MODUL III

PERALATAN PENGECILAN UKURAN

(SIZE REDUCTION)

PENDAHULUAN

Sebagaimana dalam industri lainnya, proses produksi dalam industri kimia

memerlukan pengaturan umpan (feed) dan keluaran (product). Hal ini berhubungan dengan

penyempurnaan proses atau pembentukan hasil yang diinginkan.

Size Reduction (pengecilan ukuran) berarti membagi-bagi suatu bahan padat menjadi

bagian-bagian yang lebih kecil dari ukuran semula, sesuai dengan kebutuhan dengan

menggunakan gaya-gaya mekanis. Umumnya tujuan dari size reduction adalah :

memungkinkan pemisahan komponen yang tak dikehendaki dengan cara mekanik, untuk

mempercepat pelarutan, mempercepat reaksi kimia, untuk memperkecil bahan-bahan berserat

agar mudah penanganannya, mempertinggi kemampuan penyerapan, menambah kekuatan

warna, agar transportasi menjadi lebih mudah, dan mempermudah proses lanjut.

Di dalam industri pengolahan, zat padat itu diperkecil dengan berbagai cara sesuai

dengan tujuannnya masing-masing. Bongkah-bongkah biji mentah dihancurkan supaya lebih

mudah diolah pada tahap selanjutnya. Bahan kimia sintetik digiling menjadi tepung, lembaran-

lembaran plastik dipotong-potong menjadi kubus-kubus atau ketupat-ketupat kecil.

Tujuan Instruksional Khusus (TIK) :

1. mampu menjelaskan prinsip proses pengecilan ukuran

2. mampu menjelaskan perbedaan fungsi peralatan pengecilan ukuran

3. mampu melakukan pemilihan peralatan pengecilan ukuran yang digunakan

73

KEGIATAN BELAJAR–1ALAT PEMECAH KASAR

(CRUSHER)

ISI MATERI : 1. METODE DASAR

2. JAW CRUSHER

3. GYRATORY CRUSHER

4. SMOOTH ROLL CRUSHER

5. TOOTHED ROLL CRUSHER

1. METODE DASAR PENGECILAN UKURAN

Beberapa metode dasar size reduction bergantung pada kekerasan bahan dan ukuran

produk yang diinginkan. Berdasarkan kekerasan, dapat digunakan skala mohr yang memiliki

interval 1-10, dengan nilai 1 adalah nilai bahan yang paling rapuh dan 10 adalah bahan yang

paling keras. Tabel 3.1 memperlihatkan klasifikasi bahan berdasarkan ukuran.

Gaya-gaya yang dipergunakan berbeda-beda sesuai orientasi kerja, yaitu :

a. Pemecahan dengan pemukulan, dilakukan pada benda-benda keras,

setengah keras dan rapuh. Contohnya adalah palu.

b. Pemecahan dengan penekanan, dilakukan pada benda-benda keras, setengah

keras dan rapuh. Contoh : pemecah jepit.

c. Pemecahan dengan penggesekan, untuk benda-benda lunak. Contoh :

penghancur obat-obatan.

d. Pemecahan dengan penumbukan, untuk benda-benda setengah keras, lunak

dan peka terhadap panas. Contoh : Tumbukan dua telur

e. Pemotongan, untuk benda-benda yang lunak, kenyal dan berserat. Contoh : alat

pemotong polimer.

74

Tabel 3.1. Klasifikasi bahan berdasarkan ukuran.

Metode Pengecilan Ukuran

Bahan yang Dikecilkan

Bentuk Jenis (mm)

Pemecahan kasar

Pemecahan halus

Penggilingan kasar

Penggilingan halus

Penggilingan sangat halus

Penggiling koloid

Potongan

Granula

Kerikil

Tepung

Bedak

Koloid

Potongan

Butir

Pasir

Serbuk

Serbuk halus

Koloid

>10

10-1

1-0,1

0,1-0,01

0,01-0,001

< 0,001

75

2.3. Beberapa rumus dasar

a. Efisiensi Pemecahan (Crushing Effisiency)

Efisiensi pemecahan yang disimbolkan dengan n didefinisikan sebagai rasio energi

permukaan yang terbentuk terhadap energi yang diserap oleh zat padat, dirumuskan dengan :

= .............................................................(3-1)

Keterangan es : energi permukaan per satuan luas

Awb : luas per satuan massa produk

Awa : luas per satuan massa umpan

Wn : energi yang diserap per satuan massa padatan

b. Daya Mesin

P = ...............................................(3-2)

Keterangan: = efisiensi mekanik

Dsb,Dsa = diameter pukul rata volume permukaan di dalam umpan dan

di dalam produk

= densitas partikel

= sperisitas umpan, produk dan padatan

c. Hukum Rittinger dan Hukum Kick

Perumusan Rittinger :

=Kr ................................................................(3.3)

76

Dengan Kr adalah konstanta Rittinger.

2.4. Variabel Operasi

a. Kelembaban : Kadar air umpan tidak boleh melebihi 4%, karena akan menyebabkan

kesulitan dalam operasinya, karena zat padat akan membentuk pasta yang cenderung

menimbulkan sumbatan mesin. Bila kadar air diatas 50%, maka disarankan

menggunakan wet grinder, yang dapat mengolah dengan baik material yang bersifat

seperti pasta.

b. Efisiensi Pemecahan : Daya yang dibutuhkan untuk operasi peralatan berkaitan erat dengan

biaya. Padahal energi yang diberikan kepada padatan saat peralatan beroperasi tidak

semuanya digunakan untuk memecahkan padatan tersebut. Dengan demikian sangat

diperlukan untuk menghitung efisiensi peralatan tersebut.

c. Reduction Ratio : merupakan rasio antara diameter rata-rata umpan terhadap produk. Pada

umumnya peralatan pemecah digunakan untuk rasio reduksi 3-7, sedangkan

penggilingan halus digunakan bila diinginkan rasio reduksi diatas 100.

d. Open loop dan closed loop : sistem yang mengoperasikan peralatan dengan adanya recycle

atau tanpa recycle. Pemecah agak kasar biasanya dilengkapi ayakan atau kisi,

sedangkan untuk serbuk halus dilengkapi classifier (klasifikator).

e. Konsumsi Energi : pada operasi pemecahan dan penghalusan sangatlah besar, terutama bila

bahan bakunya berupa bongkahan bebatuan pada industri semen, serpihan bijih logam

pada industri baja dan tembaga. Bongkahan batubara dari mulut tambang, dan

sebagainya.

2.5. Faktor pemilihan alat

a. Ukuran umpan (feed):

Jenis alat yang digunakan untuk memecahkan umpan bergantung pada ukuran umpan.

Umpan yang berukuran besar dipecah dengan alat yang besar dan kasar disertai sistem

77

penyaringan yang masih kasar. Umpan yang berukuran kecil membutuhkan alat yang lebih

halus dan kerapatan yang tinggi.

b. Ukuran keluaran (product):

Pemecahan untuk menghasilkan keluaran yang masih kasar tidak memerlukan

penyaringan yang terlalu selektif. Demikian juga sistem pemecahan alat cukup dengan

susunan pemecah yang agak longgar.

c. Kekerasan bahan konstruksi alat pemecah

d. Kapasitas yang besar dengan kebutuhan’daya’ yang kecil dan hasil ‘ukuran‘produk yang

seragam.

2.6. Klasifikasi Peralatan

Berdasarkan ukuran umpan, pemecah diklasifikasi menjadi 3 kelompok, yaitu:

a. Pemecah Kasar : Jaw Crusher, Gyratory Crusher

b. Pemecah Antara : Crushing Rolls, Hammer Mills, Disintegrator

c. Pemecah Halus : Roller Mills, Ball / Tube Mills, Grindes

d. Pemotong : knife cutter, dicers, slitters

Berdasarkan cara kerja dan ukuran produk yang diperoleh, maka dapat dibedakan

menjadi 4 kelompok, yaitu :

a. Crusher (mesin Pemecah)

b. Grinder (mesin giling)

c. Mill dan ultrafine grinder

d. Cutting machine (mesin pemotong)

JAW CRUSHER

78

Pada mesin ini, umpan dimasukkan diantara dua rahang (jaw) yang berbentuk V. Satu

rahang landasan (anvil jaw) dipasang hampir vertikal t\dan tidak bergerak. Rahang satunya

lagi dapat berayun (swinging jaw) bergerak bolak balik dalam bidang horizontal.

1. Blake Jaw Crusher

Blake Jaw Crusher adalah mesin yang paling umum dari jenis jaw crusher. Gerakan

rahang dari mesin ini disebabkan gaya eksentris pada sebuah batang (pitman) yang

dihubungkan ke rahang ayun oleh toggle. Keuntungannya kecil sekali kemungkinan terjadi

penyumbatan, karena gerakan paling banyak terjadi pada bagian bawah V. Mesin ini dapat

memecahkan 1000 ton batuan perjam.

Bahan yang akan dipecahkan ditekan di antara sisi jepit (kedua rahang ‘jaw’)yang tidak

bergerak dan sebuah sisi ayun. Sisi yang berayun digerakkan oleh sebuah roda eksentris.

Ukuran butir (dan juga derajat pengecilan) tergantung dari lebar celah di ujung bawah

penjepit, dimana lebar celah ini dapat diatur (Gambar 3.1).

Sisi rahang yang berayun digerakkan oleh gaya eksentris sehingga memberikan gaya

kompresi yang cukup besar terhadap bongkahan yang terjepit diantara kedua rahang. Kedua

rahang dapat mencapai 200-400 kali per menit dalam posisi membuka dan menutup.

79

Gambar 3.1. Blake Crusher

2. Dodge Jaw Crusher

Dalam beberapa hal, konstruksi Dodge crusher sama dengan Blake Crusher, tapi pada

Dodge crusher rahang ayun digantung pada bagian dasar dan lebar bukaan konstan. Demikian

produk yang dihasilkan berukuran lebih seragam, dan alat tidak membutuhkan toggle sehingga

rahang dioperasikan oleh gaya eksentrik. Yang merugikan pada Dodge crusher ini adalah

cenderung terjadi penyumbatan oleh butiran, karena bukaan keluarannya konstan

GYRATORY CRUSHER

Mesin ini memiliki rahang bundar (circular jaw). Sebuah crushing head yang

berbentuk kerucut berputar di dalam sebuah funnel shaped casing yang membuka ke atas.

Crushing head tersebut bertugas memecahkan umpan yang masuk.

Berbeda dengan Jaw Crusher, pada Giratory crusher hasilnya dikeluarkan secara

kontinyu. Keuntungan dari mesin ini adalah perawatannya lebih mudah, daya yang diperlukan

per ton lebih kecil dibandingkan dengan Jaw Crusher, mampu menangani 3500 ton perjam.

Kapasitasnya bervariasi sesuai dengan letak pengaturan rahang dan kecepatan girasi mesin.

80

Gambar 3.2 Gyratory Crusher

SMOOTH ROLL CRUSHER

Elemen kerja smooth roll crusher memiliki dua buah roll logam berat dengan

permukaan licin. Kedua roll berputar satu sama lain dengan kecepatan yang sama.

Kecepatannya berkisar antara lima puluh sampai tiga ratus putaran permenit. Mesin ini

merupakan pemecah sekunder dengan umpan berukuran 0,5 sampai 3 inchi yang

menghasilkan produk dengan ukuran kira-kira 20 mesh.

Alat ini bekerja denngan kompressi. Ukuran maksimum umpan yang dapat dijepit oleh

roll sangat bergantung pada koefisien gesek antar partikelnya dan permukaan roll.

Dpmak = 0,04R + d ...........................................................(3.-4)

dimana : R = jari-jari roll

d = setengah ukuran lebar antara kedua celah roll

Gambar 3.3. Smooth Roll Crusher

81

Alat Single roll toothed crusher ini bekerja berdasarkan penekanan dan gesekan, terdiri dari

sebuah roda gigi yang berputar dan satu lagi lempeng (plat) penahan. Gigi ini mempunyai

ukuran berbeda. Keuntungan alat ini adalah dapat memecah bongkahan yang sangat keras

dengan giginya.

Mesin ini ada yang mempunyai dua buah rol dengan gigi yang berbentuk piramid, atau

biasa juga satu rol bergigi dan satunya lagi dengan permukaan yang licin. Kecepatan kedua rol

tidak sama. Rol bergigi bekerja merobek. Umpan yang melaju dengan kecepatan lambat,

sedangkan rol dengan permukaan licin melaju dengan kcepatan tinggi. Disamping bekerja

dengan kompresi, alat ini juga bekerja dengan pukulan (impact) dan geseran. Kapasitas mesin

dapat mencapai 500 ton / jam. Ukuran umpannya dapat mencapai 20 inci.

Gambar 3.4. Toothed Roll Crusher

82

RANGKUMAN

a. Prinsip

-Size Reduction (pengecilan ukuran) berarti membagi-bagi suatu bahan padat

menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dengan menggunakan gaya-gaya

mekanis.

- Prinsip kerja yang dipakai adalah menggunakan gaya : kompresi (tekanan),

Impak (pemukulan), Atrisi (gesekan) atau pemotongan.

b. Fungsi

Tujuan size reduction adalah : untuk mempercepat pelarutan, mempercepat reaksi

kimia, mempertinggi kemampuan penyerapan, menambah kekuatan warna, agar

transportasi menjadi lebih mudah, dan mempermudah proses lanjut.

c. Pemilihan Peralatan

- Faktor pemilihan alat : a. Ukuran umpan (feed), b. Ukuran keluaran (product), c.

Kekerasan bahan konstruksi alat pemecah, d. Kapasitas yang besar dengan

kebutuhan’daya’ yang kecil dan hasil ‘ukuran‘produk yang seragam.

- Klasifikasi berdasarkan cara kerja dan ukuran produk :

- Crusher (mesin Pemecah) : Jaw Crusher, Gyratory Crusher

- Grinder (mesin giling) : Hammer Mills, Rod Mill

- Mill dan ultrafine grinder:Ball Mill, Tube Mill

- Cutting machine: knife cutter, dicers, slitters

83

KEGIATAN BELAJAR – 2ALAT PEMECAH SEDANG

(GRINDER)

ISI MATERI : 1. HAMMER MILL

2. ROAD MILL

3. IMPACTOR

4. ATTRITION MILL

1. HAMMER MILL

Penggilingan ini memiliki sebuah rotor yang berputar dengan kecepatan tinggi dalam

sebuah casing berbentuk silinder. Umpan masuk dari bagian puncak casing dan dihancurkan,

selanjutnya keluar melalui bukaan pada dasar casing. Umpan dipecahkan oleh seperangkat

palu ayun yang ada pada piring rotor. Kemudian pecahan itu terlempar pada anvil plate di

84

dalam sebuah casing sehingga dipecah lagi menjadi bagian yang lebih kecil. Lalu digosok

menjadi serbuk. Akhirnya didorong oleh palu ke luar bukaan yang dilapisi dengan ayakan.

Kapasitas dan kebutuhan daya bervariasi menurut jenis umpan. Dan ukuran butir (dan juga

derajat pengecilan) tergantung pada besarnya lubang ayakan. Mesin giling komersial biasanya

dapat memperhalus 60 sampai 240 kg/kWh energi yang dikonsumsi.

Gambar. Hammer Mill

2. ROAD MILL

Road mill adalah salah satu alat penghalus yang menggunakan road (batang) sebagai

penggiling. Alat ini terdiri dari suatu shell silinder yang didalamnya terdapat media

penggiling, yang tercampur dengan bahan gilingan dan terjadilah tumbukan terhadap bahan

gilingan dengan road.

Media penggiling tersebut dipasang parallel dengan sumbu putar. Batang (road) yang

mengisi hampir keseluruhan dari panjang mesin terbuat dari baja karbon yang terbaik dengan

diameter batang 50 mm.

Prinsip kerja alat ini adalah material akan akan diperhalus akibat tumbukan antara

batang penggiling yang berada dalam shellsilinder yang berputar pada sumbu putar horizontal.

3. IMPACTOR

85

Impactor adalah menyerupai hammer mill, tapi tidak dilengkapi dengan ayakan. Alat

ini merupakan mesin pemecah primer untuk batuan dan biji, dengan kemampuan mengolah

sampai 600 ton / jam. Partikel yang dihasilkan hampir seragam menyerupai kubus. Pada

impaktor, hanya terjadi aksi pukulan. Rotornya dapat dijalankan kedua arah yang sama. Hal

ini dilakukan untuk memperpanjang umur palu-palunya (Gambar 3. 5).

Gambar 3.5. Impactor

4. ATTRITION MILL

Pada attrition mill ini, partikel-partikel solid yang lunak mengalaimi gesekan diantara

alur permukaan datar piring-piring (circular disc) yang berputar. Sumbu piring biasanya

horizontal tapi terkadang vertikal. Pada single runner mill, salah satu piring diam dan satunya

lagi berputar dengan kecepatan tinggi dalam arah yang berlawanan. Umpan masuk melalui

bukaan pada pusat salah satu piring, lalu keluar lagi dari tepi piring masuk ke dalam casing

yang diam. Sebaiknya pada salah satu grinding plate itu dipasang pegas sehingga apabila ada

bahan yang tidak dapat dipecahkan, maka ia dapat keluar lagi dengan mudah tanpa merusak

mesin.

86

Gambar 3. 6. Attrition Mill

Pada Gambar 3. 6 memperlihatkan attrition mill dengan single runner yang

mempunyai piring yang terbuat dari batu gerinda dan sering digunakan untuk menghaluskan

zat padat seperti kayu, kanji, serbuk insektisida, dan sebagainya. Piringan dari logam biasanya

terbuat dari besi putih, walaupun terkadang digunakan piringan baja tahan karat untuk bahan-

bahan korosif. Double runner mills pada umumnya menggiling bahan menjadi hasil yang lebih

halus dari single runner mill tetapi umpannya lebih lunak. Untuk mencegah terjadinya

penyumbatan, terkadang ke dalam penggiling tersebut dialirkan udara .

RANGKUMAN

a. Prinsip

Grinder merupakan pemecah tahap kedua, yang menerima umpan dari produk

Crusher. Gaya yang berperan adalah gaya pukul (pada hammer mill dan impactor),

serta gaya gesekan (pada attrition mill).

b. Fungsi

Menggiling hasil yang masih kasar menjadi serbuk, baik secara open loop maupun

secara closed loop

87

c. Peralatan

Jenis utama pada mesin tipe ini adalah : Hammer Mill, Impaktor, Rod Mill, Attrition

Mill

KEGIATAN BELAJAR – 3ALAT PEMECAH HALUS

(MILL)

ISI MATERI : 1. BALL MILL

2. TUBE MILL

3. CLASSIFYING MILL

4. FLUID ENERGY MILL

88

1. BALL MILL

Di dalam sebuah tromol yang berputar dengan bola di dalamnya, bahan dikecilkan

dengan penekanan, penggesekan dan pemukulan. Frekuensi putaran tromol, penempatan bola

dan volume yang ditempati memainkan peranan penting dalam penentuan derajat pengecilan

dan lama penggilingan. Apabila frekuensi putaran terlalu tinggi bola-bola akan tertekan ke

dinding karena pengaruh gaya sentrifugal.

Pada kecepatan tromol yang terlalu rendah, bola-bola bergerak kian ke mari tanpa jatuh

ke bawah. Volume maksimum yang boleh ditempati bola tidak boleh dilewati karena jika

terlewati akan mengganggu jatuhnya bola-bola. Dengan memasang benda-benda penghalang

dalam tromol, slipnya bola dapat dicegah dan bola dirangsang untuk jatuh ke bawah. Bahan

dalam keadaan basah atau berbentuk serbuk dimasukkan ke dalam tromol giling melalui

sebuah lubang. Ayakan kasar yang terpasang di dalamnya mencegah bola-bola jatuh ke luar

pada saat pengosongan tromol. Tromol dan bola-bola terbuat dari baja, besi cor atau porselen.

Ukuran butiran (juga derajat pengecilan) terutama bergantung pada lama penggilingan. Waktu

tinggal di dalam alat penggiling dapat mencapai beberapa jam.

Gambar. 3. 7. Ball Mills

89

Pada Tumbling Mill dapat digunakan untuk penggilingan sangat halus dari bahan-

bahan yang lunak hingga setengah keras, kering atau basah. Bahan yang bersifat abrasif

(mengikis, korosif0 akan cepat merusak tromol dan bola. Pada umumnya panas gesekan yang

timbul langsung dikeluarkan dengan pendingin mantel ganda. Karena gesekan dan jatuhnya

bola yang terus menerus, ada kemungkinan timbul bahaya pelepasan muatan listrik statik.

Pada alat penggiling ayunan yang memiliki alat kerja yang serupa, gerak putar diganti dengan

gerak ayun yang dibangkitkan secara mekanik.

Gambar 3.8. Tumbling Mills

2. TUBE MILL

Cara kerjanya secara umum hampir sama dengan ball mill., tetapi mempunyai ukuran

panjang yang lebih besar dibandingkan diameternya. Bola yang digunakan berukuran lebih

kecil dibandingkan dengan pada ball mill. Biasanya digunakan sebagai pecah batuan keras,

seperti pada klinker semen portland. Bentuk pelapis (lining) pada tube mills bermacam-

macam.

90

3. CLASSIFYING MILL

Alat ini merupakan contoh hammer mill untuk pemecah ultra halus, yaitu mikro

atomizer. Seperangkat palu ayun dipasang diantara dua rotor disk, yang mirip hummer mills.

Didalam ruang penggiling, partikel padatan mengalami kecepatan rotasi yang tinggi. Ukuran

maksimum partikel produk dapat berubah sesuai kecepatan rotor, jumlah dan ukuran sudu

pemisah. Mesin giling ini dapat menggiling partikel satu sampai dua mili mikron. Sedangkan

kebutuhan energi sekitar 50 HP / jam / ton

91

Gambar 3. 9. Classifying Mills

4. FLUID ENERGY MILL

Dalam alat ini, partikel-partikel padat melayang kedalam arus gas dan dibawa dengan

kecepatan yang tinggi pada lintasan berbentuk elips atau lingkaran. Sebagian proses kominusi

berlangsung pada waktu partikel menumbuk atau menggosok dinding kamar pengurung,

namun sebagian besar terjadi karena atrisi antar partikel.

Pada mesin dengan internal classification, partikel-partikel yang ukuranya masih besar

tetap berada dalam penggiling sampai ukurannya menjadi kecil sesuai dengan yang

diinginkan. Gas pelayang padatan itu biasanya adalah udara tekan atau uap panas lanjut yang

masuk pada tekanan 6,9 atm melalui nozzles.

92

Gambar 3. 10. Fluid Energy Mills

Dalam mesin giling yang terlihat pada gambar II.14, ruang penggiling berbentuk oval

dengan diameter 1 - 8 inci dan tinggi 4 hingga 8 feet. Umpan masuk melalui suatu ventury

injector pada bagian bawah lingkaran. Klasifikasi partikel hasil gilingan berlangsung pada

balkon lingkar sebelah atas. Pada waktu arus mengalir di belahan itu dengan kecepatan tinggi,

partikel-partikel besar terlempar ke luar menumbuk dinding luar, sedangkan partikel-partikel

halus mengumpul di dalam. Partikel-partikel yang halus keluar melalui suatu bukaan yang

dipasang pada dinding ke separator dn produk dikumpulkan dalam sebuah bagian collector.

RANGKUMAN

Tumbling Mill dapat digunakan untuk penggilingan sangat halus dari bahan-bahan

yang lunak hingga setengah keras, kering atau basah. Bahan yang bersifat abrasif (mengikis,

korosif0 akan cepat merusak tromol dan bola.

Tube Mill kerjanya secara umum hampir sama dengan ball mill., tetapi mempunyai

ukuramn panjang yang lebih besar dibandingkan diameternya.

Classifying Mill merupakan contoh hammer mill untuk pemecah ultra halus, yaitu

mikro atomizer. Seperangkat palu ayun dipasang diantara dua rotor disk, yang mirip hummer

mills. Dalam alat Fluid energy mill ini, partikel-partikel padat melayang kedalam arus gas dan

dibawa dengan kecepatan yang tinggi pada lintasan berbentuk elips atau lingkaran.

93

REFERENSI

Badger, WL and JT.Banchero. 1955. Introduction to Cemical Engineering. Mc.Graw-Hill Kogakusha, Ltd. Tokyo

Brown, George Granger. 1950. Unit Operation. John Wiley & Sons, Inc. New York

Mc.Cabe, Smith, and Harriot. 1985. Unit Operation of Chemical Engineering. Mc.Graw-Hill Book Company, Inc. New York

Perry, RH. (1984). Perry’s Chemical Engineers Handbook. Sixth edition. Mc.Graw Hill Book Coy, Inc. New York

94