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
Top Related