Proses
yang digunakan oleh PT. Semen Baturaja (Persero) dalam menghasilkan semen yaitu proses kering. Proses kering yaitu proses yang produksinya dilakukan dengan
pencampuran bahan baku utama berupa Batu kapur dan Tanah liat dengan bahan baku tambahan berupa pasir besi dan
pasir silika di dalam vertical mill,
dan kemudian mengalami proses penggilingan dan pengeringan, dilanjutkan dengan
proses pembakaran dan pendinginan produk yang dihasilkan yang dinamakan terak (clinker). Lalu terak tersebut kemudian ditambahkan
gypsum sesuai dengan standar yang nantinya akan digiling dengan cement mill yang natinya akan
menghasilkan produk utama berupa Semen.
Dari beberapa proses diatas, salah satu proses yang dapat menentukan baik atau
tidaknya kualitas semen yang dihasilkan yaitu proses pendinginan terak hasil
keluaran kiln secara mendadak atau yang biasanya disebut dengan Quenching. Proses tersebut terjadi
didalam Grate Cooler dengan menggunakan 12 Fan
untuk mendinginkan terak yang menggunakan udara ambient yang memiliki suhu 30oC. Tujuan dilakukannya proses Quenching itu sendiri agar menghasilkan semen dengan kandungan C3S
yang baik sehingga nantinya akan menghasilkan semen dengan kuat tekan yang
baik.
Mengingat pentingnya proses
pendinginan tersebut maka diperlukan evaluasi terhadap kinerja alat Grate Cooler yaitu mengenai efisiensi
alat tersebut agar proses Qenching tetap
berjalan dengan baik. Dari perhitungan neraca massa dan neraca energi di sistem
Grate Cooler didapatkan nilai
efiseiensi dari alat tersebut yaitu sbesar 72,616 %. Efisiensi tersebut masih
belum terbilang baik karena masih menghasilkan suhu keluaran klinker dari Grate Cooler diluar range suhu yang diinginkan.
Pada Grate Cooler sediri terjadi proses
pendinginan klinker yang keluar dari kiln dengan menggunakan udara pendingin
yaitu udara ambient yang dialirkan
oleh dua belas Fan Draft Force yang
ada di sekitar Grate Cooler. Stelah
proses pendinginan tersebut, klinker akan melewati crusher yang akhirnya akan diolah lebih lanjut untuk dijadikan
semen dengan kualitas yang baik.
Perhitungan jumlah udara pendingin yang diperlukan ini sangatlah penting
dilakukan karena banyaknya udara pendingin yang masuk akan menentukan suhu
keluaran klinker dari Grate Cooler.
dari perhitungan neraca
massa dapat diketahui bahwa untuk
mendinginkan 177890 kg klinker/jam dengan suhu 1400oC menjadi
160oC diperlukan sekitar 390970.8911 kg/jam udara pendingin denga
suhu 30oC.
No
|
Input
|
Output
|
||||||||
Material
|
Kg/h
|
%
|
Material
|
Kg/h
|
%
|
|||||
1
|
Massa
Klinker masuk
|
177.890
|
31,27129402
|
Massa Klinker keluar
|
177.890
|
31.27127736
|
||||
2
|
Massa
Udara
|
390.970,8911
|
68.72870598
|
Massa udara Tersier
|
129.415,7906
|
22.74999766
|
||||
3
|
Massa
Udara sekunder
|
99.931,30034
|
17.56692006
|
|||||||
4
|
Massa Udara Raw mill
|
114.040,3988
|
20.04715803
|
|||||||
5
|
Massa Udara EP
|
47.583,18686
|
8.364646884
|
|||||||
![]()
Total
|
568.860,8
|
100
|
568.860,8
|
100
|
Dari perhitungan neraca massa,
didapatkan perbandingan neraca panas bahwa panas yang masuk ke sistem
Grate Cooler dan yang keluar yakni sebesar
28453971,6 kj/jam sehingga menghasilkan nilai efisiensi alat sebesar 72.616 %.
No
|
Input
|
Output
|
||||
Material
|
kJ/h
|
%
|
Material
|
kJ/h
|
%
|
|
1
|
∆H 1
|
272589414.2
|
95.8964312
|
∆H 3
|
110130560.8
|
38.74371928
|
2
|
∆H 2
|
11664557.42
|
4.10356885
|
∆H 4
|
87814515.02
|
30.89297733
|
3
|
∆H 5
|
54409504.55
|
19.14115896
|
|||
4
|
∆H 6
|
16577886.47
|
5.832068548
|
|||
5
|
∆H 7
|
15126050.9
|
5.321315588
|
|||
6
|
Q 8
|
195453.86
|
0.068760292
|
|||
Total
|
284253971.6
|
100
|
284253971.6
|
100
|
Hasil diatas menunjukan bahwa dengan nilai eisiensi sebesar 72.616 % , kinerja alat dari Grate Cooler di PT. Semen Baturaja (Persero) masih terbilang kurang baik karena dengan nilai efisiensi 72.616 % masih menghasilkan suhu keluaran klinker yang masih tinggi yakni sebesar 160˚C mengingat suhu klinker yang baik berkisar antara 80oC - 120oC.
PERHITUNGAN OPTIMASI GRATE COOLER :
I. Perubahan Laju Alir Massa Udara Pendingin Untuk Mendapatkan suhu keluaran klinker yang diinginkan
a. Menghitung persentase Mudara sekunder , Mudara tersier, Mudara RawMill, Mudara Electrospitatic
precipitator
(EP) dengan mengacu pada nilai Mudara
pendingin dari perhitungan pada lampiran B.
% Mudara sekunder =
(Mudara sekunder / Mudara pendingin) x 100%
= 99931,30034 / 390970,8911
= 25,56 %
% Mudara tersier =
(Mudara tersier / Mudara pendingin) x 100%
= 129415,7906 / 390970,8911
= 33,10 %
% Mudara RawMill = (Mudara RawMill / Mudara pendingin) x 100%
= 114040,3988 / 390970,8911
= 29,17 %
% Mudara EP =
(Mudara EP / Mudara pendingin) x 100%
= 47583,18686 / 390970,8911
= 12,17 %
b.
Nilai Mudara pendingin untuk tiap suhu keluaran klinker digunakan
untuk menghitung besarnya laju alir massa masing-masing komponen laju
alir udara yang keluar dari Grate Cooler :
1.
Untuk suhu
keluaran klinker sebesar 120ºC :
Mudara pendingin = 405667,0953
kg/jam
Mudara
sekunder = ( %Mudara sekunder x
Mudara pendingin )
= 405667,0953 x 0,2556
= 103688,5096
kg/jam
Mudara
tersier = (Mudara tersier x Mudara pendingin )
= 405667,0953 x 0,331
= 134275,8086 kg/jam
Mudara RawMill = (Mudara RawMill x Mudara
pendingin)
= 405667,0953 x 0,2917
= 118333,0917
kg/jam
Mudara EP = (Mudara EP x Mudara pendingin)
= 405667,0953 x 0,1217
= 49369,6855 kg/jam
Menghitung kapasitas panas dan laju
alir panas dari semua komposisi yang masuk kedalam ataupun keluar.
Qudara sekunder =
Mudara sekunder x Cp x (TUsek – Tref)
= 103688,5096
x 1,088 x (1012 -0)
= 114271241
kj/jam
Qudara tersier =
Mudara tersierx Cp x (TUter – Tref)
= 134275,8086 x 1,054 x (653,48 -0)
=
92528188,73 kj/jam
Qudara RawMill = Mudara RawMill x Cp x (TU
RW – Tref)
=
118333,0917 x 1,035 x (460,48 -0)
=
56457579,59 kj/jam
Qudara EP =
Mudara EP x Cp x (TU EP
– Tref)
=
405667,0953 x 1,024 x (340,12 -0)
=
17200299 kj/jam
Qheat
lose = 195453,86
kj/jam
Total Qout
tanpa Qklinker keluar = 280652762,2 kj/jam
Qklinker
masuk = 272589414,2 kj/jam
Qudara
pendingin = 12103016,45 kj/jam
Total Qin = 284692430,7 kj/jam
Menerapkan persamaan energi pada
suatu sistem pada kasus ini :
Total Qin
– (Total Qout tanpa Qklinker keluar
+ Qklinker keluar) = 0
Qklinker
keluar = 4039668,432 kj/jam
Sehingga :
Qklinker keluar = Mklinker keluar x Cp x
dt
∫ Cp dt =
Qklinker keluar / Mklinker keluar
= 4039668,432 / 177890
= 22,708
Sehingga didapatkan Mudara
pendingin sebesar : 405667,0953
kg/jam agar didapatkan suhu keluaran klinker sebesar 120ºC
2.
Untuk suhu
keluaran klinker sebesar 100ºC :
Mudara pendingin =
406699,4009 kg/jam
Mudara
sekunder = ( %Mudara sekunder x
Mudara pendingin )
= 406699,4009 x
0,2556
= 103952,3669
kg/jam
Mudara
tersier = (Mudara tersier x Mudara pendingin )
= 406699,4009 x 0,331
= 134617,5017 kg/jam
Mudara RawMill =
(Mudara RawMill x Mudara
pendingin)
= 406699,4009 x 0,2917
= 118634,2152
kg/jam
Mudara EP = (Mudara EP x Mudara pendingin)
= 406699,4009 x 0,1217
= 49495,31709 kg/jam
Menghitung kapasitas panas dan laju
alir panas dari semua komposisi yang masuk kedalam ataupun keluar.
Qudara sekunder =
Mudara sekunder x Cp x (TUsek – Tref)
= 103952,3669
x 1,088 x (1012 -0)
= 114562028
kj/jam
Qudara tersier =
Mudara tersierx Cp x (TUter – Tref)
= 134617,5017 x 1,054 x (653,48 -0)
= 92763646
kj/jam
Qudara RawMill = Mudara RawMill x Cp x (TU
RW – Tref)
= 118634,2152
x 1,036 x (460,48 -0)
= 56601248
kj/jam
Qudara EP =
Mudara EP x Cp x (TU EP
– Tref)
= 49495,31709
x 1,024 x (340,12 -0)
=
17244069 kj/jam
Qheat
lose = 195453,86
kj/jam
Total Qout
tanpa Qklinker keluar = 281366445 kj/jam
Qklinker
masuk = 272589414,2 kj/jam
Qudara
pendingin = 12133815 kj/jam
Total Qin
= 284723229 kj/jam
Menerapkan persamaan energi pada
suatu sistem pada kasus ini :
Total Qin
– (Total Qout tanpa Qklinker keluar
+ Qklinker keluar) = 0
Qklinker
keluar = 3356784,3 kj/jam
Sehingga :
Qklinker keluar = Mklinker keluar x Cp x
dt
∫ Cp dt =
Qklinker keluar / Mklinker keluar
= 3356784,3 / 177890
= 18,87
Sehingga didapatkan Mudara
pendingin sebesar : 406699,4009 kg/jam
agar didapatkan suhu keluaran klinker sebesar 100ºC
3.
Untuk suhu
keluaran klinker sebesar 80ºC :
Mudara pendingin =
407725,8979 kg/jam
Mudara
sekunder = ( %Mudara sekunder x
Mudara pendingin )
= 407725,8979 x
0,2556
= 104214,7395
kg/jam
Mudara
tersier = (Mudara tersier x Mudara pendingin )
= 407725,8979 x 0,331
=
134957,2722 kg/jam
Mudara RawMill = (Mudara RawMill x Mudara
pendingin)
= 407725,8979 x 0,2917
= 118933,6444
kg/jam
Mudara EP = (Mudara EP x Mudara pendingin)
= 407725,8979 x 0,1217
= 49620,24177 kg/jam
Menghitung kapasitas panas dan laju
alir panas dari semua komposisi yang masuk kedalam ataupun keluar.
Qudara sekunder =
Mudara sekunder x Cp x (TUsek – Tref)
=
104214,7395 x 1,088 x (1012 -0)
=
1148551179 kj/jam
Qudara tersier =
Mudara tersierx Cp x (TUter – Tref)
=
134957,2722 x 1,054 x (653,48 -0)
= 92997779
kj/jam
Qudara RawMill = Mudara RawMill x Cp x (TU
RW – Tref)
=
118933,6444 x 1,036 x (460,48 -0)
= 56744108
kj/jam
Qudara EP =
Mudara EP x Cp x (TU EP
– Tref)
=
49620,24177 x 1,024 x (340,12 -0)
=
17287592 kj/jam
Qheat
lose = 195453,86
kj/jam
Total Qout
tanpa Qklinker keluar = 282076112 kj/jam
Qklinker
masuk = 272589414,2 kj/jam
Qudara
pendingin = 12164440,52 kj/jam
Total Qin
= 284753854,7 kj/jam
Menerapkan persamaan energi pada
suatu sistem pada kasus ini :
Total Qin
– (Total Qout tanpa Qklinker keluar
+ Qklinker keluar) = 0
Qklinker
keluar = 2677742,59 kj/jam
Sehingga :
Qklinker keluar = Mklinker keluar x Cp x
dt
∫ Cp dt =
Qklinker keluar / Mklinker keluar
= 2677742,59 / 177890
= 15.0528
Sehingga didapatkan Mudara
pendingin sebesar 407725,8979
kg/jam agar didapatkan suhu keluaran klinker sebesar 80ºC
4.
Untuk suhu
keluaran klinker sebesar 50ºC :
Mudara pendingin =
410136,7352 kg/jam
Mudara
sekunder = ( %Mudara sekunder x
Mudara pendingin )
= 410136,7352 x
0,2556
= 104830,9495
kg/jam
Mudara
tersier = (Mudara tersier x Mudara pendingin )
= 410136,7352 x 0,331
= 135755,2594 kg/jam
Mudara RawMill = (Mudara RawMill x Mudara
pendingin)
= 410136,7352 x 0,2917
= 119636,8857
kg/jam
Mudara EP = (Mudara EP x Mudara pendingin)
= 410136,7352 x 0,1217
= 49913,64068 kg/jam
Menghitung kapasitas panas dan laju
alir panas dari semua komposisi yang masuk kedalam ataupun keluar.
Qudara sekunder =
Mudara sekunder x Cp x (TUsek – Tref)
= 104830,9495
x 1,088 x (1012 -0)
= 115530282
kj/jam
Qudara tersier =
Mudara tersierx Cp x (TUter – Tref)
= 135755,2594 x 1,054 x (653,48 -0)
= 93547664
kj/jam
Qudara RawMill = Mudara RawMill x Cp x (TU
RW – Tref)
= 119636,8857
x 1,036 x (460,48 -0)
= 57079629
kj/jam
Qudara EP =
Mudara EP x Cp x (TU EP
– Tref)
= 49913,64068
x 1,024 x (340,12 -0)
= 17389812
kj/jam
Qheat
lose = 195453,86
kj/jam
Total Qout
tanpa Qklinker keluar = 283742841 kj/jam
Qklinker
masuk = 272589414,2 kj/jam
Qudara
pendingin = 12236367,48 kj/jam
Total Qin
= 284825781,7 kj/jam
Menerapkan persamaan energi pada
suatu sistem pada kasus ini :
Total Qin
– (Total Qout tanpa Qklinker keluar
+ Qklinker keluar) = 0
Qklinker
keluar = 1082940,95 kj/jam
Sehingga :
Qklinker keluar = Mklinker keluar x Cp x
dt
∫ Cp dt =
Qklinker keluar / Mklinker keluar
= 1082940,95 / 177890
= 6,0877
Sehingga didapatkan Mudara
pendingin sebesar 410136,7352 kg/jam
agar didapatkan suhu keluaran klinker sebesar 50ºC
5.
Untuk suhu
keluaran klinker sebesar 10ºC :
Mudara pendingin = 411446,3875
kg/jam
Mudara
sekunder = ( %Mudara sekunder x
Mudara pendingin )
= 411446,3875 x
0,2556
= 105165,6966
kg/jam
Mudara
tersier = (Mudara tersier x Mudara pendingin )
= 411446,3875 x 0,331
= 136188,7543 kg/jam
Mudara RawMill = (Mudara RawMill x Mudara
pendingin)
= 411446,3875 x 0,2917
= 120018,9112
kg/jam
Mudara EP = (Mudara EP x Mudara pendingin)
= 411446,3875 x 0,1217
= 50073,02536 kg/jam
Menghitung kapasitas panas dan laju
alir panas dari semua komposisi yang masuk kedalam ataupun keluar.
Qudara sekunder =
Mudara sekunder x Cp x (TUsek – Tref)
= 105165,6966
x 1,088 x (1012 -0)
= 115899194
kj/jam
Qudara tersier =
Mudara tersierx Cp x (TUter – Tref)
= 136188,7543 x 1,054 x (653,48 -0)
= 93846382
kj/jam
Qudara RawMill = Mudara RawMill x Cp x (TU
RW – Tref)
= 120018,9112
x 1,036 x (460,48 -0)
= 57261896
kj/jam
Qudara EP =
Mudara EP x Cp x (TU EP
– Tref)
= 50073,02536
x 1,024 x (340,12 -0)
= 17445341
kj/jam
Qheat
lose = 195453,86
kj/jam
Total Qout
tanpa Qklinker keluar = 284648267 kj/jam
Qklinker
masuk = 272589414,2 kj/jam
Qudara
pendingin = 12275440,76 kj/jam
Total Qin
= 284864855 kj/jam
Menerapkan persamaan energi pada
suatu sistem pada kasus ini :
Total Qin
– (Total Qout tanpa Qklinker keluar
+ Qklinker keluar) = 0
Qklinker
keluar = 216588,191 kj/jam
Sehingga :
Qklinker keluar = Mklinker keluar x Cp x
dt
∫ Cp dt =
Qklinker keluar / Mklinker keluar
= 216588,191 / 177890
= 1,21754
Sehingga didapatkan Mudara
pendingin sebesar 411446,3875 kg/jam
agar didapatkan suhu keluaran klinker sebesar 10ºC
6.
Untuk suhu
keluaran klinker sebesar 0ºC :
Mudara pendingin =
411773,8003 kg/jam
Mudara
sekunder = ( %Mudara sekunder x
Mudara pendingin )
= 411773,8003 x
0,2556
= 105249,3833 kg/jam
Mudara
tersier = (Mudara tersier x Mudara pendingin )
= 411773,8003 x 0,331
= 136297,1279 kg/jam
Mudara RawMill = (Mudara RawMill x Mudara
pendingin)
= 411773,8003 x 0,2917
= 120114,4175
kg/jam
Mudara EP = (Mudara EP x Mudara pendingin)
= 411773,8003 x 0,1217
= 50112,87149 kg/jam
Menghitung kapasitas panas dan laju
alir panas dari semua komposisi yang masuk kedalam ataupun keluar.
Qudara sekunder =
Mudara sekunder x Cp x (TUsek – Tref)
= 105249,3833
x 1,088 x (1012 -0)
= 115991422
kj/jam
Qudara tersier =
Mudara tersierx Cp x (TUter – Tref)
= 136297,1279 x 1,054 x (653,48 -0)
= 93921061
kj/jam
Qudara RawMill = Mudara RawMill x Cp x (TU
RW – Tref)
= 120114,4175
x 1,036 x (460,48 -0)
= 57307463
kj/jam
Qudara EP =
Mudara EP x Cp x (TU EP
– Tref)
=
50073,02536 x 1,024 x (340,12 -0)
= 17459224
kj/jam
Qheat
lose = 195453,86
kj/jam
Total Qout
tanpa Qklinker keluar = 284874623,3 kj/jam
Qklinker
masuk = 272589414,2 kj/jam
Qudara
pendingin = 12285209,07 kj/jam
Total Qin
= 284874623,3 kj/jam
Menerapkan persamaan energi pada
suatu sistem pada kasus ini :
Total Qin
– (Total Qout tanpa Qklinker keluar
+ Qklinker keluar) = 0
Qklinker
keluar = 0,21658814 kj/jam
Sehingga :
Qklinker keluar = Mklinker keluar x Cp x
dt
∫ Cp dt =
Qklinker keluar / Mklinker keluar
= 0,21658814 / 177890
= 1,2175 x 10-6
Sehingga didapatkan Mudara
pendingin sebesar 411773,8003
kg/jam agar didapatkan suhu keluaran klinker sebesar 0ºC
II.
Perubahan
Laju Alir Massa Udara Sekunder, Tersier, Raw
Mill, Electrospitatic Precipitator (EP) Untuk Mendapatkan suhu keluaran
klinker yang diinginkan
Setelah
mendapatkan data mengenai laju alir massa udara pada tiap keluaran suhu yang
diinginkan diatas, tahap selanjutnya yaitu mendapatkan suhu keluar dari Udara
Sekunder, Udara Tersier, Udara RawMill,
Udara EP dengan menggunakan solver pada microsoft Excell.
1. Untuk
suhu keluaran klinker sebesar 120ºC :
·
Membuat constraint
suhu untuk setiap keluaran udara yang keluar dari Grate Cooler :
Suhu udara
sekunder = 800ºC
- 1100ºC
Suhu udara tersier
=
500ºC - 800 ºC
Suhu udara raw mill = 300ºC
- 500ºC
Suhu
udara elctrospitatic precipitator =
100ºC - 250ºC
·
Menggunakan data seperti perhitungan (1) diatas
dan constraint suhu yang diolah
dengan aplikasi solver, akan didapatkan suhu udara yag keluar dari masing-masing
komponen sebagai berikut :
Suhu udara
sekunder = 916,1734781ºC
Suhu udara
tersier = 645,6774547ºC
Suhu udara raw mill = 426,1207691ºC
Suhu udara elctrospitatic precipitator =
152,0300688ºC
2. Untuk
suhu keluaran klinker sebesar 100ºC :
·
Menggunakan data seperti perhitungan (1) diatas
dan constraint suhu yang diolah
dengan aplikasi solver, akan didapatkan suhu udara yag keluar dari masing-masing
komponen sebagai berikut :
Suhu udara
sekunder = 949,336949ºC
Suhu udara
tersier = 687,263278ºC
Suhu udara raw mill = 462,123383ºC
Suhu
udara elctrospitatic precipitator =
166,882836ºC
3. Untuk
suhu keluaran klinker sebesar 80ºC :
·
Menggunakan data seperti perhitungan (1) diatas
dan constraint suhu yang diolah
dengan aplikasi solver, akan didapatkan suhu udara yag keluar dari masing-masing
komponen sebagai berikut :
Suhu udara
sekunder = 954,3806085ºC
Suhu udara
tersier = 693,5878495ºC
Suhu udara raw mill =
467,5993654ºC
Suhu udara elctrospitatic precipitator =
169,1417181ºC
4. Untuk
suhu keluaran klinker sebesar 50ºC :
·
Menggunakan data seperti perhitungan (1) diatas
dan constraint suhu yang diolah
dengan aplikasi solver, akan didapatkan suhu udara yag keluar dari masing-masing
komponen sebagai berikut :
Suhu udara
sekunder = 960,5126819ºC
Suhu udara
tersier = 701,2772394ºC
Suhu udara raw mill = 474,2564865ºC
Suhu udara elctrospitatic precipitator =
171,8880567ºC
5. Untuk
suhu keluaran klinker sebesar 10ºC :
·
Menggunakan data seperti perhitungan (1) diatas
dan constraint suhu yang diolah
dengan aplikasi solver, akan didapatkan suhu udara yag keluar dari masing-masing
komponen sebagai berikut :
Suhu udara
sekunder = 971,08951ºC
Suhu udara tersier
= 714,54022ºC
Suhu udara raw mill = 485,73895ºC
Suhu udara elctrospitatic precipitator =
176,62505ºC
6. Untuk
suhu keluaran klinker sebesar 0ºC :
·
Menggunakan data seperti perhitungan (1) diatas
dan constraint suhu yang diolah
dengan aplikasi solver, akan didapatkan suhu udara yag keluar dari masing-masing
komponen sebagai berikut :
Suhu udara
sekunder = 973,678835ºC
Suhu udara
tersier = 717,787146ºC
Suhu udara raw mill = 488,549983ºC
III. Grafik Perbandingan Laju Alir Massa Udara
Pendingin Terhadap Perubahan Suhu Keluaran Masing-Masing Komponen di Grate Cooler