Size Reduction - Spada UNS

Size Reduction

Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2020

Aida Nur Ramadhani, S.T., M.T.

Coulson volume 2, page 106 2

PEMILIHAN ALAT SIZE REDUCTION

 Pada prosesnya, Size Reduction biasanya dibagi menjadi beberapa kelas, sesuai dengan ukuran umpan dan produk yang diinginkan.

 Karena tidak efisien jika reduction ratio terlalu tinggi dibebankan pada satu alat saja.

3

FINE REDUCTION

 Sering disebut fine grinding.

 Mengurangi ukuran umpan menjadi powder (bubuk).

 Umpan dari intermediate crusher melewati screen 40 mesh (sekitar 0,35 mm), dan produk dari fine grinding akan melewati screen 200 mesh (sekitar 0,074 mm).

 Ukuran umpan : 1 – 5 cm

 Reduction ratio: 20:1 – 600:1

 Jenis:

 Tumbling mill

 Roller mill

4

TUMBLING MILL

Silinder horizontal berputar pada sumbunya, berisi grinding media, sebanyak 35% – 50% volume silinder.

Grinding media : bola baja, bola keramik, batang baja

 Ball Mill

- L/D  1,0

- Reduction ratio  20:1 sampai 200:1 - Satu kompartemen

 Tube Mill - L/D ≥ 2,0

- Reduction ratio  600:1

- Biasanya lebih dari satu kompartemen

5

a. Ball mill

 Dapat beroperasi secara kontinyu ataupun batch.

 Ball mill terdiri dari silinder berongga yang berputar, sebagian diisi dengan bola, dengan porosnya horizontal atau pada sudut kecil terhadap horizontal.

 Material yang akan ditumbuk dapat dimasukkan melalui rongga di satu ujung, dan outlet di ujung yang lainnya.

 Outlet biasanya ditutupi dengan screen kasar untuk mencegah keluarnya bola.

 Bola terbesar biasanya berdiameter 13 cm (5 in).

6

Wet Milling (Penggilingan basah)

 Digunakan ketika material tidak sensitif terhadap air atau akan digunakan sebagai bubur (slurry) untuk diproses lebih lanjut.

 Misal dalam industri keramik.

 Terdiri dari padatan hingga 75% berat atau 35% volume.

Dry Milling (Penggilingan kering)

 Digunakan kapan pun bahan tersebut akan diproses dalam keadaan kering.

 Misal dalam industri batubara dan semen.

7

8

Kecepatan Putar Ball Mill

 Kecepatan putar ball mill berperan penting dalam menentukan efisiensi operasi penggilingan.

 Bola-bola bergerak di sepanjang dinding silindris dan ketika gaya gravitasi = gaya sentrifugal, bola akan jatuh pada material dan memecahnya dengan benturan (impact force).

 Jika kecepatannya terlalu tinggi, maka bola dapat bergerak di sepanjang dinding tanpa jatuh memecah material (gaya gravitasi < gaya

sentrifugal), terjadi sentrifugasi. Jika kecepatannya terlalu rendah, bola hanya dapat berputar di sepanjang dinding tanpa terjadi penggilingan.

 Maka, ada batas maksimum untuk kecepatan putarnya yang disebut kecepatan kritis.

9

Operasi Ball Mill

Open circuit Closed circuit

10

Grinding Media

11

12

Rod mill

13

Perancangan Ball Mill

 Ukuran / diameter bola (Pers 20-40 Perry, 7^th ed.)

 D_b = diameter ball (cm);

 D = diameter mill (cm)

 X_p = diameter umpan (cm);

 ρ_s = densitas umpan (g/cm3)

 K = Konstanta (= 214 untuk rods dan 143 untuk balls). Jika satuan D dan Db menggunakan in atau ft, nilai K menjadi 300 untuk rods dan 200 untuk balls;

 n_r = kec. putar (% Nc = percent of critical);

 E_i = work index umpan (lihat Table 20-4 Perry 7^th ed.)

. .

.

p i s

b

r

D X E

K n D

 

14

 Kecepatan kritis (N_c) (Pers 20-39 Perry, 7^th ed.)

 Kecepatan putar normal (N) = 65% – 75% kecepatan kritis

 Power consumption (Pers 20-41 Perry, 7^th ed.)

K = 0,90 (L < 1,5 m); K = 0,85 (L > 1,5 m);

L = panjang mill (m)

E₂ = power untuk menggerakkan 0,6 x 0,6 m (laboratory mill)  

)

atau

( /

3 , 42 )

( rpm D D m

N

_c

 -

_b

) ( /

6 , 76 )

( rpm D D ft

N

_c

 -

_b

(Perry, 7^th ed.) 15

16

Lihat video:

https://youtu.be/zUtQZtfVJN8 https://youtu.be/j-X9s8V52ss

17

Contoh soal

Suatu pabrik semen memiliki ball-mill berdiameter dalam 1,2 m beroperasi pada kecepatan putar 0,4 rps untuk pengecilan ukuran clinker. Hasil

pengamatan menunjukkan bahwa produk tidak memenuhi persyaratan.

Sebagai seorang process engineer di pabrik tersebut, apa komentar dan saran saudara?

18

Kebutuhan Energi Alat Size Reduction

Rittinger ’s   number=luas permukaan baru yang terbentuk energimekanis yang dibutuhkan  

 Energi yang dibutuhkan crusher/grinder digunakan untuk a) mengatasi friksi mekanis

b) menghancurkan bahan

 Energi ini proporsional terhadap luas permukaan baru yang terbentuk.

Rittinger melakukan percobaan tentang hal ini, menggunakan “a drop weight crusher” seperti Gambar 44 (Brown).

 Hasil percobaannya dinyatakan dalam:

19

20

Contoh : quartz, setiap energi 1 kg.cm akan memberikan luas permukaan baru sebesar 17,56 cm².

Luas permukaan baru = selisih luas permukaan sebelum dihancurkan dan setelah dihancurkan.

Tabel 9 (Brown), Rittinger number

21

 Energi yang dibutuhkan crusher biasanya lebih besar daripada

kebutuhan yang ditunjukkan pada bilangan rittinger, hal ini disebabkan energi pada alat harus mengatasi friksi dan efek inersia.

 Total energi alat tergantung dari jenis alat dan beban alat, seperti yang disajikan di Tabel 10 (Brown).

Total weight of ball in ball

mill, lb cm²/(ft.lb) cm²/ (kg.cm)

36 36 2,6

71 65 4,6

142 82 5,9

178 94 6,8

249 78 5,6

Drop weight method 243 17,56

Tabel 10. Experimen untuk luas permukaan baru per unit quartz

22

Tabel 10, Brown; menyajikan:

 Ball mill dengan berat bola = 36 lb, setiap kg.cm akan membentuk luas permukaan baru sebesar 2,6 cm².

 Sedangkan dari percobaan drop weight method, setiap 1 kg.cm energi akan membentuk luas permukaan sebesar 17,56 cm².

 Rasio perbedaan ini dinyatakan dalam:

 Rittinger number menunjukkan efektivitas maksimum crusher.

crushing effectiveness=

luas permukaan baru energi total crusher luas permukaan baru

energi teoritis(Rittinge r^′ s nu .)  

23

Tabel 10, Brown; menunjukkan energi:

 Suatu ball mill (aktual) = 94 cm²/(ft/lb)

 Drop weight method (teoritis) = 243 cm²/(ft.lb)

 Jadi efektivitas crushing = 94/243 = 0,387

 Overall energy effectiveness atau efisiensi selalu lebih rendah dari Theoretical effectiveness atau crushing effectiveness

�h����������������������=minimum   power   required   to   create   new   surface   power   increase   due   to   charge  

 

������� ������ �������������=minimum   power   required   to   create   new   surface   total  energy   used  

 

24

Latihan Soal: Brown, hal.43

A ball mill operating in closed circuit with a 100 mesh screen gives the

screen analyses below. The ratio of the oversize to the undersize (product) stream is 1,0705 when 200 tons of galena are handled per day.

The ball mill requires 15 hp, when running empty (with the balls but without galena) and 20 hp when delivering 200 tons per day of galena. Find:

 The effectiveness of crushing based on drop weight crushing as 1,00.

 The overall energy efficiency.

25

the screen analyses:

26

PENYELESAIAN:

 Rittinger’s number menghitung energi minimal yang dibutuhkan untuk membentuk permukaan baru (setelah proses grinding).

 Maka untuk mengetahui energi minimum tersebut, dibutuhkan data luas permukaan sebelum dan setelah proses grinding.

 Untuk menghitungnya:

 Perlu fraksi massa material yang halus (lolos mesh 200) dengan metode grafis.

 Seperti pada fig 15 Brown, grafik Davg (in) versus fraksi massa dalam mill (%)

 Metode grafik valid untuk material produk dari alat crusher.

 Mencari ukuran Davg selanjutnya menggunakan persamaan linear dari grafik tersebut, hingga fraksi massa totalnya = fraksi massa material lolos 200 mesh.

 Menghitung fraksi undersize nya dan menghitung luas permukaan spesifiknya dari Fig. 16 Brown dan rumus.

27

 Dari data analisis screen dan rasio produk oversize thd undersize adalah 1,0705, maka:

Mesh D (mm) D

(mikron

) D (in) Mass % in

oversize Mass % in undersize

Mass in mill product per

100 lb of oversize

% mass in mill product

-28 +35 0,508 507,5 0,0200 13,67 0 13,67 7,07

-35 +48 0,359 358,5 0,0141 32,09 0 32,09 16,59

-48 +65 0,254 253,5 0,0100 27,12 0 27,12 14,02

-65 +100 0,180 179,5 0,0071 20,7 2,32 22,87 11,82

-100 +150 0,127 127 0,0050 4,35 14,12 17,54 9,07

-150 +200 0,090 89,5 0,0035 2,07 13,54 14,72 7,61

-200 0,074 74 0,0029 0 70,02 65,41 33,82

Total 100 100 193,41 100

Dari tabel Tyler number mesh

mass % ∈mill product=mass %  ov ersize+ mass%  undersize 1,0705

 

28

 Mengekstrapolasi grafik dari tabel di atas untuk mengetahui distribusi produk yang lolos 200 mesh.

 Seperti pada fig 15 Brown, susun data menjadi grafik Davg (in) versus fraksi massa dalam mill (%) dalam skala logaritmik.

 Didapatkan persamaan garis

linear y=ax+b untuk menghitung data y (fraksi massa) untuk tiap a (Davg) yang diinginkan.

29

00,000 00,000 00,000

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00

f(x) = 851 x + 5.06

Fig 15 Brown

Davg (inchi)

Fraksi massa (%)

Mesh D (mm) D

(mikron) D (in) % mass in mill product

% mass in undersize -200 +250 0,0685 68,5 0,0027 7,36 15,24

-250 +270 0,058 58 0,0023 7,01 14,51

-270 +325 0,048 48 0,0019 6,67 13,82

-325 +400 0,0385 38,5 0,0015 6,35 13,16

-400 +500 0,03 30 0,0012 6,07 12,57

-500 0,02 20 0,0008 0,35 0,73

Total 33,82 70,02

Dari tabel Tyler number mesh

Dihitung dengan persamaan linear dari grafik

Hingga jumlahnya = %massa lolos 200 mesh

Menghitung data % massa undersize nya, dengan % massa

totalnya sama dengan yg lolos 200 mesh.

30

Menghitung luas permukaan partikel undersize produk yang dihasilkan.

 Step 1 – Fine materials yang lolos 200 mesh

 Menghitung luas spesifik (specific surface) dari material.

����� �������= 6

�

∑

₍^�_�^�.��

���)_�

   ni = rasio dari specific surface (Fig. 17 Brown)

 mi = fraksi massa

Mesh D

(mikron )

% mass in

undersize ni

-200 +250 68,5 15,24 1,65 0,367

-250 +270 58 14,51 1,6 0,400

-270 +325 48 13,82 1,55 0,446

-325 +400 38,5 13,16 1,53 0,523

-400 +500 30 12,57 1,5 0,628

-500 20 0,73 1,2 0,044

Total 70,02 2,409

Mesh D

(mikron )

% mass in

undersize ni

-200 +250 68,5 15,24 1,65 0,367

-250 +270 58 14,51 1,6 0,400

-270 +325 48 13,82 1,55 0,446

-325 +400 38,5 13,16 1,53 0,523

-400 +500 30 12,57 1,5 0,628

-500 20 0,73 1,2 0,044

Total 70,02 2,409

Dengan,

 ρ galena 7,43 g/cm³ 

Maka,

Total surface = 19.450,20 cm²/ 70,02 gram 

31

rasio dari specific surface terhadap Davg partikel (Fig. 17 Brown)

32

Menghitung luas permukaan partikel undersize produk yang dihasilkan.

 Step 2 – materials diatas 200 mesh tadi

 Menghitung luas spesifik (specific surface) dari material, dengan Grafik 16 Brown.

Mesh D (mikron) Mass % in undersize

specific surface,

cm2/g

-65 +100 179,5 2,320 85

-100 +150 127 14,120 116

-150 +200 89,5 13,540 152

 Step 3 – menghitung actual specific surface

Actual specific surface terhadap Davg partikel untuk bbrp material (Fig. 16 Brown)33

34

Menghitung luas permukaan partikel undersize produk yang dihasilkan.

 Step 3 – menghitung actual specific surface

Mesh D (mikron) Mass % in undersize

specific surface,

cm²/g

act surface, cm²

-65 +100 179,5 2,320 85 197,20

-100 +150 127 14,120 116 1637,92

-150 +200 89,5 13,540 152 2.058,08

-200 74 70,020 19.450,20

Total actual surface 23.343,40

Total actual surface produk undersize = 23.343,40 cm²/100 gram undersize

35

Menghitung luas permukaan partikel feed (umpan)

 Menghitung luas spesifik (specific surface) dan actual surface dari umpan, dengan Grafik 16 Brown.

Mesh Mass % in undersize

specific surface,

cm²/g act surface, cm²

-4 +6 1 7,6 7,6

-6 +8 1,2 9,9 11,88

-8 +10 2,3 12,5 28,75

-10 +14 3,5 16,4 57,4

-14 +20 7,1 21,1 149,81

-20 +28 15,4 26,9 414,26

-28 +35 18,5 35,7 660,45

-35 +48 17,2 47,2 811,84

-48 +65 15,6 63 982,8

-65 +100 10,4 85,8 892,32

-100 +150 6,5 115,4 750,1

-150 +200 1,3 155,1 201,63

Total 4.968,84

 Actual surface umpan (sebelum dilakukan grinding) = 4.968,84 cm²/100 gram feed

36

Menghitung luas permukaan material baru

 Selisih dari luas permukaan umpan dengan luas permukaan produk undersize

 Actual surface umpan = 4.968,84 cm²/100 gram feed

 Total actual surface produk undersize = 23.343,40 cm²/100 gram undersize

 Maka actual surface baru = 18.374,562 cm²/100 gram feed = 18.3745,620 cm²/kg feed

Data yang diketahui:

 Laju umpan = 200 ton/hari = 2,31 kg/s

 Dari Tabel 9 Brown, "Rittinger’s number“ (drop weight) galena = 93,8 cm²/kg.cm = 9.380 cm²/kg.m

Rittinger ’s   number=luas permukaan baru yang terbentuk energimekanis yang dibutuhkan  

37

Maka,

 Minimum power =

energi mekanis yang dibutuhkan=luas permukaan baru yang terbentuk Rittinger ’s   number

 

¿18.3745,620  cm 2 / kg   feed×2,31  kg / s   9.380  cm 2 / kg . m

 

¿ 45,3451 kg/ m . s

  = 0,5961 hp

 Theoretical effectiveness =

�h����������������������=minimum   power   required   to   create  new   surface   power   increase   due   to   charge  

 

¿ 0,5961   hp

5  hp =0,1192

 

38

 ������� ������ �������������=

������� ������ �������������=minimum   power   required   to   create   new   surface   total  energy   used  

 

¿ 0,5961   hp

20   hp =0,0298

 

Menghitung efektivitas screen

xp 0,9768

xf 0,5050

xr 0,0642

Maka, Screen effectiveness = 0,9327