Maret 2018 c. Neraca massa Cross Bar Cooler

Klinker panas debu

Klinker dingin

Fine coal

Gas ke EP Udara sekunder Udara tersier

CROSS BAR COOLER

Gambar 6.4 diagram alir neraca massa di cross bar cooler

Cooler membutuhkan input udara pendingin klinker yang dipasok menggunakan fan. Pada pabrik indarung VI terdapat 11 fan dengan laju alir udara sebagai berikut :

(22)

122 LAPORAN KERJA PRAKTEK

05 Februari – 16 Maret 2018 Tabel 6.22 Laju alir udara 11 fan Fan Nm³/min

K11 951

K12 824

K13 563

K14 859

K15 1294

K16 1271

K17 1274

K18 1244

K19 1247

K20 1224

K21 984

TOTAL 11735

O2 dalam udara = ²¹

100 x 11735 = 2464.35 Nm³/min = 211.3508 ton/jam N2 dalam udara = ⁷⁹

100 x 11735 = 695.6466 Nm³/min = 695.6466 ton/jam Total dari keseluruhan laju alir udara fan diatas merupakan laju alir udara pendingin yang masuk ke cooler yaitu = 906.9973 ton/jam

Asumsi dust loss = 5% dari total klinker panas yang masuk Dust loss cooler = 5% x klinker panas masuk cooler

= 0.05 x 317.2211 ton/jam

= 15.86 ton/jam

Klinker dingin = klinker panas masuk cooler – dust loss

= 317.22 – 15.86

(23)

123 LAPORAN KERJA PRAKTEK

= 301.36 ton/jam

Output dari cooler selain dari klinker dingin adalah udara sekunder yang dikembalikan ke kiln, udara tersier untuk suspension preheater (SP) dan udara buang ke Electrostatic precipitator (EP).

Udara sekunder = udara tersier – udara primer

= 223.4438 - 22.82797 = 200.61 ton/jam

Udara buang ke EP = udara pendingin – (udara sekunder + udara tersier)

= 906.99 – (200.61 + 223.4438)

= 482.94 ton/jam Neraca massa untuk cross bar cooler

Tabel 6.23 Neraca Massa Cross Bar Cooler

INPUT OUTPUT

Komponen m(ton/jam) Komponen m(ton/jam) klinker panas 317.2211 klinker dingin 301.36 udara pendingin 906.9973 udara sekunder 200.6158

udara tersier 223.4438 gas buang ke EP 482.9378

Debu 15.86105

Total 1224.218 Total 1224.218

(24)

6.4.2 Neraca Energi Kiln Sistem

Gambar 6.5 diagram alir neraca energi Rotary Kiln Keterangan :

Q1 : panas yang dibawa umpan kiln Q2 : panas dari pembakaran batu bara Q3 : panas udara sekunder

Q4 : panas yang dibawa udara primer Q5 : panas sensible batu bara

Q6 : panas H2O dalam batu bara

Q7 : panas dari gas hasil pembakaran batu bara Q8 : Panas CO2 hasil kalsinasi

Q9 : panas disosiasi

Q10 : Panas yang dibawa H2O dalam batu bara Q11 : panas yang hilang

Q12 : panas konduksi Q13 : panas konveksi

(25)

125 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Q14 : panas radiasi

Q15 : panas dari klinker yanag keluar dari kiln

1. PANAS INPUT

Panas dari umpan kiln

Temperature = 892ºC = 1165 K T referensi = 25 ºC = 298 K

Tabel 6.24 Komposisi umpan kiln KOMPONEN m (kg) Cp

(kkal/kmol.K)

BM (kg/kmol)

T (K)

Tref(K)

SiO2 65,327.62 10.87+0.008712T - 241200T^-2

60 1165 298

Al2O3 17,748.28 22.08 + 0.008971T - 522500T^-2

102 1165 298

Fe2O3 10,631.50 24.27 + 0.01604T -423400T^-2

104 1165 298

CaCO3 sisa kalsinasi

29,165.45 19.68 + 0.01189T -307600T^-2

100 1165 298

MgCO3 sisa kalsinasi

405.76 16.9 84 1165 298

CaO 189,398.30 10 + 0.00484T - 108000T^-2

56 1165 298

2,260.89 10.86 + 0.001197T -

40 1165 298

(26)

126 LAPORAN KERJA PRAKTEK

MgO 208700T^-2

Q SiO2 = m ∫_{𝑇𝑟𝑒𝑓}^𝑇 𝐶𝑝 𝑑𝑇

= m ∫₂₉₈¹¹⁶⁵(10.87 + 0.008712T − 241200T − 2)𝑑𝑇

= m [10.87 T + ^0.008712

2 T²+ 241200T^-1]¹¹⁶⁵298

=65,327.62 kg [10.87 (1165-298) + ^0.008712

2 (1165²– 298²) +241200 (1165^-1 - 298^-1)]

= 937,266,738.36 kkal.kg/kmol x ¹

60 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 = 15,621,112.31 kkal Gunakan cara diatas untuk menghitung kalor masing - masing komponen,

Tabel 6.25 kalor masing-masing komponen umpan kiln

KOMPONEN Q (kkal)

SiO2 15,621,112.31

Al2O3 4,093,938.39

Fe2O3 3,082,875.32

CaCO3 sisa kalsinasi 6,951,627.65

MgCO3 sisa kalsinasi 70,777.42

CaO 38,792,378.17

MgO 545,641.74

Total 69,158,351.00

Panas dari pembakaran batu bara

Temperatur = 70ºC = 343K

(27)

T referensi = 25 ºC = 298 K

Tabel 6.26 Komposisi batu bara umpan kiln dengan Hc masing-masing Komponen m (kg) Hc (kkal/mol) BM (kg/mol) T (K) Tref (K)

C 14,211.00 -0.453 0.012 343 298

H 1,032.75 0.2228 0.001 343 298

O 1,649.25 0 0.032 343 298

N 238.50 0 0.028 343 298

S 180.00 0.071 0.032 343 298

H2O 2,250.00 68.3174 0.018 343 298

SiO2 1,010.26 202.46 0.06 343 298

Al2o3 581.53 399.09 0.102 343 298

Fe2O3 91.98 198.5 0.104 343 298

CaO 1,224.47 151.7 0.056 343 298

MgO 30.27 143.84 0.04 343 298

Q C = m x Hc = 14,211.00 x (-0.453)

= -6437.583 kkal.kg/mol x ¹

0.012 𝑘𝑔/𝑚𝑜𝑙

= -536,465.25 kkal Sehingga kalor masing-masing komponen :

(28)

128 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.27 Kalor masing-masing komponen

Komponen Hc (kkal/mol) Q (kkal)

C -0.453 -536,465.25

H 0.2228 230,096.70

O 0 0.00

N 0 0.00

S 0.071 399.38

H2O 68.3174 8,539,675.00

SiO2 202.46 3,408,941.51

Al2O3 399.09 2,275,318.32

Fe2O3 198.5 175,548.53

CaO 151.7 3,317,009.76

MgO 143.84 108,838.51

Total 17,519,362.46

Panas sensible batu bara

Batu Bara m (kg) Cp dT (kkal/kg) Q (kkal)

22500 13.55 304875

Panas H2O batu bara

H2O batu bara m (kg) CpdT (kkal/kg) Q (kkal)

2250 45.0045 101260.125

(29)

Panas dari udara sekunder Diketahui data sebagai berikut : Udara

sekunder

m (kg) Cp (kkal/kmol.C) T (°𝑪)

T ref (°𝑪)

BM (kg/kmol) 200615.78 0.02894 + (0.4147 x 10^-5 T) +

(0.3191 x 10^-8 T²) – (1.965 x 10-12T³)

1200 25 29

Sehingga diperoleh :

m (kg) ∫ 𝑪𝒑𝒅𝑻 (kkal/kmol.℃) Q (kkal)

200615.78 1.3037 261542.7924

Panas dari udara primer Udara

primer

m (kg) Cp (kkal/kmol.C) T

(°𝑪)

T ref (°𝑪)

BM (kg/kmo l) 22827.97 0.02894 + (0.4147 x 10^-5 T) + (0.3191

x 10^-8 T²) – (1.965 x 10-12T³)

20 25 29

m (kg) ∫ 𝑪𝒑𝒅𝑻 (kkal/kmol.℃) Q (kkal)

22827.97 -0.005 -114.13985

Tabel 6.28 Panas disosiasi

(30)

Komponen m (kg) Hc (kkal/kg) Q (kkal)

CaCO3 29165.45 2895 84,433,991.19

MgCO3 405.75 3115.48 1,264,134.24

Total 85,698,125.43

Sehingga diperoleh total panas input sebagai berikut : Tabel 6.29 Total panas input ke rotary kiln

PANAS INPUT

Q (kkal)

Panas umpan kiln 69,158,351.00

Panas pembakaran batu bara 17,519,362.46

Panas udara sekunder 261,542.79

Panas udara primer -114.14

Panas sensibel batu bara 304,875.00

Panas H2O batu bara 101,260.13

Panas disosiasi 85,698,125.43

Total 173,043,402.66

2. PANAS OUTPUT Panas klinker panas

Temperatur = 1200ºC = 1473K T referensi = 25ºC = 298 K

Tabel 6.30 Komposisi klinker panas yang keluar dari kiln

(31)

05 Februari – 16 Maret 2018 komposisi m

(kg/jam)

Cp (kkal/kmol.K) T (K)

Tref (K) BM (kg/kmol) SiO2 66,337.87 10.87+0.008712T - 241200T^-2 1473 298 60 Al2O3 18,329.81 22.08 + 0.008971T -522500T^-2 1473 298 102 Fe2O3 10,723.48 24.27 + 0.01604T -423400T^-2 1473 298 104 CaO 206,955.42 10 + 0.00484T -108000T^-2 1473 298 56 MgO 2,484.37 10.86 + 0.001197T -208700T^-2 1473 298 40 Total 304,830.96

= m ∫₂₉₈¹⁶⁷³(10.87 + 0.008712T − 241200T − 2)𝑑𝑇

= m [10.87 T + ^0.008712

2 T²+ 241200T^-1]¹¹⁶⁵298

=66,337.87kg [10.87 (1673-298) + ^0.008712

2 (1673²– 298²) +241200 (1673^-1 - 298^-1)]

= 1,405,773,245.22 kkal.kg/kmol x ¹

60 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 = 23,429,554.09 kkal Dengan cara diatas, diperoleh total kalor semua komponen :

Tabel 6.31 kalor masing-masing komponen

Komposisi m (kg) Q (kkal)

SiO2 66,337.87 23,429,554.09

Al2O3 18,329.81 6,088,256.85

Fe2O3 10,723.48 4,544,372.74

CaO 206,955.42 60,965,897.29

MgO 2,484.37 835,202.18

Total 304,830.96 95,863,283.14

(32)

Panas CO2 Hasil kalsinasi Diketahui data sebagai berikut :

m (kg) Cp (kkal/kmol.K) T (K) Tref (K)

BM (kg/kmol) CO2 13045.3405 10.34+0.00274T-

195500T^-2

473 298 44

CO2 m (kg) Q (kkal)

13045.3405 713,836.03

Panas gas hasil pembakaran

Tabel 6.32 Komposisi GHP yang keluar dari kiln

komponen M Cp (kkal/kmol K) T (K) Tref (K) BM

CO2 52,107.00 10.34 +0.00274T -195500T^-2 473 298 44

N2 176,759.06 6.5 +0.001 T 473 298 28

SO2 360.00 7,7 + 0,0053T - 0,000000837T² 473 298 64 H2O 11,544.75 1.0076 (kkal/kg.C) 200 (⁰C) 25

(33)

133 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.33 kalor masing-masing komponen GHP keluar dari kiln

komponen m (kg) Q (kkal)

CO2 52,107.00 2,074,363.35

N2 176,759.06 7,606,715.78

SO2 360.00 9,466.37

H2O 11,544.75 2,035,685.77

Total 11,726,231.27

Panas H2O Dalam Batu Bara

Temperatur = 200ºC = 473K T referensi = 25ºC = 298 K Diketahui data sebagai berikut ;

m (kg) Cp (kkal/kg.K)

H2O dalam batu bara 2250 0.4849

m (kg) λ (kkal/kmol) BM

Panas laten H2O 2250 10520 18

Tabel 6.34 Diperoleh kalor H2O dalam batu bara Q (kkal)

H2O dalam batu bara 81826.875

Panas laten H2O 1315000

Total 1396826.875

Panas konduksi

(34)

Tabel 6.35 panas konduksi kiln baja

kiln

k (kkal/m.℃) T dalam C T luar C x (m) D (m) L (m)

3.6998 1400 500 0.05 5.5 86

Qkonduksi = k x A x ^∆𝑇

𝑥

= 3.6998 x (3.14 x 5.5 x 86 ) x^(1400−500)

0.05

= 49,455,152.60 kkal Panas konveksi

Tabel 6.36 Panas konveksi kiln Hc

(kkal/m.℃)

T dalam C T luar C x (m) D (m) L (m) A (m²)

Udara 5.5926 1400 500 0.25 5.5 86 742.61

Qkonveksi = hc x A x ∆𝑇

= 5.5926 x 742.61 x (1400-500)

= 3,737,808.62 kkal Panas radiasi

Diketahui data sebagai berikut :

Tabel 6.37 data panas radiasi kiln 𝝈

(W/m².K⁴)

T dalam (K)

T luar (K) x (m) D (m) L (m) A (m²) 𝜺

baja kiln

5.669E-08 1673 773 0.05 5.5 86 742.61 0.78

Q radiasi = 𝜎 𝑥 𝜀 𝑥 𝐴 𝑥 ∆𝑇⁴ 1000 𝑋 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑙𝑖𝑛𝑘𝑒𝑟 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠

(35)

= 5.669E−08 x 0.78 x 742.61 x (1673−773)⁴ 1000 𝑥 304 830.96

= 0.805 kkal

Maka diperoleh total panas output sebagai berikut :

Tabel 6.38 panas output rotary kiln

PANAS OUTPUT Q (kkal)

Panas klinker keluar 95,863,283.14 panas CO2 hasil kalsinasi 713,836.03

Panas GHP 11,726,231.27

panas H2O batu bara 81,826.88 Panas laten H2O 1,315,000.00

Panas konduksi 49,455,152.60

Panas konveksi 3,737,808.62

Panas radiasi 0.81

Panas yang hilang 10,150,263.33

Total 173,043,402.66

(36)

Tabel 6.39 summary table neraca Energi pada Rotary kiln

PANAS INPUT Q (kkal) PANAS OUTPUT Q (kkal)

Panas Umpan Kiln 69,158,351.00 Panas klinker keluar 95,863,283.14 Panas Pembakaran

Batu Bara

17,519,362.46 Panas CO2 hasil kalsinasi

713,836.03 Panas Udara Sekunder 261,542.79 Panas GHP 11,726,231.27

Panas Udara Primer -114.14 Panas H2O batu bara 81,826.88 Panas Sensibel Batu

Bara

304,875.00 Panas laten H2O 1,315,000.00 Panas H2O Batu Bara 101,260.13 Panas konduksi 49,455,152.60

Panas Disosiasi 85,698,125.43 Panas konveksi 3,737,808.62 Panas radiasi 0.81 Panas yang hilang 10,150,263.33

Total 173,043,402.66 Total 173,043,402.66

(37)

6.4.3 Neraca Energi Pada Cross Bar Cooler 1. PANAS INPUT

Tabel 6.40 Komposisi klinker umpan kiln

Komponen m (kg) Cp dT (kkal/kmol.K) T (K) Tref (K)

BM (kg/kmol) SiO2 66,338 10,87 + 0,008712 T –

241.200 T^-2

1473 298 60.083

Al2O3 18,330 22,08 + 0,008971 T – 522.500 T^-2

1473 298 101.961 Fe2O3 10,723 24,27 + 0,01604 T –

423.400 T^-2

1473 298 159.691 CaO 206,955 10,00 + 0,00484 T –

108000 T^-2

1473 298 56.079

MgO 2,484 10,86 + 0,001197 T - 208700 T^-2

1473 298 40.311

Total 304,831

= m ∫₂₉₈¹⁴⁷³(10.87 + 0.008712T − 241200T − 2)𝑑𝑇

= m [10.87 T + ^0.008712

2 T²+ 241200T^-1]¹⁴⁷³298

=66338 kg [10.87 (1473-298) + ^0.008712

2 (1473²– 298²) +241200 (1473^-1 - 298^-1)]

= 23,397,187.98 kkal

(38)

138 LAPORAN KERJA PRAKTEK

Tabel 6.41 kalor masing-masing komponen

Komponen m (kg) ∫ Cp dT

(kkal/kmol)

Q (kkal)

SiO2 66,338 21191.111 23,397,187.98

Al2O3 18,330 117885.253 21,192,561.02

Fe2O3 10,723 44072.904 2,959,557.93

CaO 206,955 16496.742 60,880,012.99

MgO 2,484 13447.282 828,758.58

Total 304,831 109,258,078.49

Tabel 6.42 Panas cooling air

Panas cooling

air

m (kg)

Cp dT (kkal/kmol.C) T (ºC) Tref (ºC)

BM (kg/k mol)

∫ Cp dT (kkal/kmo

l)

Q (kkal) 906,9

97

0,02894 + (0,4147 × 10^-5 T) + (0,3191 × 10^-8 T²) – (1,965 × 10^-12 T³)

30 25 28.85 0.145 4,567.3

Tabel 6.43 Total panas input dari cooler

PANAS INPUT Q (kkal)

Panas klinker keluar dari kiln 109,258,078.49

Panas cooling air 4,567.33

Total 109,262,645.82

(39)

05 Februari – 16 Maret 2018 2. PANAS OUTPUT

Tabel 6.44 Komposisi klinker keluar dari cooler Komponen m (kg) Cp dT (kkal/kmol.K) T

(K)

Tref (K)

BM (kg/kmol) SiO2 66 10,87 + 0,008712 T – 241.200 T^-2 373 298 60.083 Al2O3 18 22,08 + 0,008971 T – 522.500 T^-2 373 298 101.961 Fe2O3 11 24,27 + 0,01604 T – 423.400 T^-2 373 298 159.691 CaO 207 10,00 + 0,00484 T – 108000 T^-2 373 298 56.079 MgO 2 10,86 + 0,001197 T 208700 T^-2 373 298 40.311