TUGAS PERANCANGA

N PRODUK

Oleh :

“PIROLISIS THERMAL PADA BAN BEKAS”

NAMA NIM

Jefry Reyaldi Turnip 120405044

Roger R.H Purba 120405046

Trio F. L. Tarigan 120405047

Grace Angelin 120405050

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARAMEDAN

2015

Masalah 2 : Menambang Gunung Ban• Ban bekas telah menjadi masalah utama pada level lokal, regional,

nasional dan internasional. Secara keseluruhan, negara-negara industri membuang ban bekas sekitar 6,5 juta ton / tahun :

• Kebanyakan limbah ini langsung dibuang ke landfill. Landfilling bukan saja metode yang berbahaya, unsustainable, tetapi juga pemborosan. Bahan-bahan kimia dan energi yang tersimpan dalam ban secara permanen akan hilang karena ditanam. Disamping itu, komponen-komponen lain dari ban (flame retardants, stabilizers, colorants, dll) akan keluar dari timbunan dan lepas ke lingkungan menyebabkan masalah pencemaran air dan tanah. Jelaskan bahwa pembuangan ban yang lebih baik diperlukan untuk alasan-alasan lingkungan, politik, dan ekonomi

• Tim inti kami mempertimbangkan kemungkinan : Pirolisis termal menjadi produk yang lebih bermanfaat

• Landfilling adalah pengelolaan sampah dengan cara menimbunnya didalam tanah. Teknologi alternatif yang telah dikembangkan untuk mengurangi jumlah volume sampah buangan, khususnya sampah jenis rubbish diantaranya teknologi daur ulang, dan teknologi transformasi termal. Proses transformasi termal selanjutnya terbagi menjadi tiga macam pengolahan yaitu pembakaran (combustion), gasification dan pirolisis (Hutomo, dan Winarno, 2010).

• Ban merupakan bagian penting dari kendaraan bermotor seperti sepeda motor dan mobil. Ban memiliki bahan dasar karet yang merupakan salah satu jenis polimer sintesis (polistiren). Polistiren adalah molekul yang memiliki berat molekul ringan, terbentuk dari monomer sirena berbau harum (Damayanthi dan Martini, 2007). Karet yang dibuat untuk ban adalah karet butadiene. Karet ini dibuat secara kopolimerisasi antara butadiene dan stirena (Surdia dan Saito, 2005).

Latar Belakang

• Ban berbahan dasar karet, merupakan salah satu jenis polimer sintetis (Polystirene). Polystirene tidak dapat dengan mudah direcycle sehingga pengolahan limbah polystirene harus dilakukan secara benar agar tidak merugikan lingkungan. Proses perengkahan polystirene merupakan salah satu cara untuk meminimalisir limbah polystirene tersebut. Polystirene adalah molekul yang memiliki berat molekul ringan, terbentuk dari monomer stirena yang berbau harum. Kelebihan polystirene adalah ringan, keras, tahan panas, agak kaku, tidak mudah patah dan tidak beracun. Sifat fisis polystirene disajikan pada Tabel 1. Sifat Fisis Polystirene

Densitas 1050 kg/m³

Density of EPS 25-200 kg/m³

Specific Gravity 1.05

Electrical conductivity (s)

10-16 S/m

Thermal conductivity (k)

0.08 W/(m·K)

Young's modulus (E) 3000-3600 MPa

Tensile strength (st) 46–60 MPa

Elongation at break 3–4%

Notch test 2–5 kJ/m²

Glass temperature 95 °C

Melting point 240 °C

Vicat B 90 °C

Heat transfer coefficient (Q) 0.17 W/(m2K)

Linear expansion coefficient (a)

8 x 10-5 /K

Specific heat (c) 1.3 kJ/(kg·K)

Water absorption (ASTM) 0.03–0.1

Decomposition X years, still decaying(Damayanthi dan Martini, 2012)

• Polystirene adalah polimer hidrokarbon parafin yang terbentuk dengan cara reaksi polymerisasi, dimana reaksi pembentukan polystirene adalah:

Gbr. 1. Reaksi Pembentukan Polystirene (Damayanthi dan Martini, 2012)

• Proses produksi hidrokarbon cair dari Polystirene dapat dikerjakan dengan proses perengkahan (cracking). Proses perengkahan ini berlangsung pada suhu tinggi

• Cracking karet ban bekas pada suhu tinggi adalah proses paling sederhana untuk daur ulang karet ban bekas. Pada proses ini material polimer atau karet ban bekas dipanaskan pada suhu tinggi. Proses pemanasan ini menyebabkan struktur makro molekul dari karet terurai menjadi molekul yang lebih kecil dan hidrokarbon rantai pendek terbentuk. Produk yang dihasilkan berupa fraksi gas, residu padat dan fraksi cair, yang mengandung parafin, olefin, naptha, dan aromatis. Proses ini memiliki 2 masalah, yaitu masalah dalam distribusi produk dan masalah dalam penggunaan suhu tinggi yang menggunakan suhu lebih dari 900oC.

(Damayanthi dan Martini, 2012)

• Ban kendaraan bermotor yang telah lama dipakai akan aus akibat gesekan dengan jalan. Ban yang telah aus ini harus segera diganti karena dapat membahayakan pengendara. Tingkat keausan pada ban berbeda-beda tergantung komposisi penyusun dari ban (Hutomo, dan Winarno, 2010).

• Menurut ko et. all. (2004) komposisi penyusun ban bervariasi sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik pembuatnya, namun demikian, galvagno et all. (2002) menyatakan bahwa secara umum senyawa komposisi dari ban dapat dilihat pada tabel berikut (Hutomo, dan Winarno, 2010) :

• Tabel 2. Komposisi Penyusun Ban Komposisi Persentase (%)

Karbon 85,16

Hidrogen 7,27

Oksigen 0,54

Nitrogen 0,38

Sulfur 2,30

Ash 4,36

Karbon hitam merupakan komposisi terbanyak dalam penyusunan ban digunakan untuk memperkuat karet dan membantu ketahanan terhadap goresan selam proses vulkanisasi ban ditambahkan senyawa sulfur untuk mengikat polimer dengan karet dan juga untuk memperkuat serta mencegah berubahnya bentuk ban akibat temperatur yang tinggi (Mastral, et all., 2000)(Mastral, et all., 2000)

Definisi Pirolisis• Pirolisis atau devolatilisasi adalah proses fraksinasi material oleh suhu.

Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 °C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, dan volatile matters pada sampah akan pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya (Ramadhan dan Ali, 2011).

• Pirolisasi adalah suatu proses dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas (Ratnasari, 2011).

• Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H2, CO, CO2, H2O dan CH4), tar (pyrolitic oil), dan char (Ramadhan dan Ali, 2011; Ratnasari, 2011). Semua produk dari pirolisis bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan. Selain tiga jenis produk tersebut teknologi pirolisis juga menghasilkan produk lain. Adapun produk pirolisis lainnya antara lain : Arang (Biochar), Torrified Wood, Arang Aktif, Briket Arang, Biooil, Syngas (Ratnasari, 2011).

• Dengan proses pirolisis tersebut bahan baku berupa limbah organik akan terdekomposisi menjadi arang, bio-oil, dan syngas. Bio-oil dan syngas potensial untuk pembangkit listrik dan panas yang sangat dibutuhkan oleh proses industri (Ratnasari, 2011).

• Dengan teknologi pirolisis ini kita dapat mengatasi limbah organik, menjadikan lingkungan lebih sehat sehingga menjadi aktivitas yang zero waste dan menjadikannya produk akhir yang bernilai tambah (Ratnasari, 2011).

• Pada proses pirolisa terdapat beberapa tingkatan proses, yaitu pirolisa primer dan pirolisa sekunder. Pirolisa primer adalah pirolisa yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan pirolisa sekunder adalah pirolisa yang terjadi atas partikel gas/uap hasil pirolisa primer. Pirolisa merupakan penguraian karena panas sehingga keberadaan O2 dihindari karena dapat memicu reaksi pembakaran (Lufina, dkk., 2013).

• Pirolisis merupakan salah satu alternatif pengolahan sampah kota yang dipandang cukup prospektif untuk dikembangkan karena memiliki beberapa keuntungan diantaranya :

1. Memiliki rasio konversi yang tinggi, 2. Produk-produknya memiliki kandungan energi yang tinggi,3. Produk-produk yang dihasilkan dapat ditingkatkan menjadi bahan

dasar keperluan lain serta 4. Pengontrolan proses yang lebih mudah bila dibandingkan dengan

proses insenerasi (Hutomo, dan Winarno, 2010)

• Pirolisis dengan laju pemanasan yang lambat terhadap limbah ban akan menghasilkan:

Arang hingga 50% kadar abu sekitar 10%. a. Pemanfaatan arang: Digunakan langsung sebagai bahan bakar Dipadatkan menjadi briket bahan bakar Digunakan sebagai bahan adsorpsi seperti karbon aktif Dihancurkan dan dicampur dengan produk minyak pirolisis

menghasilkan lumpur (slurry) untuk pembakaran. b. Nilai kalori arang relatif tinggi: Arang dari sampah kota sekitar 19 MJ/kg, Arang dari ban sekitar 29 KJ/kg Arang limbah kayu sekitar 33 MJ/kg Nilai kalori batu bara 30 MJ/kg. Arang dari limbah dapat digunakan sebagai bahan bakar kelas

menengah.

c. Produk minyak dari pirolisis limbah dapat digunakan dalam sistem pembangkitan listrik secara konvensional, seperti mesin diesel dan turbin gas.

d. Karakteristik dari bahan bakar proses pirolisis tidak sama dengan bahan bakar minyak alam (memerlukan modifikasi sebagai pembangkit tenaga atau peningkatan kualitas bahan bakar).

e. Nilai kalor minyak dari pirolisis 25 MJ/kg untuk minyak dari limbah domestik (sampah) 42 MJ/kg untuk minyak dari limbah ban(Ahmad dan Riska, 2012)• Pada proses pirolisis juga dihasilkan produk samping berupa asap yang

dapat dikondensasi menjadi asap cair. Kondensasi asap sangat penting dilakukan dan bertujuan untuk mencegah pencemaran udara akibat proses tersebut.

• Menurut Haji (2007) asap cair hasil pirolisis bahan-bahan organik dapat digunakan untuk berbagai keperluan karena umumnya bersifat asam dan banyak mengandung komponen fenolik. Asap cair mengandung asam-asam organik dan senyawa fenolik yang dapat diolah menjadi cuka kayu. Asap cair dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, yaitu sebagai pengawet, antioksidan, dan biopestisida.(Ratnasari, 2011)

1. Waktu Waktu berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung. produk yang dihasilkannya (residu padat, tar, dan gas) makin naik. Kenaikan itu sampai dengan waktu tak hingga (τ) yaitu waktu yang diperlukan sampai hasil padatan residu, tar, dan gas mencapai konstan. Nilai τ dihitung sejak proses isotermal berlangsung. Tetapi jika melebihi waktu optimal maka karbon akan teroksidasi oleh oksigen (terbakar), menjadi karbondioksida dan abu. Untuk itu pada proses pirolisis penentuan waktu optimal sangatlah penting. Dengan mengambil anggapan bahwa reaksi dekomposisi berlangsung secara progresif atau seragam pada seluruh partikel, maka persamaan kecepatan reaksi yang dinyatakan dalam fraksi massa per satuan waktu adalah

dengan, • w = fraksi massa sampa plastik, yang dinyatakan dengan w = mt / mto,

bagian, • w∞ = fraksi residu padat pada saat t = τ , yang dinyatakan dengan w∞ =

m∞ / mto

dengan : • mto = massa umpan saat awal pada suhu isotermal (gram)

• mt = massa residu padat setiap saat (gram)

• m∞ = massa residu padat saat t = τ pada suhu isotermal (gram)

• n = orde reaksi • k = konstante laju dekomposisi termal.

Faktor-Faktor atau kondisi yang mempengaruhi Proses Pirolisis

• Pada saat (t), fraksi volatil matter yang terdekomposisi mencapai (xs), didefinisikan sebagai devolatilization degree yang nilainya adalah:

xs = [mto - mt]/ [mto- m∞] (2)

2. Suhu • Suhu sangat mempengaruhi produk yang dihasilkan karena sesuai dengan

persamaan Arhenius, suhu makin tinggi nilai konstanta dekomposisi termal makin besar akibatnya laju pirolisis bertambah dan konversi naik. Berdasarkan teorema Arrhenius hubungan konstante persamaan reaksi dengan suhu absolute, adalah

k = k0. e-(E/RT) (3)

dengan, • k = Konstanta kecepatan reaksi dekomposisi termal • ko = Faktor tumbukan (faktor frekuensi)• E = Energi aktivasi (kal/gr.mol) • T = Suhu absolute (0K) • R = Tetapan gas (1,987 kal/gr.mol 0K) • maka persamaan (1) dapat dinyatakan dengan

dw/dt = -ko e -E/RT (w - w∞)n (4)

• jika kecepatan reaksi (4) mengikuti persamaan reaksi orde satu, maka

dw/dt = -ko e -E/RT (w - w∞) (5)

• Pada proses isotermal integrasi persamaan (5) dengan keadaan batas antara t = t1 sampai dengan t = t2 , diperoleh

ln (w1 - w∞) - ln(w2- w∞) = ko e -E/RT (t2 - t1) (6). • Apabila reaksi dekomposisi terjadi pada permukaan partikel dan reaksi mengikuti

constant size particles, dan berlangsung secara unreacted-core model, maka dengan luas permukaan butir (a) dan konstante kecepatan reaksi dekomposisi (k) persamaannya berwujud:

-(1/a)[(dC)/dt] = k C∞

-(1/a)[(dmt/mto)/dt]= k C∞

-[1/a][dmt/dt]= k mto C∞ (7). • Dengan menganggap partikel padat berbentuk bola pejal, dan ukuranya relatif

seragam, maka dmt = (ρ) dVs = (ρ) 4 π r2 dr ,

-(1/a)(dmt/dt) = -[1/(4πr2)][(ρ)(4πr2)dr/dt] = -(ρ)[dr/dt]

-dr/dt = -[1/(ρ.a)](dmt/dt) (8) • subtitusi persamaan (7) ke (8)diperoleh,

-dr/dt = k(mto /ρ) C∞ (9).

• bila diintegralkan, diperoleh t = [ρ/(C∞ mtok)] (ro -r),

t = [(ro ρ)/(m∞ k)](1 - r/ro) (10)

• Plastik yang belum terdekomposisi (1- xs) dapat dihitung, yaitu :

(1-xs)=(ρ)(4/3)π r3/{(ρ)(4/3)πro3}=(r/ro)3,

r/ro =(1-xs)1/3 (11).• Subtitusi persamaan 10 ke 11 dihasilkan

t = [(ro ρ)/(m∞ k)] [1-(1-xs)1/3] (12). • Kalau waktu yang diperlukan untuk mencapai dekomposisi sempurna

(xs=1) adalah τr, maka

τr = [(ro ρ)/(m∞ k)] (13). • penggabungan (12 dan (13) menjadi:

[1-(1-xs)1/3] = t/τr (14).

• Plastik yang belum terdekomposisi (1- xs) dapat dihitung, yaitu:

• (1-xs) = (ρ)(4/3)π r3/{(ρ)(4/3)π ro3}=(r/ro)3,

r/ro =(1-xs)1/3 (15). • Subtitusi persamaan 14 ke 15 dihasilkan

t = [(ro ρ)/(m∞ k)] [1-(1-xs)1/3] (16). • Menurut Mulyadi (2010) hubungan antara [1-(1-xs)1/3] dengan waktu t,

berbentuk linear dengan tangen arah [τr] atau [(ro ρ)/(m∞ k)], maka hal ini merupakan bukti bahwa langkah reaksi kimia yang berperan.

(Ramadhan dan Ali, 2011).

3. Ukuran Partikel Ukuran partikel berpengaruh terhadap hasil,semakin besar ukuran partikel. Luas permukaan per satuan berat semakin kecil,sehingga proses akan menjadi lambat. (Wahyudi, 2001)

4. Berat Partikel Semakin banyak bahan yang dimasukkan,menyebabkan hasil bahan bakar cair(tar) dan arang meningkat. (Wahyudi, 2001)

• Macam pilorisis yaitu :1. Pirolisis Batch.

Saat ini banyak pirolisis batch yang prosesnya tidak ramah lingkungan indikasinya antara lain dari warna dan jumlah asap yang ditimbulkan. Selain itu sejumlah proses pirolisis batch menggunakan bahan bakar eksternal secara terus menerus sehingga biaya produksi pirolisisnya besar.

2. Pirolisis Kontinyu.Dimensi alat pirolisis kontinyu ini jauh lebih kecil dibandingkan pirolisis batch pada kapasitas produksi yang sama. Bahan bakar hanya misalnya fossil fuel atau LNG dibutuhkan pada awal proses saja, setelah itu proses akan berjalan dengan menggunakan bahan bakar syngas yang dihasilkan, sangat menghemat biaya produksi. Selain itu emisi gas buang yang ramah lingkungan dengan level jauh dibawah ambang batas yang dipersyaratkan adalah keunggulan proses kami. Otomatisasi dan komputerisasi juga telah terintegrasi pada unit pirolisis kontinyu kami sehingga mudah dalam operasional serta dilengkapi standar safety yang tinggi.

(Ratnasari, 2011).

Gbr. 2. PLTSa dengan Thermal pirolisis(Ahmad dan Riska, 2012)

• Pada gambar 2 menjelaskan bagaimana proses berlangsungnya pengolahan sampah hingga membentuk produk gas yang diinginkan. Gas yang diperoleh dari mekanisme ini disebut sebagai gas syntetis atau syn gas. Yang kemudian dijadikan sebagai bahan bakar untuk engine generator untuk membangkitkan tenaga listrik.

(Ahmad dan Riska, 2012)

Flowchart PLTSa dengan Thermal pirolisis

• Berikut adalah gambar 3 yang menggambarkan bagaimana mekanisme itu berlangsung.

Gbr. 3. Proses Thermal (Ahmad dan Riska, 2012)

• Mekanisme terbentuknya listrik melalui teknologi pirolisis dapat dilhat pada gambar 3

Flowchart Bagan Proses Thermal

• Proses terbangkitnya listrik berawal pada kondisi dimana sampah terlebih dahulu dikeringkan sebelum dimasukkan pada ruang bakar. adapun jenis sampah yang digunakan adalah sampah kota kering. Pada reaktor pirolisis sampah dibakar pada kisaran suhu 400-800 °C. pada kondisi proses yang bervariasi mengakibatkan perbedaan produk yang dihasilkan yaitu berupa arang, gas atau minyak. Panas disuplai melalui pemanasan tidak langsung, seperti pembakaran dari gas atau minyak, atau pemanasan langsung menggunakan transfer gas panas. Gas yang dihasilkan dari proses pirolisis didominasi oleh karbon dioksida, karbon mono oksida, hidrogen, metana, dan sebagian kecil gas hidrokarbon lainnya. Tingginya konsentrasi gas karbon dioksida dan karbon mono oksida berasal dari struktur oksigen yang ada dalam bahan aslinya, antara lain sellulosa, hemisellulosa, dan lignin. Pirolisis dari limbah ban dan campuran plastik akan menghasilkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk gas hidrogen, metana, dan gas hidrokarbon lainnya karena materi limbah mempunyai senyawa karbon dan hidrogen yg tinggi dan senyawa oksigen yg lebih kecil. Gas yang dihasilkan tersebut nantinya akan dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk generator gas pembangkit tenaga listrik (Ahmad dan Riska, 2012).

KESIMPULAN• Ban berbahan dasar karet, merupakan salah satu jenis

polimer sintetis (Polystirene). Polystirene tidak dapat dengan mudah direcycle sehingga pengolahan limbah polystirene harus dilakukan secara benar agar tidak merugikan lingkungan.

• Pirolisasi adalah suatu proses dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas

• Pirolisis dari limbah ban dan campuran plastik akan menghasilkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk gas hidrogen, metana, dan gas hidrokarbon lainnya karena materi limbah mempunyai senyawa karbon dan hidrogen yg tinggi dan senyawa oksigen yg lebih kecil. Gas yang dihasilkan tersebut nantinya akan dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk generator gas pembangkit tenaga listrik

DAFTAR PUSTAKA

• Ahmad, ali., dan Putri Riska. Pengolahan Sampah Kota Surabaya. Jurusan Teknologi Lingkungan, Fakultas Teknik. Surabaya : Institute Teknologi Sepuluh November. 2012.

• Damayanthi, R., Martini, R. Proses Pembuatan Bahan Bakar Cair dengan Memanfaatkan Limbah Ban Bekas Menggunakan Katalis Zeolit Y dan ZSM 5. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Semarang : Universitas Diponegoro. 2007

• Hutomo, Sri Gati., Joko Winarno. Studi Karakteristik Dekomposisi Termal Temperatur Tinggi Ban Bekas untuk Mendapatkan Bahan Bakar Gas Alternatif. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik. Yogyakarta : Universitas Janabadra. 2010.

• Lufina, Ismi., Bambang Susilo, dan Rini Yulianingsih. Studi Pemanfaatan Minyak Karet (Hevea brasiliensis) sebagai Bahan Bakar pada Kompor Rumah Tangga. Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem Vol. 1. No. 1, hal 60-68. 2013.

• Mastral, A. M., Callen M. S., Garcia T., and Navarro, M. V. Improvement of Liquids from coal-tire co-the rmolysis. Characterization of the Obtained Oils. Fuel Proc. Tech. 64:135-140. 2000

• Ramadhan P. Aprian Dan Munawar Ali. Pengolahan Sampah Plastik Menjadi Minyak Menggunakan Proses Pirolisis. Progdi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Jawa Timur : Universitas Pembangunan Nasional “Veteran”. 2011.

• Ratnasari, Fera. Tugas Akhir Pengolahan Cangkang Kelapa Sawit dengan Teknik Pirolisis untuk Produksi Bio-oil. Program Studi Diploma III, Teknik Kimia, Program Diploma Fakultas Teknik. Semarang :Universitas Diponegoro. 2011

• Surdia, T., dan S. Saito. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta : Pradnya Paramita. 2005

• Wahyudi,I. Pemanfaatan Blotong Menjadi Bahan Bakar Cair Dan Arang Dengan Proses Pirolisis. Jurusan Teknik Lingkungan. Jatim : FTSP UPN “Veteran”. 2001.

DAFTAR PUSTAKA

SEKIAN&

TERIMA KASIH