NERACA MASSA Kiln Section Pembuatan Semen
-
Upload
tedy-hikmat-mulyana -
Category
Documents
-
view
2.020 -
download
66
Transcript of NERACA MASSA Kiln Section Pembuatan Semen
LAMPIRAN 1
PERHITUNGAN NERACA MASSA
1. Perhitungan Neraca Massa
Data didapat dari CCR dan QC PT. Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. tanggal
19 Maret 2007.
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Kapasitas umpan masuk Ball Mill : 226 000 kg
Massa batu kapur masuk Ball Mill : 201 140 kg
Tabel 45. Komposisi Bahan Baku Masuk Ball MillBahan Fraksi Massa Massa (kg)
Batu Kapur (CaCO3)
Tanah Liat (Al2O3)
Pasir silika (SiO2)
Pasir besi (Fe2O3)
0,890
0,090
0,005
0,015
201 140
20 340
1 130
3 390
Total 1,000 226 000
(CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 2007)
Perhitungan komposisi bahan baku masuk Ball Mill :
a. Massa Batu kapur (CaCO3) = 89 % x 226 000 kg
= 201 140 kg
b. Massa Tanah liat (Al2O3)= 0,9 % x 226 000 kg
= 20 340 kg
c. Massa pasir silika (SiO2) = 0,05 % x 226 000 kg
= 1 130 kg
d. Massa Pasir besi (Fe2O3) = 0,15 % x 226 000 kg
= 3 390 kg
177
1.1 ROTARY DRYER
Diagram Alir Massa di Rotary Dryer
Gambar 23. Diagram Alir Massa di Rotary Dryer
(A-01) Material masuk Rotary Dryer
= (massa tanah liat + massa pasir silika)
= (20 340 + 1 130) kg
= 21 470 kg
(A-02) Udara panas dari Cooler
= 13 034,2 kg
(A-03) H2O yang teruapkan
= 15 % x total bahan masuk Rotary Dryer
(Data : CCR Plant 9 PT. ITP), sehingga
= 0,150 x 21 470 kg
= 3 220,5 kg
(A-04) Bahan yang masuk ke Ball Mill (CCR Plant 9 PT. ITP)
= 29 050 kg
178
Rotary Dryer
H2O yang teruapkan (A-03)
Input Material ke Rotary Dryer
(A-01)
Bahan masuk BM (A-04)
Bahan masuk EP (A-05)
Udara panas dari Cooler (A-02)
(A-05) Debu yang keluar Rotary Dryer masuk ke EP
= (Material masuk Rotary Dryer + udara panas dari Cooler) - (H2O yang
teruapkan dalam Rotary Dryer + material yang masuk ke Ball Mill)
= (21 470 + 13 034,2) kg – (3 220,5 + 29 050) kg
= 2 233,7 kg
Tabel 46. Neraca Massa di Rotary DryerINPUT OUTPUT
Keterangan Massa
(kg)
Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Input Rotary Dryer
Udara panas dari
Cooler
21 470
13 034,2
H2O yang teruapkan
Debu masuk EP
Output masuk Ball
Mill
2 233,7
29 050
3 220,5
Jumlah 34 504,2 Jumlah 31 283,7 3 220,5
Total bahan masuk 34 504,2 Total bahan keluar 34 504,2
1.2 BALL MILL
Diagram Alir Massa di Ball Mill
Gambar 24. Diagram Alir Massa di Ball Mill
179
Bahan masuk Cyclon(A-10)
Ball Mill
H2O yang terupakan(A-09)
Udara panas dari Cooler(A-08)
Material batu kapur dan pasir besi
masuk BM(A-06)
Material dari RD(A-04)
Debu dari SP(A-07)
(A-04) Material dari Rotary Dryer = 29 050 kg
(A-06) Material batu kapur dan pasir besi masuk ke Ball Mill
(CCR Plant 9 PT. ITP)
= (massa batu kapur + massa pasir besi)
= (201 140 + 3 390) kg = 204 530 kg
(A-07) Debu dari SP menuju ke Ball Mill = 34 677,73kg
Total bahan baku masuk Ball Mill = 268 257,73kg
(A-08) Udara panas dari Cooler ke Ball Mill = 117 307,8 kg
(A-09) H2O yang teruapkan sebesar 10 % (CCR Plant 9 PT. ITP) dari total bahan
masuk Ball Mill, sehingga :
Massa H2O yang teruapkan di Ball Mill = 10 % x 268 257,73 kg
= 26 825,77 kg
(A-10) Total bahan dari Ball Mill yang masuk Cyclone
= ((Total bahan masuk + udara panas dari Cooler) – H2O yang teruapkan)
= (268 257,73 + 117 307,8) kg – 26 825,77 kg = 358 739,76 kg
Tabel 47. Neraca Massa di Ball MillINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Bahan baku masuk
Material dari RD
Debu dari SP
Udara dari Cooler
204 530
29 050,00
34 677,73
117 307,80
H2O yang teruapkan
Bahan yang masuk
ke Cyclone
-
358 739,76
26 825,77
-
Jumlah 385 565,53 Jumlah 358 739,76 26 825,77
Total bahan masuk 385 565,53 Total bahan keluar 385 565,53
180
1.3 CYCLONE SEPARATOR
Diagram Alir Massa di Cyclone Separator
Gambar 25. Diagram Alir Massa di Cyclone Separator
(A-10) Bahan dari Ball Mill yang masuk ke Cyclone = 358 739,76 kg
(A-11) Jumlah bahan dalam cyclone yang masuk Homogenizing Silo
= 98 % x 358 739,76 kg Effisiensi Cyclone = 98 % (CCR Plant 9 PT. ITP)
= 351 565 kg
(A-12) Debu yang keluar dari Cyclone menuju ke EP
= bahan dari Ball Mill – jumlah bahan ke Homogenizing Silo
= (358 739,76 – 351 565) kg
= 7 174,76 kg
Tabel 48. Neraca Massa di Cyclone SeparatorINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Bahan masuk
ke Cyclone
358 739,76 Jumlah bahan
masuk HS
Debu keluar
menuju EP
351 565
-
-
7 174,76
Jumlah 358 739,76 Jumlah 351 565 7 174,76
Total bahan masuk 358 739,76 Total bahan keluar 358 739,76
181
Cyclone Separator
Debu menuju EP(A-12)
Bahan dari Ball Millmenuju Cyclone
(A-10)
Bahan menuju Homogenezing Silo
(A-11)
1.4 ELECTROSTATIC PRECIPITATOR
Diagram Alir Massa di Electrostatic Precipitator
Gambar 26. Diagram Alir Massa di Electrostatic Precipitator
(A-05) Debu yang keluar dari Rotary Dryer menuju EP = 2 233,7 kg
(A-12) Debu yang keluar dari Cyclone Separator menuju EP = 7 174,76 kg
Sehingga jumlah total debu yang masuk ke EP yaitu :
= (2 233,7+ 7 174,76) kg = 9 408,46 kg
(A-13) Effisiensi EP 99 % (CCR Plant 9 PT. ITP)
maka jumlah material dari EP yang masuk Homogenizing Silo
= 99 % x 9 408,46 kg = 9 314,38 kg
(A-14) Debu yang keluar dari EP = (9 408,46 – 9 314,38) kg = 94,08 kg
Tabel 49. Neraca Massa di Electrostatic PrecipitatorINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Debu dari RD
Debu dari Cyclone
2 233,70
7 174,76
Material menuju HS
Debu ke EP
9 314,38
-
-
94,08
Jumlah 9 408,46 Jumlah 9 314,38 94,08
Total bahan masuk 9 408,46 Total bahan keluar 9 408,46
182
Debu yang keluar dari EP(A-14)
Electrostatic Precipitator
Material menuju Homogenezing Silo
(A-13)
Debu dari Rotary Dryer(A-05)
Debu dari cyclon(A-12)
2. Perhitungan Neraca Massa di Homogenizing Silo
Diagram Alir Massa di Homogenizing Silo
ba
Gambar 27. Diagram Alir Massa di Homogenizing Silo
(A-11) Bahan dari Cyclone ke Homogenizing Silo = 351 565 kg
(A-13) Bahan dari EP masuk ke Homogenozing Silo = 9 314,38 kg
Jadi Umpan masuk Homogenizing Silo = 360 879,38 kg
(A-15) Material masuk SP (CCR Plant 9 PT. ITP) = 278 000 kg
(A-16) Material tertinggal di Homogenizing Silo
= umpan masuk Homogenizing Silo – material keluar HS menuju SP
= (360 879,38 – 278 000) kg = 82 879,38 kg
Tabel 50. Neraca Massa di Homogenizing SiloINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Umpan masuk
Homogenizing Silo
Bahan baku dari
EP
351 565
9 314,36
Material keluar HS
menuju SP
Material tertinggal
di HS
278 000,00
82 879,38
-
-
Jumlah 360 879,38 Jumlah 360 879,38 -
Total bahan masuk 360 879,38 Total bahan keluar 360 879,38
183
HOMOGENIZINGSILO
Bahan dari cyclone(A-11)
Bahan dari EP(A-13)
Material keluar menuju SP
(A-15)
Material tertinggal(A-16)
3. Perhitungan Neraca Massa di Suspension Preheater
Diagram Alir Massa di Suspension Preheater
Gambar 28. Diagram Alir Massa di Suspension Preheater
(A-15) Umpan masuk SP (CCR Plant 9 PT. ITP) = 278 000 kg
Kandungan H2O dalam SP feed (CCR Plant 9 PT. ITP) = 1%
Berat H2O dalam SP feed
= 0,01 x 285 000 kg = 2 780 kg
Umpan SP kering yaitu
= umpan masuk SP – kandungan H2O di SP feed
= 278 000 kg – 2 780 kg
= 275 220 kg
184
SUSPENSION
PREHEATER
Debu keluar SP menuju Ball Mill(A-07)
Umpan masuk SP(A-15)
Umpan bahan bakar total(A-18)
Gas buang Kiln(A-19)
Udara tersier dari Cooler(A-20)
Udara pembawa umpan(A-21)
Udara pendorong bahan bakar(A-22) Udara primary fan
(A-23)
Gas hasil pembakaran SP(A-24)
Material menuju Kiln(A-17)
Tabel 51. Komposisi Umpan Masuk Suspension PreheaterKomponen Komposisi (% berat)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaOMgOIL
13,513,792,23
43,520,94
34,96Total 100,00
(Quality Control Departement (QCD) Plant 9 PT. ITP)
CaO dan MgO terdapat dalam bentuk CaCO3 dan MgCO3,
Reaksi yang terjadi :
I. CaCO3 CaO + CO2
% CaO = 43,52
% CaCO3 =
= = 77,71 %
II. MgCO3 MgO + CO2
% MgCO3 =
= = 1,97 %
Komposisi umpan SP berubah tanpa IL tidak diikutsertakan :
Tabel 52. Komposisi umpan SP tanpa ILKomponen Komposisi (% berat)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaCO3
MgCO3
13,513,792,23
77,711,97
Total 99,21
SiO2 = = 13,62 %
185
Al2O3 = = 3,2 %
Fe2O3 = = 2,25 %
CaCO3 = = 78,33 %
MgCO3 = = 1,98 %
Tabel 53. Komposisi dan Berat Umpan SP Feed Yang Bereaksi Tanpa ILKomponen Fraksi Massa Berat (kg)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaCO3
MgCO3
0,1362
0,0320
0,0225
0,7833
0,0198
37 484,96
10 513,40
6 192,45
215 579,83
5 449,36
Total 1 275 220
(A-08) Dust return (Debu terbuang dari SP menuju Ball Mill)
Rasio ideal SP Feed terhadap klinker = 1,76
Kenyataan SP Feed = 278 000 kg
Clinker = = 157 955 kg
Clinker teoritis = 278 000 x (1 – 0,3496) = 180 811,2 kg
Dust Return = = 12,6 %
Komposisi dari dust return :
SiO2 : 12,6 % x 37 484,96 kg = 4 723,11 kg
Al2O3 : 12,6 % x 10 513,4 kg = 1 324,69 kg
186
Fe2O3 : 12,6 % x 6 192,45 kg = 780,25 kg
CaCO3 : 12,6 % x215 579,83 kg = 27 163,06 kg
MgCO3 : 12,6 % x 5 449,36 kg = 686,62 kg
Tabel 54. Komposisi Dust ReturnKomponen Fraksi Massa Berat (kg)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaCO3
MgCO3
0,1362
0,0382
0,0225
0,7835
0,0196
4 723,11
1 324,69
780,25
27 163,06
686,62
Total 1 34 677,73
SP Feed menjadi Clinker
SiO2 : 37 484,96 kg - 4 723,11 kg = 32 761,85 kg
Al2O3 : 10 513,40 kg - 1 324,69 kg = 9 188,71 kg
Fe2O3 : 6 192,45 kg - 780,25 kg = 5 412,20 kg
CaCO3 : 215 579,83 kg - 27 163,06 kg = 188 416,77 kg
MgCO3 : 5 449,36 kg - 686,62 kg = 4 762,74 kg
Tabel 55. Komposisi SP Feed yang Menjadi ClinkerKomponen Fraksi Massa Berat (kg)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaCO3
MgCO3
0,1362
0,0382
0,0225
0,7835
0,0196
32 761,85
9 188,71
5 412,20
188 416,77
4 762,74
Total 1 240 542,27
Reaksi kalsinasi di SP berlangsung dengan derajat kalsinasi 86 %.
(CCR Plant 9 PT. ITP).
187
Reaksi I :
CaCO3 CaO + CO2
CaCO3 yang terkalsinasi = 0,86 x Berat CaCO3 dalam umpan
= 0,860 x 188 416,77 kg
= 162 038,42 kg
CaO yang terbentuk =
=
= 90 741,52 kg
CO2 yang terbentuk =
=
= 71 296,91 kg
CaCO3 sisa = Berat CaCO3 – berat CaO yang bereaksi
= 188 416,77 kg – 162 038,42 kg
= 26 378,35 kg
Reaksi II :
MgCO3 MgO + CO2
MgCO3 yang terkalsinasi = 0,86 x Berat MgCO3 dalam umpan
= 0,86 x 4 762,74 kg
= 4 095,96 kg
MgO yang terbentuk = x massa MgCO3 yang terkalsinasi
=
188
= 1 950,46 kg
CO2 yang terbentuk = x massa MgCO3 yang terkalsinasi
=
= 2 145,50 kg
MgCO3 sisa = Berat MgCO3 – berat MgO yang bereaksi
= 4 762,74 kg – 4 095,96 kg
= 666,78 kg
CO2 hasil kalsinasi = CO2 dari Reaksi I + CO2 dari Reaksi II
= (71 296,91 + 2 145,50) kg
= 73 442,41 kg
(A-18) Bahan Bakar Suspension Preheater
Batu bara (Coal)
Umpan batu bara masuk SP (CCR Plant 9 PT. ITP) = 9700,00 kg
Kandungan air = 6,77 % (QCD Plant 9 PT. ITP)
= 6,77 % x 9 700 kg = 656,69 kg
Umpan batu bara kering = 9 700 kg – 656,69 kg = 9 043,31 kg
Tabel 56. Komposisi Umpan Batu bara SPKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
C
H
N
0,7249
0,0477
0,0097
6 555,50
431,37
87,72
189
S
O
Ash (abu)
0,0014
0,2112
0,0051
12,66
1 909,94
46,12
Total 1 9 043,31
(CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 2007)
Tabel 57. Komposisi Abu Batu bara SPKomponen Fraksi Massa
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
IL
0,2708
0,1301
0,0050
0,3563
0,0172
0,0479
0,1260
Total 1,0000
(QCD Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 2007)
Karena komponen IL tidak ikut bereaksi maka dicari komposisi barunya yaitu :
SiO2 =
Al2O3 =
Fe2O3 =
CaO =
MgO =
SO3 =
Jadi massa abu batu bara SP :
190
SiO2 : 31,04 % x 46,12 kg = 14,32 kg
Al2O3 : 14,91 % x 46,12 kg = 6,87 kg
Fe2O3 : 5,73 % x 46,12 kg = 2,64 kg
CaO : 40,85 % x 46,12 kg = 18,84 kg
MgO : 1,97 % x 46,12 kg = 0,91 kg
SO3 : 5,5 % x 46,12 kg = 2,54 kg
Tabel 58. Komposisi Massa Abu Batu bara SP Tanpa ILKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
0,3104
0,1491
0,0573
0,4085
0,0197
0,0550
14,32
6,87
2,64
18,84
0,91
2,54
Total 1,0000 46,12
Sekam
Umpan sekam masuk SP : 7 000 kg
Kandungan air pada sekam : 50 %
Umpan sekam kering : (7 000 – 3 500) kg : 3 500 kg
Kandungan ash umpan sekam masuk SP : 3 500 kg
(CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa)
Tabel 59. Komposisi Ash Sekam SPKomponen Fraksi Berat Massa (kg)
C
H
N
S
0,493
0,059
0,005
0,0014
1 725,5
206,5
17,5
4,9
191
O
Ash (abu)
0,441
0,0006
1 543,5
2,1
Total 1 3 500
Reaksi pembakaran batubara di SP :
1. C + O2 CO2
Jumlah C yang bereaksi = 1 725,5 kg
CO2 yang terbentuk =
2. O2 yang diperlukan : =
3. S + O2 SO2
Jumlah S yang bereaksi = 4,9 kg
SO2 yang terbentuk =
O2 yang diperlukan =
4. H2O(l) H2O(g)
H2O yang terbentuk = kandungan air pada sekam = 3 500 kg
5. H2 + H2O(g)
Jumlah H yang bereaksi = 206,50kg
H2O yang terbentuk =
O2 yang diperlukan=
6. N + O2 NO2
192
Jumlah N yang bereaksi = 17,5 kg
NO2 yang terbentuk =
O2 yang diperlukan =
Kebutuhan O2 total pada sekam secara teoritis :
= (4 601,33 + 4,9 + 1 652 + 40) kg = 6 298,23 kg
Bahan Bakar Gas
Kapsitas gas masuk = 3 500 Nm3
Berat jenis ( ) gas rata-rata (Dept. Produksi P 9 PT. ITP) =0,99245 kg/Nm3
Massa gas masuk = 3 500 Nm3 x 0,99245 kg/m3 = 3 474 kg
Tabel 60. Komposisi Bahan Bakar GasKomponen Fraksi Berat Massa (kg)
N2
CO2
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
0,02791
0,33754
0,53193
0,04532
0,03112
0,01463
0,00597
0,00558
97
1 172
1 848
157
108
51
21
19
Total 1 3 474
(Departemen Produksi Plant 9 PT. ITP, 2007)
Reaksi pembakaran gas di SP :
1. CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Mol CH4 =
Mol O2 = 2 x 115 500 grmol = 231 000 grmol
193
O2 yang dibutuhkan = 231 000 grmol x 32 gr/grmol = 7 392 000 gr = 7 392 kg
CO2 yang terbentuk = 115 500 grmol x 44 gr/grmol = 508 200 gr = 5 082 kg
H2O yang terbentuk = 231 000 grmol x 18 gr/grmol = 4 159 000 gr = 4 158 kg
2. C2H6 + 3,5 O2 2 CO2 + 3 H2O
Mol C2H6 =
O2 yang dibutuhkan = 18 315,5 grmol x 32 gr/grmol = 586 096 gr = 586 kg
CO2 yang terbentuk = 10 466 grmol x 44 gr/grmol = 460 504 gr = 460 kg
H2O yang terbentuk = 15 699 grmol x 18 gr/grmol = 282 582 gr = 283 kg
3. C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O
Mol C3H8 =
O2 yang dibutuhkan = 12 275 grmol x 32 gr/grmol = 392 800 gr = 393 kg
CO2 yang terbentuk = 7 365 grmol x 44 gr/grmol = 324 060 gr = 324 kg
H2O yang terbentuk = 9 820 grmol x 18 gr/grmol = 176 760 gr = 177 kg
4. C4H10 + 6,5 O2 4 CO2 + 5 H2O
Mol C4H10 =
O2 yang dibutuhkan = 6,5 x 879 grmol x 32 gr/grmol = 182 832 gr = 183 kg
CO2 yang terbentuk = 4 x 879 grmol x 44 gr/grmol = 154 704 gr = 155 kg
H2O yang terbentuk = 5 x 879 grmol x 18 gr/grmol = 79 110 gr = 79 kg
5. C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O
194
Mol C5H12 =
O2 yang dibutuhkan = 8 x 292 grmol x 32 gr/grmol = 74 752 gr = 75 kg
CO2 yang terbentuk = 5 x 292 grmol x 44 gr/grmol = 64 240 gr = 64 kg
H2O yang terbentuk = 6 x 292 grmol x 18 gr/grmol = 31 536 gr = 32 kg
6. C6H14 + 9,5 O2 6 CO2 + 7 H2O
Mol C6H14 =
O2 yang dibutuhkan = 9,5 x 221 grmol x 32 gr/grmol = 67 184 gr = 67 kg
CO2 yang terbentuk = 6 x 221 grmol x 44 gr/grmol = 58 344 gr = 58 kg
H2O yang terbentuk = 7 x 221 grmol x 18 gr/grmol = 27 846 gr = 28 kg
7. Kebutuhan O2 untuk reaksi di bahan bakar gas yaitu :
= (7 392 + 586 + 393 + 183 +75 + 67) kg = 8 696 kg
8. CO2 yang terbentuk pada reaksi di bahan bakar gas yaitu :
= (5 082 + 460 + 324 + 155 + 64 + 58) kg = 6 143 kg
9. H2O yang terbentuk pada reaksi di bahan bakar gas yaitu :
= (4 158 + 283 + 177 + 79 +32 + 28) kg = 4 757 kg
(A-17) Perhitungan Massa Pada Kiln Feed
SiO2 = SiO2 dari SP feed Kiln + SiO2 pada abu batu bara SP
= (32 761,85 + 14,32) kg = 32 776,17 kg
Al2O3 = (9 188,71 + 6,87) kg = 9 195,58 kg
Fe2O3 = (5 412,2 + 2,64) kg = 5 414,84 kg
195
CaCO3 sisa = 27 378,35 kg
MgCO3 sisa = 666,78 kg
CaO = CaO yang terkalsinasi + CaO abu batu bara SP
= (90 741,52 + 18,84) kg = 90 760,36 kg
MgO = (1 950,46 + 0,91) kg = 1 951,37 kg
SO3 = 2,54 kg
Tabel 61. Komposisi Massa Kiln FeedKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaCO3 sisa
MgCO3 sisa
CaO
MgO
SO3
0,1961
0,0550
0,0324
0,1578
0,0040
0,5430
0,0117
0,0001
32 776,17
9 195,58
5 414,84
27 378,35
666,78
90 760,36
1 951,37
2,54
Total 1 167 147
Reaksi Pembakaran di SP :
1. C + 0,5 O2 CO
Misal : C yang bereaksi = y kg, maka
CO yang terbentuk =
196
O2 yang dibutuhkan =
2. C + O2 CO2
C yang bereaksi = (C umpan batu bara - y) kg = (6 555 – y) kg
CO2 yang terbentuk =
O2 yang dibutuhkan =
3. S + O2 SO2
S yang bereaksi = S umpan batu bara = 13 kg
SO2 yang terbentuk =
O2 yang dibutuhkan =
4. H2O(l) H2O(g)
H2O(g) yang terbentuk = kandungan air di batu bara = 657 kg
5. H2 + 0,5 O2 H2O(g)
H2 yang bereaksi = H umpan di batu bara = 431 kg
H2O yang terbentuk =
O2 yang diperlukan =
6. N + O2 NO2
N yang bereaksi = N umpan di batu bara = 88 kg
NO2 yang terbentuk =
O2 yang dibutuhkan =
197
Kebutuhan O2 teoritis pada Kiln Feed :
= [(8 371 + 1,33 y + (17 480 – 2,67 y) + 13 + 3 448 + 21) – 1910] kg
= {27 612 – 1,34 y } kg
Data :
Temperatur = 30 0C
Kelembaban = 80 %
Tekanan = 1 atm
Dari psychometric chart (Perry, gambar 3-4), diperoleh :
Humidity = 0,022 kg H2O/kg udara kering
Udara kering terdiri dari = 21 % O2 dan 79 % N2
BM Udara = (0,21 x 32 kg/kmol)+ (0,79 x 18 kg/kmol) = 28,84 kg/kmol
Density Udara ( ) =
Udara kering =
Komposisi udara terdiri dari :
H2O = 1 – 0,978 = 0,022
O2 = 0,21 x x 32 = 0,228
N2 = 0,79 x x 28 = 0,750
(A-19) Gas Buang Kiln
Tabel 62. Komposisi Gas Buang Kiln
198
Komponen Fraksi Massa Massa (kg)
CO
CO2
SO2
NO2
H2O
N2
O2
0
0,2681
0,0002
0,0023
0,0545
0,6344
0,0405
0
41 198
30
352
8 369
97 476
6 223
Total 1 153 648
(A-20) Udara Tersier dari Cooler Menuju SP
Dimisalkan udara tersier = E kg
Udara kering =
H2O = E kg – 0,978 E kg = 0,022 E kg
O2 =
N2 =
(A-21) Udara Pembawa Umpan
Kapasitas = 3 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. ITP)
Udara = 1,16 kg/m3
Massa udara = 3 000 m3 x 1,16 kg/m3 = 3 480 kg
Udara kering =
Mol udara kering =
199
Massa H2O = massa udara – massa udara kering
= 3 480 kg – 3 405 kg = 75 kg
Massa O2 = 0,21 x 118,065 kmol x 32 kg/kmol
= 793,41 kg
Massa N2 = 0,79 x 118,065 kmol x 28 kg/kmol
= 2 611,59 kg
Tabel 63. Komposisi Udara Pembawa UmpanKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
O2
N2
0,0216
0,228
0,7504
75
793,41
2 611,59
Total 1 3 480
(A-22) Udara Pembawa Bahan Bakar
Kapasitas = 3 850 m3/jam (CCR Plant 9 PT. ITP)
Udara = 1,16 kg/m3
Massa udara = 3 850 m3 x 1,16 kg/m3 = 4 466 kg
Udara kering =
Mol udara kering =
Massa H2O = massa udara – massa udara kering
= 4 466 kg – 4 369,86 kg = 96,14 kg
Massa O2 = 0,21 x 151,52 kmol x 32 kg/kmol
= 1 018,21 kg
Massa N2 = 0,79 x 151,52 kmol x 28 kg/kmol
= 3 351,65 kg
200
Tabel 64. Komposisi Udara Pembawa Bahan BakarKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
O2
N2
0,0216
0,228
0,7504
96,14
1 018,21
3 351,65
Total 1 4 466
(A-23) Udara Primary Fan SP
Kapasitas = 9 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. ITP)
Udara = 1,16 kg/m3
Massa udara = 9 000 m3 x 1,16 kg/m3 x = 8 735 kg
Udara kering =
Mol udara kering =
Massa H2O = massa udara – massa udara kering
= 8 735 kg – 8 547 kg = 188 kg
Massa O2 = 0,21 x 296,36 kmol x 32 kg/kmol
= 1 991,68 kg
Massa N2 = 0,79 x 296,36 kmol x 28 kg/kmol
= 6 555,32 kg
Tabel 65. Komposisi Udara Primary Fan SPKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
O2
N2
0,0215
0,228
0,7505
188
1 991,68
6 555,32
Total 1 8 735
201
(A-24) Perhitungan Gas Buang SP
CO : 2,33 y
CO2 : (71 297 + 2 145 + (24 035 – 3,67 y) + 41 198 + 6 326,83 + 6 143
= 151 144,83 – 3,67 y
SO2 : (26 + 30 + 9,8) = 65,8
NO2 : (289 + 352 + 57,5) = 698,5
H2O : (4 757 + 3 500 + 1 858,5 + 657 + 3 879 + 0,022 E + 19 + 8 + 8 + 8 369)
= 23 055,5 + 0,022 E
N2 : (0,75 E + 6 685 + 2 663 + 2 663 + 97 476) = 109 487 + 0,75 E
O2 : {(0,228 E + 2 031 + 809 + 809 + 6 223) – (27 603 – 1,34 y)}
= 0,228 E – 1,34 y – 17 731
Total gas buang SP = (266 720,63 – 2,68 y + E) kg
Diketahui kadar CO = 0,04 %
0,0004 =
107 – 0,001072 y + 0,0004 E = 2,33 y
2,331072 y – 0,0004 E = 107...........................................................(1)
Diketahui kadar O2 = 4,05 %
0,0405 =
10 802 – 0,05427 y + 0,0405 E = 0,228 E -1,34 y – 17 731
1,28573 y – 0,1875 E = - 28 533.....................................................(2)
202
Kemudian dari persamaan (1) dan (2) dicari nilai E dan y :
2,331072 y – 0,0004 E = 107 x 0,1875
1,28573 y – 0,1875 E = - 28 533 x 0,0004
0,437076 y – 0,000075 E = 20,2625
1,28573 y + 0,000075 E = 11,4132 +
0,437076 y = 31,4757
y = 72,023 kg (C yang bereaksi menjadi CO)
1,28573 y – 0,1875 E = - 28 533
1,28573 (72,023) – 0,1875 E = - 28 533
E = 152 670 kg (Udara tersier)
Jadi komposisi udara tersier :
Udara tersier = 152 670 kg
Udara kering = 0,978 x 152 670 kg = 149 311,26 kg
H2O = 0,022 x 152 670 kg = 3 358,74 kg
O2 = 0,228 x 152 670 kg = 34 808,76 kg
N2 = 0,75 x 152 670 kg = 114 502,5 kg
Tabel 66. Komposisi Udara TersierKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2OO2
N2
0,0220,228
0,75
3 358,7434 808,76
114 502,50Total 1 152 670,00
Tabel 67. Komposisi Total Gas Buang SPKomponen % Berat Massa (kg)
CO
CO2
SO2
0,04
36,06
0,016
0,17
167,81
150 880,51
65,8
698,5
203
NO2
H2O
O2
N2
6,3
4,3
53,114
26 414,24
16 981,25
223 989,5
Total 100 419 197,61
Tabel 68. Neraca Massa di Suspension PreheaterINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Umpan masuk SP
Umpan total bahan
bakar
Udara primary fan
SP
Udara pendorong
bahan bakar SP
Udara pembawa
umpan
Udara tersier
Gas buang Kiln
278 000
20 174
8 735
4 466
3 480
152 670
153 648
Gas buang SP
Material dari SP
menuju Rotary kiln
Dust Return
Massa yang
terakumulasi
-
167 147
-
-
419 197,61
-
34 677,73
150,66
Jumlah 621 173 Jumlah 167 147 454 026
Total bahan masuk 621 173 Total bahan keluar 621 173
7. Perhitungan Neraca Massa di Rotary Kiln
Diagram Alir Massa di Rotary Kiln
Umpan batu bara (A-26)
Udara primer (A-27)
204
Udara sekunder (A-28)
Umpan masuk Rotary Material dari RK menuju
Kiln (A-17) Clinker Cooler
Udara pendorong bahan (A-25)
bakar (A-29)
Udara nose ring (A-30)
Gas hasil pembakaran (A-19)
Gambar 29. Diagram Alir Massa di Rotary Kiln
(A-17) Umpan masuk kiln = 167 147 kg
Reaksi kalsinasi lanjutan CaCO3 dan MgCO3 :
Reaksi I :
CaCO3 CaO + CO2
CaCO3 yang bereaksi = 26 378,35 kg
CaO yang terbentuk =
= = 14 771,88 kg
CO2 yang terbentuk = = 11 606,47 kg
Reaksi II :
MgCO3 MgO + CO2
MgCO3 yang bereaksi = 666,78 kg
205
ROTARY
KILN
MgO yang terbentuk =
= = 317,51 kg
CO2 yang terbentuk =
= = 349,27 kg
(A-26) Umpan Batu Bara dalam Rotary Kiln
Jumlah batu bara masuk Rotary Kiln = 11 800
kg (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk)
Kandungan air = 6,77 % x 11 800 kg = 798,86 kg
Umpan batu bara kering = 11 800 kg – 798,86 kg = 11 001,14 kg
Tabel 69. Komposisi Batu BaraKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
C
H
N
S
O
Ash (abu)
0,7249
0,0477
0,0097
0,0014
0,2112
0,0051
7 974,73
524,75
106,71
15,4
2 323,44
56,11
Total 1 11 001,14
(QCD Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 2007)
Perhitungan Komposisi Abu Batu Bara
Tabel 70. Komposisi Abu Batu BaraKomponen Fraksi Massa
SiO2 0,2708
206
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
IL
0,1301
0,0500
0,3563
0,0172
0,0479
0,1260
Total 1
(QCD Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 2007)
Karena IL tidak ikut bereaksi maka dicari komposisi baru dari abu batu bara
tanpa IL yaitu :
SiO2 =
Al2O3 =
Fe2O3 =
CaO =
MgO =
SO3 =
Tabel 71. Komposisi Massa Abu Batu Bara Yang BereaksiKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
SiO2 0,3104 17,42
207
Al2O3
Fe2O3
Cao
MgO
SO3
0,1491
0,0573
0,4085
0,0197
0,055
8,37
3,22
22,92
1,1
3,08
Total 1 56,11
(A-28) Udara Sekunder
Misal udara sekunder = B kg
Asumsi pada suhu 270C, kelembaban 80%
Humidity = 0,022 kg H2O/kg udara kering (Psychometric Chart, Perry
gambar 3-4)
Udara kering =
H2O = massa udara sekunder – massa udara kering
= B kg – 0,978 B kg = 0,022 B kg
O2 =
N2 =
(A-29) Udara Pendorong Bahan Bakar (Batu Bara) Kiln
Kapasitas udara = 3 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT ITP, Tbk)
udara = 1,16 kg/m3
Massa udara = 3 000 m3/jam x 1,16 kg/m3 = 3 480 kg
Udara kering =
Mol udara kering =
208
H2O = 3 480 kg – 3 405 kg = 75 kg
O2 = 0,21 x 118,06 kmol x 32 kg/kmol = 793 kg
N2 = 0,79 x 118,06 kmol x 28 kg/kmol = 2 612 kg
Tabel 72. Komposisi Udara Pendorong Bahan Bakar KilnKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
O2
N2
0,0216
0,2279
0,7505
75
793
2 612
Total 1 3 480
(A-27) Udara Primary Fan Kiln
Kapasitas udara total = 14 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. ITP, Tbk)
udara = 1,16 kg/m3
Massa udara = 14 000 m3/jam x 1,16 kg/m3 = 16 240 kg
Udara kering =
Mol udara kering =
H2O = 16 240 kg – 15 890 kg = 350 kg
O2 = 0,21 x 550,97 kmol x 32 kg/kmol = 3 702 kg
N2 = 0,79 x 550,97 kmol x 28 kg/kmol = 12 188 kg
Tabel 73. Komposisi Udara Primary Fan KilnKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
O2
N2
0,0216
0,2280
0,7504
350
3 702
12 188
209
Total 1 16 240
(A-30) Udara Nose Ring
Kapasitas udara = 9 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal
Prakarsa, Tbk)
udara = 1,16 kg/m3
Massa udara = 9 000 m3/jam x 1,16 kg/m3 = 10 440 kg
Udara kering =
Mol udara kering =
H2O = 10 440 kg – 10 215 kg = 225 kg
O2 = 0,21 x 354,2 kmol x 32 kg/kmol = 2 380 kg
N2 = 0,79 x 354,2 kmol x 28 kg/kmol = 7 835 kg
Tabel 74. Komposisi Udara Nose RingKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
O2
N2
0,0216
0,2280
0,7504
225
2 380
7 835
Total 1 10 440
Tabel 75. Komposisi Total Bahan Bakar KilnKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
C
H
N
0,7249
0,0477
0,0097
7 975
525
107
210
S
O
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
0,0014
0,2112
0,003104
0,001491
0,000573
0,004085
0,000197
0,00055
15
2 323
17
8
3
23
1
3
Total 1 11 001
Reaksi pembakaran di Kiln :
1) C + 0,5 O2 CO
Di dalam Kiln tidak dihasilkan CO ( kadar CO = 0 %)
2) C + O2 CO2
C yang bereaksi = 7 975 kg
O2 yang dibutuhkan =
CO2 yang terbentuk =
3) H2O(l) H2O(g)
H2O(g) yang terbentuk = H2O dalam bahan bakar Kiln = 799 kg
4) H2 + 0,5 O2 H2O
H2 yang bereaksi = 525 kg
O2 yang dibutuhkan =
H2O yang terbentuk =
5) S + O2 SO2
S yang bereaksi = 15 kg
211
O2 yang dibutuhkan =
SO2 yang terbentuk =
6) N + O2 NO2
N yang bereaksi = 107 kg
O2 yang dibutuhkan =
NO2 yang terbentuk =
Kebutuhan O2 teoritis di Kiln = {(21 267 + 4 200 + 15 + 245) – 2 323} kg
= 23 404 kg
(A-19) Gas Buang Kiln
CO2 = (29 242 + 11 607 + 349) kg = 41 198 kg
SO2 = 30 kg
NO2 = 352 kg
H2O = (799 + 4 725 + 75 + 0,022 B + 350 + 225) kg = (6 174 + 0,022 B) kg
N2 = (2 612 + 0,75 B + 12 188 + 7 835) kg = (22 635 + 0,75 B) kg
O2 = {(793 + 0,228 B + 3 702 + 2 380) – 23 404} = (0,228 B – 16 529) kg
Total gas buang Kiln = (53 860 + B) kg
Diketahui :
Data dari CCR O2 Kiln outlet = 4,05 %
Sehingga, O2 Kiln outlet =
0,0405 =
B = 99 788 kg
212
Tabel 76. Komposisi Gas Buang KilnKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
CO2
SO2
NO2
H2O
N2
O2
0,2681
0,0002
0,0023
0,0545
0,6344
0,0405
41 198
30
352
8 369
97 476
6 223
Total 1 153 648
Sehingga komposisi dari udara sekunder
Tabel 77. Komposisi Udara SekunderKomponen Fraksi Massa Massa (kg)
H2O
N2
O2
0,022
0,75
0,228
2 195
74 841
22 752
Total 1 99 788
Tabel 78. Neraca Massa di Rotary KilnINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Umpan masuk kiln
Umpan batu bara
Udara pendorong
bahan bakar
167 147
11 800
3 480
Gas buang Kiln - 153 648
213
Udara primer
Udara nose ring
Udara sekunder
16 240
10 440
99 788
Material dari RK menuju
Clinker Cooler
155 247 -
Jumlah 308 895 Jumlah 155 247 153 648
Total bahan masuk 308 895 Total bahan keluar 308 895
8. Perhitungan Neraca Massa di Clinker Cooler
Diagram Alir Massa di Clinker Cooler
Udara panas menuju Rotary Dryer dan Ball Mill (A-02 dan A-07)
Umpan masuk Cooler Material dari Cooler
(A-25) menuju Cement Mill
Udara pendingin (A-31)
(A-32)
Udara tersier (A-20)
Udara sekunder (A-28)
Debu yang terbuang (A-33)
Gambar 30. Diagram Alir Massa di Clinker Cooler
(A-25) Umpan masuk Cooler = 155 247 kg
(A-32) Udara masuk Cooler :
Kapasitas fan pada Cooler = 5 500 m3/menit(CCR Plant 9 PT. ITP,Tbk)
Kapasitas fan selama satu jam = 5 500 m3/menit x 60 menit/jam
= 330 000 m3/jam
Berat Jenis udara pada suhu 30oC = 1,16 kg/m3 (R.H. Perry, 3 – 30)
Berat udara pendingin tiap jam = 1,16 kg/m3 x 330 000 m3
214
CLINKER
COOLER
= 382 800 kg
Udara panas menuju Rotary Dryer dan Ball Mill
= Udara pendingin – (udara tersier + udara sekunder)
= 382 800 kg – (152 670 + 99 788) kg
= 130 342 kg
(A-02) Kebutuhan udara panas untuk Rotary Dryer sebesar 10% dari udara panas
total dari Cooler = 10 % x 130 342 kg = 13 034,2 kg
(A-07) Kebutuhan udara panas untuk Ball Mill yaitu sebesar :
= 130 342 kg – 13 034,2 kg = 117 307,8 kg
Debu yang ditarik fan ke EP sebesar 2 % dari umpan masuk. (CCR Plant 9
PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk)
Debu yang ditarik EP = 0,02 x jumlah klinker panas
= 0,02 x 157 955 kg
= 3 159 kg
Effisiensi EP 99 % (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk)
Jadi klinker yang tersirkulasi yaitu :
Klinker tersirkulasi = 0,99 x Debu yang ditarik EP
= 0,99 x 3 159 kg
= 3 127,41 kg
(A-33) Debu yang terbuang = Debu yang ditarik EP – klinker tersirkulasi
= (3 159 – 3 127,41) kg
= 31,59 kg
215
(A-31) Klinker dingin = umpan masuk Cooler – debu yang terbuang
= (155 247 – 31,59) kg
= 155 215,41 kg
Tabel 79. Neraca Massa di Clinker CoolerINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Umpan masuk Cooler
Udara pendingin
155 247
382 800
Udara tersier
Udara sekunder
Debu yang terbuang
Udara panas menuju
EP
Material menuju
Cement Mill
-
-
-
-
155 215,41
152 670
99 788
31,59
131 061
-
Jumlah 538 047 Jumlah 155 215,41 382 831,59
Total bahan masuk 538 047 Total bahan keluar 538 047
9. Perhitungan Neraca Massa di Cement Mill
Diagram Alir Massa di Cement Mill
Debu yang terbuang (A-37)
Umpan masuk Finish
Mill (A-31) Produk semen
216
CEMENT MILL
Gypsum (A-34)
(A-35)
Additive
(A-36) Gambar 31. Diagram Alir Massa di Cement Mill
Komposisi bahan masuk Cement Mill (CCR Plant 9 PT. ITP, Tbk) :
- Klinker dingin = 92 %
- Additive = 5 %
- Gypsum = 3 %
(A-31) Klinker yang dibutuhkan = 92 %
= 155 215,41 kg
(A-36) Additive yang dibutuhkan = x jumlah klinker dingin
= x 155 215,41 kg
= 8 435,62 kg
(A-35) Gipsum yang dibutuhkan = x jumlah klinker dingin
= x 155 215,41 kg
= 5 061,37 kg
Total bahan masuk Ball Mill = klinker + additive + gipsum
= (155 215,41 + 8 435,62 + 5 061,37) kg
= 168 712,4 kg
Effisiensi separator adalah 80 % (CCR Plant 9 PT. ITP, Tbk)
Produk yang dihasilkan = 0,8 x produk masuk ball mill
= 0,8 x 168 712,4 kg
217
= 134 969,92 kg
Effisiensi cyclone adalah 95 % (Data : CCR Plant 9 PT ITP)
Sehingga produk cyclone = 0,95 x 134 969,92 kg
= 120 221,424 kg
Debu ke Bag Filter = produk dari separator – produk dari cyclone
= (134 969,92 – 120 221,424) kg
= 6 748,496 kg
Effisiensi Bag Filter adalah 95 % (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal
Prakarsa, Tbk)
Sehingga produk dari bag filter = 0,95 x debu dari bag filter
= 0,95 x 6 748,496 kg
= 6 411,0712 kg
Debu yang terbuang = debu dari cyclone – debu dari bag filter
= (6 748,496 – 6 411,0712) kg
= 337,425 kg
Debu masuk ke EP adalah 20 % (CCR Plant 9 PT. ITP)
= 0,2 x produk masuk ball mill
= 0,2 x 168 712,4 kg
= 33 742,48 kg
Effisiensi EP yaitu 99 % (CCR Plant 9 PT. ITP), sehingga debu yang
tertangkap EP
= 0,99 x debu yang masuk ke EP
= 0,99 x 33 742,48 kg
= 33 405,055 kg
Debu yang keluar dari EP = debu yang masuk EP – debu tertangkap EP
218
= (33 742,48 – 33 405,055) kg
= 337,425 kg
(A-37) Debu yang terbuang dari Cement Mill
= debu yang keluar bag filter + debu keluar EP
= 337,425 kg + 337,425 kg = 674,85 kg
(A-34) Produk semen
= produk dari separator – (debu keluar bag filter + debu keluar EP)
= 168 712,4 - (337,425 + 337,425) kg
= 168 037,55 kg
Tabel 80 . Neraca Massa di Cement MillINPUT OUTPUT
Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)
Produk Kehilangan
Umpan masuk
Cement Mill
Additive
Gypsum
155 215,41
8 435,625
5 061,37
Produk semen
Debu yang
terbuang
168 037,55
-
-
674,85
Jumlah 168 712,405 Jumlah 168 037,55 674,85
Total bahan masuk 168 712,405 Total bahan keluar 168 712,405
7. Neraca Massa Total (Overall)
Tabel 81 . Neraca Massa Total (Overall)No Nama Alat INPUT (kg) OUTPUT (kg)
Produk Kehilangan
1
2
3
4
Ball Mill
Homogenizing Silo
Suspension Preheater
Rotary Kiln
385 565,530
360 879,380
621 173,000
308 895,000
358 739,760
360 879,380
167 147,000
155 247,000
26 825,770
-
457 026,000
153 648,000
219
5
6
Clinker Cooler
Cement Mill
538 047,000
168 712,405
155 215,410
168 037,550
382 831,590
674,855
Jumlah 2 383 272,315 1 362 266,100 1 021 006,215
Total 2 383 272,315 2 383 272,315
Effisiensi Produk =
=
= 99,5 %
220