Suspension Preheater
-
Upload
marike-bunga-harfintana -
Category
Documents
-
view
41 -
download
0
description
Transcript of Suspension Preheater
![Page 1: Suspension Preheater](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022072110/55cf8f60550346703b9bbcd4/html5/thumbnails/1.jpg)
Suspension Preheater
Suspension preheater merupakan salah satu peralatan
produksi untuk memanaskan awal bahan baku sebelum masuk ke dalam rotary kiln.
Suspension preheater terdiri dari siklon untuk memisahkan bahan baku dari gas
pembawanya, riser duct yang lebih berfungsi sebagai tempat terjadinya pemanasan
bahan baku (karena hampir 80% -90% pemanasan debu berlangsung di sini), dan
kalsiner untuk sistem-sistem dengan proses prekalsinasi yang diawali di SP ini. Pada
awalnya proses pemanasan bahan baku terjadi dengan mengalirkan gas hasil sisa proses
pembakaran di kiln melalui suspension preheater ini. Namun dengan berkembangnya
teknologi, di dalam suspension preheater proses pemanasan ini dapat dilanjutkan
dengan proses kalsinasi sebagian dari bahan baku, asal peralatan suspension preheater
ditambah dengan kalsiner yang memungkinkan ditambahkannya bahan bakar (dan
udara) untuk memenuhi kebutuhan energi yang diperlukan untuk proses kalsinasi
tersebut. Peralatan terakhir ini sudah banyak ditemui untuk pabrik baru dengan
kapasitas produksi yang cukup besar, dan disebut dengan suspension preheater dengan
kalsiner.
Pada suspension preheater tanpa kalsiner, prosentase proses kalsinasi lebih kecil
dibandingkan dengan yang terjadi di dalam preheater dengan kalsiner. Pada suspension
preheater dengan kalsiner ini derajat kalsinasi raw mix (artinya prosentase bahan baku
yang telah mengalami proses kalsinasi) pada saat masuk ke kiln dapat mencapai 90 – 95
%. Sedangkan pada suspension preheater tanpa kalsiner, menurut hasil penelitian
selama ini, tidak akan melebihi 40%. Sebagai konsekuensi dari pemakaian kedua jenis
preheater ini, proses yang terjadi di dalam kiln akan sedikit berbeda, demikian pula
energi yang dibutuhkannya. Pada prinsipnya dengan adanya kalsiner sebagian besar
proses kalsinasi dipindahkan dari kiln ke kalsiner sehingga proses kalsinasi yang terjadi
di kiln tinggal sedikit. Dengan demikian pada suspension preheater dengan kalsiner ini,
di dalam kiln tinggal terjadi sedikit proses kalsinasi, klinkerisasi dan sintering, serta awal
![Page 2: Suspension Preheater](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022072110/55cf8f60550346703b9bbcd4/html5/thumbnails/2.jpg)
pendinginan klinker saja. Untuk itu biasanya kiln dirancang dengan demensi yang lebih
pendek.
Pada proses kalsinasi, energi yang dibutuhkan merupakan energi laten reaksi sehingga
tidak untuk meningkatkan temperatur bahan baku dan sebagian atau seluruh udara
pembakaran diambil dari udara pendinginan klinker di cooler yang telah merekuperasi
panas pendinginan klinker. Udara pembakaran dari cooler ini disebut dengan udara
tertier. Oleh karena itu di dalam kalsiner ini beda temperatur antara gas dan material
paling rendah. Dengan penggunaan kalsiner ini pembakaran klinker (klinkerisasi dan
sintering) dapat dilakukan pada rotary kiln yang lebih kecil dengan waktu tinggal yang
tepat. Dasar pemikiran penggunaan kalsiner ini adalah bahwa rotary kiln, sebagai alat
penukar panas, perpindahan panas yang efektif terjadi pada zona pembakaran (burning
zone) di mana perpindahan panasnya hampir seluruhnya secara radiasi. Sedang pada
tempat yang bertemperatur lebih rendah seperti zona kalsinasi perpindahan panas yang
terjadi lebih didominasi oleh mekanisme konveksi tidak cukup ekonomis dilakukan di
dalam kiln karena kecepatan aliran gas cukup rendah. Berdasarkan konsep pemikiran
inilah, akan diperoleh penghematan energi pembakaran klinker bila proses kalsinasi
dilakukan sebagian besar di luar kiln. Penggunaan kalsiner mempunyai keuntungan
sebagai berikut :
1. Diameter kiln dan thermal load-nya lebih rendah terutama untuk kiln dengan
kapasitas besar. Pada sistem suspension preheater tanpa kalsiner, 100% bahan
bakar dibakar di kiln. Dengan kalsiner ini, dibandingkan dengan kiln yang hanya
menggunakan SP saja, maka suplai panas yang dibutuhkan di kiln hanya 35% –
50%. Biasanya sekitar 40 % bahan bakar yang dibakar di dalam kiln, sementara
sisanya dibakar di dalam kalsiner. Sebagai konsekuensinya untuk suatu ukuran
kiln tertentu, dengan adanya kalsiner ini, kapasitas produksinya dapat mencapai
hampir dua kali atau dua setengah kali lipat dibanding apabila kiln tersebut
dipergunakan pada sistem suspension preheater tanpa kalsiner. Kapasitas kiln
spesifik, dengan penggunaan kalsiner ini, bisa mencapai 4,8 TPD/m3.
2. Di dalam kalsiner dapat digunakan bahan bakar dengan kualitas rendah karena
temperatur yang diinginkan di kalsiner relatif rendah (850 – 900 oC), sehingga
peluang pemanfaatan bahan bakar dengan harga yang lebih murah, yang berarti
dalam pengurangan ongkos produksi, dapat diperoleh.
![Page 3: Suspension Preheater](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022072110/55cf8f60550346703b9bbcd4/html5/thumbnails/3.jpg)
3. Dapat mengurangi konsumsi refraktori kiln khususnya di zona pembakaran
karena thermal load-nya relatif rendah dan beban pembakaran sebagian dialihkan
ke kalsiner.
4. Emisi NOx-nya rendah karena pembakaran bahan bakarnya terjadi pada
temperatur yang relatif rendah.
5. Operasi kiln lebih stabil sehingga bisa memperpanjang umur refraktori.
6. Masalah senyawa yang menjalani sirkulasi (seperti alkali misalnya) relatif lebih
mudah diatasi.
Selain beberapa keuntungan di atas, penggunaan kalsiner ini juga memiliki beberapa hal
yang kurang meguntungkan, di antaranya adalah:
1. Temperatur gas buang keluar dari top cyclone relatif lebih tinggi. Untuk
mengatasi hal ini dirancang siklon dengan penurunan tekanan yang rendah
sehingga dapat ditambah dengan siklon ke-lima sehingga secara keseluruhan
suspension preheater memiliki lima tingkat siklon.
2. Temperatur klinker yang keluar dari kiln relatif lebih tinggi karena berkurangnya
jumlah udara sekunder yang diperlukan di kiln. Untuk mengatasi hal ini biasanya
digunakan pendingin klinker yang efektif yaitu grate cooler.
3. Penurunan tekanan total di suspension preheater lebih tinggi dibanding sistem
tanpa kalsiner sehingga dapat mengakibatkan meningkatnya konsumsi daya
listrik pada motor ID fan. Namun hal ini biasanya dikompensasi dengan desain
siklon yang hemat energi.
4. Lokasi kalsiner, ducting, tambahan alat pembakaran, duct udara tersier akan
menambah kompleksnya konstruksi peralatan.
Dari uraian di atas banyak orang membedakan konfigurasi sistem kiln (SP, kiln dan
cooler) menjadi dua kelompok besar yaitu :
1. Sistem kiln tanpa udara tertier
2. Sistem kiln dengan udara tertier
Di dalam membahas proses yang terjadi di dalam suspension preheater, terdapat
beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain ukuran partikel bahan baku, proses
pemisahan oleh siklon dan proses pemanasan bahan baku oleh gas panas. Satu dan
lainnya dari beberapa parameter tersebut saling berkaitan. Agar lebih rinci, berikut ini
akan diuraikan secara singkat kaitan antara satu parameter dengan parameter lainnya.
a. Ukuran Partikel dan Separasi
Ukuran partikel bahan baku berkaitan erat dengan luas permukaan partikel bahan baku
dan massa masing-masing partikel bahan baku. Luas permukaan partikel bahan baku
merupakan salah satu faktor penting dalam proses perpindahan panas dari gas ke bahan
baku. Sedangkan massa per partikel bahan baku sangat menentukan proses pemisahan
partikel dari gas pemanasnya di dalam siklon. Raw mix yang permukaannya luas, dalam
keadaan tersuspensi, laju proses perpindahan panas yang terjadi menjadi lebih tinggi
dibanding yang permukaannya lebih kecil. Sedangkan partikel dengan ukuran yang lebih
besar akan lebih mudah dipisahkan di dalam siklon selain masih tergantung pula pada
densitas (specific gravity) dari partikel. Pada umumnya untuk partikel dengan ukuran
yang sama akan lebih mudah dipisahkan di dalam siklon bila memiliki densitas yang
![Page 4: Suspension Preheater](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022072110/55cf8f60550346703b9bbcd4/html5/thumbnails/4.jpg)
lebih tinggi. Dalam sistem kering distribusi partikel rawmix umumnya dibuat sedemikian
rupa agar residu di atas 90 mikron antara 12 – 15% dan di atas 200 mikron tidak lebih
dari 2 – 3%.
b. Proses Separasi di dalam Siklon
Proses separasi bahan baku dari aliran tersuspensi di dalam gas panas terjadi sebagai
akibat adanya gaya sentrifugal yang dialami oleh bahan baku sehingga partikel bahan
baku akan cenderung terlempar ke dinding siklon. Proses separasi sangat dipengaruhi
oleh ukuran partikel, densitas partikel, kecepatan aliran dan bentuk serta demensi siklon.
c. Perpindahan Panas di Siklon Preheater
Perpindahan panas antara gas dengan
partikel bahan baku terjadi pada masing-masing saluran gas (gas duct) dan siklon di
suspension preheater (SP). Pada saat perpindahan panas ini terjadi di dalam duct, aliran
gas dengan aliran bahan baku mempunyai arah yang sama berlangsung secara paralel
karena partikel terbawa oleh aliran gas. Tetapi jika dilihat sistem secara keseluruhan
maka pada sistem SP terjadi perpindahan panas secara berlawanan (counter-current)
karena arah aliran gas ke atas sedang arah aliran bahan baku ke bawah. Perpindahan
panas antara gas dan material terjadi pada kondisi material yang tersuspensi. Sebagian
besar perpindahan panas terjadi di gas duct, menurut literatur yaitu sekitar 80 % sedang
sisanya terjadi di siklon. Namun demikian proses ini masih tergantung pada ukuran
partikel. Semakin kecil ukuran partikel, perpindahan panas akan terjadi dalam waktu
yang lebih singkat, sehingga tidak menutup kemungkinan seluruh proses perpindahan
panas partikel berukuran kecil terjadi di dalam duct.
Waktu tinggal partikel raw mix pada preheater 4-stage dengan ketinggian kurang lebih
50 m, dari tempat feeding sampai dengan inlet kiln, kurang lebih antara 12 – 20 detik.
Selama perioda ini raw mix dipanaskan dari 50oC sampai dengan 800oC atau lebih,
sementara gas panas turun dari sekitar 1100 oC menjadi sekitar 330 oC. Laju gas dan
material pada gas duct sekitar 20 – 22 m/detik. Waktu yang dibutuhkan untuk separasi di
siklon harus diseimbangkan dan disesuaikan dengan waktu yang dibutuhkan untuk
![Page 5: Suspension Preheater](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022072110/55cf8f60550346703b9bbcd4/html5/thumbnails/5.jpg)
mengeluarkan material pada pipa raw mix sehingga penyumbatan material yang
mengganggu kelancaran aliran bahan baku dapat dihindari.