bab 3 pengecilan ukuran pertikel.ppt

By:Tri Hartono, M.Chem.Eng.

Cretaed By Tri Hartono1

Bab III. Pengecilan Ukuran Partikel

3.1 Pendahuluan


Dalam industri kimia, pengecilan ukuran partikel (size reduction) biasa dilakukan untuk meningkatkan permukaan singgung karena hampir semua reaksi yang mencakup partikel padat, laju suatu reaksi berbanding lurus dengan luas permukaan kontak fasa yang lain. Suatu contoh: laju pembakaran bahan bakar padat adalah berbanding lurus antra luas permukaan kontak zat padat dengan gas/zat pembakar.


Bongkahan bijih mentah dihancurkan menjadi padatan berukuran lebih kecil agar mudah ditangani, bahan sintetis kimia digiling menjadi tepung (powder), lembaran-lembaran plastik (polimer) dipotong-potong menjadi kubus-kebus kecil (granulate), dan lain sebagainya.Pengecilan/pemecahan zat padat tersebut dapat dilakukan dengan berbagai cara didalam mesin pemecah-penggiling (grinding-crashing machine) dan yang paling umum diantaranya:


a. Mesin pemecah dengan cara tekanan (compression)Contoh untuk pemecahan bijih-bijihan dengan menggunakan Mesin Pemecah Rahang Blake (Jaw Crusher) dan Mesin Pemecah Roll Licin. Hasil pemecahan zat padat yang keras dapat berbentuk kasar dan halus.

b. Mesin pemecah dengan cara pukulan (impact)Contoh dengan menggunakan Mesin Pemecah Giratori (Gyratory Crusher) dengan hasil pemecahan kasar, sedang, dan halus.

c. Mesin pemecah dengan cara gesekan (abbrassion)d. Mesin pemecah dg cara pemotongan (cutter)Contoh dg mengg Mesin Pemecah Rol Bergerigi yg dapat menghasilkan produk dg ukuran ttt.


3.2 Prinsip Kominusi (Comminution Principle)

Comminution adalah istilah umum yg digunakan untuk operasi penghancuran, misal crusher (pemecah) dan grinder (penggiling). Mesin pemecah/penggiling yg ideal harus:

Memiliki kapasitas besarDaya masuk yg diperlukan pewrsatuan hasil

kecilMenghasilkan produk dg satu ukuran ttt atau

dg distribusi ukuran ttt sesuai dg yg dikehendaki.


3.3 Kebutuhan Energi dan Biaya Dalam Kominusi

Biaya daya merupakan pengeluaran terbesar dalam pemecahan/ penggilingan sehingga setiap faktor yang mengendalikan daya ini sangatlah penting. Selama operasi pemecahan atau peghalusan, partikel-partikel dalam bahan umpan mula-mula mengalami distorsi, kemudian regangan. Kerja yang diperlukan untuk meregangnya disimpan sementara didalam zat padat itu sebagai energi mekanik tegangan (seperti pegas gulung). Dengan ditambahkannya daya yang kecil lagi pada partikel tersebut, partikel akan pecah menjadi fragmen-fragmen.


Dengan demikian akan terbentuk permukaan-permukaan baru. Oleh karena itu setiap satuan luas zat padat mempunyai sejumlah energi permukaan tertentu.

Permukaan baru tersebut memerlukan kerja dari pembebasan energi tegangan pada saat partikel itu pecah. Sesuai dengan kekuatan energinya, semua energi tegangan yang lebih besar dari energi permukaan yang baru terbentuk harus muncul sebagai kalor atau panas.


3.4 Efisiensi Pemecahan (Crushing Efficiency), c

Rasio antara energi permukaan yang baru terbentuk terhadap energi yang diserap oleh zat padat disebut efisiensi pemecahan.

Jika, es = energi permukaan persatuan luas (J/m2)

Ap = luas permukaan masa hasil (m2)

Af = luas permukaan masa umpan (m2)

Wn = energi yang diserap persatuan masa hasil (J)

Maka,

n

fpsc W

AAe (1.1)


Atau,

Secara umum efisiensi pemecahan itu sangatlah kecil atau rendah, karena energi permukaan yang terbentuk saat pemecahan itu kecil dibanding dengan total energi mekanik yang tersimpan dalam bahan saat pecah.Energi yang diserap oleh zat padat Wn lebih kecil dari yang diumpankan kedalam mesin itu sendiri. Sebagian dari masukan total energi digunakan untuk mengatasi gesekan-gesekan dalam bantalan (bearing) dan bagian-bagian bergerak lainnya dalam mesin sehingga hanya sisanya yang dipakai dalam pemecahan

c

fpsn

AAeW

(1.2)


Efisiensi mekanik, m, adalah rasio antara energi yang diserap oleh bahan terhadap masukan energi.

Jadi jika Wn adalah masukan energi, maka

Atau,

Jika m adalah laju umpan bahan maka daya yang diperlukan mesin tiap kg umpan adalah

W

AAe

W

W

c

fpsnm

mc

fps

m

nAAeW

W

(1.3)

(1.4)

mc

fps AAemmWP

(1.5)


Sedang Ap dan Af dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Sehingga,

Jadi,

ps

ps

dA

Ad

6

6

psff

pspp

dA

dA

6

6

(1.6)

(1.7)

sffspppmc

s

dd

emP

116 (1.8)


Dimana,m = laju umpan bahanes = energi permukaan persatuan luas

c = efisiensi pemecahan

m = efisiensi mekanik

p = densitas partikel

p, f = sperisitas produk dan umpan

dsp, dsf = mean surface diameter produk dan umpanP/m = energi kWh/kgP = daya (power), kW


3.5 Hubungan Empirik: Hukum Rittinger dan Kick

Hukum pemecahan yang diusulkan oleh Rittinger tahun 1867 menyatakan bahwa kerja yang diperlukan untuk pemecahan zat padat sebanding dengan permukaan baru yang terbentuk. Hukum ini sebenarnya tidak lebih dari suatu hipotesis yang berarti bahwa c adalah tetap untuk mesin dan umpan tertentu, serta c tidak tergantung pada ukuran umpan maupun hasil.Jika pdan f sama dan c, m, p adalah konstanta maka konstanta-konstanta tersebut digabungkan menjadi KR yaitu Tetapan Rittinger sehingga dapat ditulis sebagai berikut:


Persamaan Rittinger

Penggunaan hukum rittinger ini berlaku untuk ukuran padatan d < 0.05 mm.

Pada tahun 1885 Kick mengusulkan satu hukum lagi, yang didasarkan atas analisis tegangan deformasi plastis dalam batas elastis, yang menyatakan bahwa kerja yang diperlukan untuk pemecahan bahan adalah konstan untuk setiap rasio pengecilan yang sama, yaitu rasio ukuran partikel awal terhadap partikel akhir dan menghasilkan:

sfspR dd

Km

P 11 (1.9)


Persamaan Kick

KK = Tetapan Kick

Penggunaan hukum kick ini berlaku untuk ukuran padatan d > 50 mm.

Hubungan umum kedua persamaan diatas adalah persamaan diferensial sebagai berikut:

ns

s

d

ddKk

m

Pd

(1.10)

ns

s

d

ddK

m

Pd

(1.11)


Untuk n = 2 diperoleh persamaan Rittinger

Untuk n = 1 diperoleh persamaan kick

sfspR

s

sp

f

ddK

m

P

d

ddK

m

Pd

11

2

sp

sfK

s

s

p

f

d

dK

m

P

d

ddK

m

Pd

ln

1


Baik hukum rittinger maupun kick, KR dan KK ditentukan secara percobaan melalui uji dg mesin yg sejenis dg yg akan dig dan dg bahan yg sama dg bahan yg akan dihancurkan. Dg demikian penggunaannya terbatas untuk ukuran padatan

1.6 HukumPemecahan Bond dan Indek Kerja, Wi

Satu metode yg agak realistik untuk menaksir daya yg diperlukan mesin pemecah diusulkan oleh Bond pada tahun 1952, yg menyatakan bahwa kerja yg diperlukan untuk membuat partikel dg diameternya ds dari umpan


yang sangat besar adalah sebanding dengan akar pangkat dua dari rasio permukaan terhadap volume hasil yang bersangkutan, yaitu

Bila

Atau

Sehingga

p

p

V

S

pp

p

Sd

V

6

pp

p

dV

S 6

ppp

p

dK

dV

S 16

(1.12)


Atau untuk n = 1,5 akan diperoleh persamaan bond

Penggunaan hukum bond ini berlaku untuk ukuran padatan 50 mm > d > 0.05 mm

sfspB

p

ddK

m

P

dK

m

P

11

1

(1.13)

sfsp

B

s

s

p

f

ddK

m

P

d

ddK

m

Pd

11

5,1


Indek Kerja, Wi, yaitu kebutuhan energi bruto dalam kWh per ton umpan untuk menghancurkan umpan yang sangat besar sehingga 80% dari hasilnya dapat lewat ayak 100m. Definisi tersebut menghasilkan hubungan antara KB dan Wi .

Jika, ds = mm

P = kWm = ton/jam

maka, iiB WWK 3162,010100 3 (1.14)


Tabel 1.1 dibawah menunjukkan contoh umum nilai Wi untuk berbagai bahan. Data ini tidak banyak berbeda diantara berbagai mesin dan berlaku untuk pemecah kering maupun penggiling basah. Untuk penggiling kering daya yang dihitung harus dikalikan dengan faktor 4/3

Tabel 1.1 Indek kerja Wi untuk pemecahan kering/penggilingan basah.


Bahan Specific gravity Wi

Bauksit

Klinker semen

Bahan semen

Lempung/tanah liat

Batu bara

Kokas

Granit

Kerikil

Batu kapur

Kuarsa

2,10

3,15

2,67

2,51

1,4

1,31

2,66

2,66

2,66

2,65

8,78

13,45

10,51

6,3

13

15,13

15,13

16,06

12,74

13,57

Contoh Soal


Berapakah daya yang diperlukan untuk menghancurkan batu kapur sebanyak 100 ton/jam, jika 80% umpan lewat ayak berdiameter 2 inchi dan 80% hasil dalam ayak 1/8 inchi.

SolusiTabel, batu kapur Wi = 12,74

m = 100 ton/jamdsf = 2 inchi = 2 x 2,54 cm = 50,8 mm

dsp = 1/8 inchi = 1/8 x 2,54 cm = 3,175 mm


Sehingga daya yang diperlukan mesin sesuai persamaan (1.15) adalah

hpkWP

P

ddW

m

P

sfsp

i

227 6,169

8,50

1

175,3

174,123162,0100

113162,0


3.7 Peralatan pengecilan partikel dalam industriCrusher adalah suatu mesin yg dig untuk memecah bongkahan padatan mjd padatan berukuran lebih kecil sesuai dg yg dikehendaki.Crusher biasanya diklasifikasikan tingkat dimana mampu mengecilkan bahan awal, yaitu:

Coarse crusher: hanya mampu memecah bahan padatan tidak terlalu kecil.

Intermediate crusher: kemampuan pemecahan bahan padat cukup kecil/signifikan.

Grinders: mampu memecah bahan padat menjadi partikel berukuran halus (powder).


Dari sisi pandangan metalurgi, tdp perbedaan yg cukup jelas antara crushing & grinding. Crushing merup langkah awal utk memperoleh hasil ukuran padatan tidak lebih dari yg ditentukan, sedang grinding merupakan alat utk memperoleh ukuran partikel padat halus dan seragam. Salah satu tipe aplikasi penggunaan alat-alat diatas dlm industri pertambangan adalah pengg coarse crusher yg diikuti dengan SAG Mill & Ball Mill.

Tipe Crusher & GrinderTipe coarse crusher yg paling umum dan dikenal luas

adalah Jaw Crusher dan Gyratory Crusher. Namun selain kedua jenis crusher diatas juga tdp beberapa tipe lain seperti: impact crusher dan roller crusher

Jaw Crusher


Jaw crusher terdiri dari suatu set rahang vertikal, dimana salah satu rahang dipasang tetap sedang rahang yang lain bergerak maju dan mundur sesuai mekanisme cam. Jarah kedua rahang pada sisi atas adalah lebih besar dibanding jarak ranhan bagian sisi bawah (membentuk konis) dan gerakan rahang tidak begitu besar (kuat) karena complete crushing tidak hanya berlangsung dalam satu langkah.


Gambar 2.1 Jaw Crusher


FrameCrushing ChamberSwing Jaw & Main

Bearing HousingsFlyweelEccentric ShaftBearingsHydraulic CylinderShimToggle BlockTension Rod With SpringToggle PlatesCheck PlatesJaw plates

Gambar 2.2 Bagian-bagian dalam Jaw Crusher

Gyratory Crusher


Gyratory crusher serupa dengan jaw crusher, bagian dalam dan luar crusher berbentuk konis terbalik dimana bagian atas konis memiliki celah lebih besar dibanding bagian bawah. Rahang konis bagian dalam, memilki gerak putar yang lambat akibat adanya cam sedang. Sama dengan jawa crusher dimana umpan masuk dari sisi atas kebawah dan terpecahkan melalui celah kedua rahang berbentuk konis kemudian keluar sebagai hasil dengan ukuran sesuai lebar celah rahang konis bagian bawah.


Gambar 2.3 Gyratory Crusher


Gambar 2.4 Bagian-bagian Gyratory Crusher

Impact Crusher


Impact crusher melibatkan penggunaan impact bukannya pressure untuk memecah padatan. Bahan padat dipecah dalam ruang yang terbatas dimana dilengkapi dengan bukaan untuk mengeluarkan hasil dengan ukuran sesuai bukaan yang dipasang. Jenis crusher ini biasanya digunakan untuk pemecahan bahan-bahan lunak seperti batubara (coal) atau bongkahan logam lunak.

Yang termasuk crusher jenis ini antara lain: ball mill, hammer mill, dan stamp mill.


Ball Mill Sirkuit terbuka dan

tertutup wet and dry grinding air-swept grinding

systems combined drying and

grinding systems Preliminary

comminution systems

Grinding systems for non-ferrous grinding

Gambar 2.5 Ball Mill


Aplikasi:Pigment- and filler

industryNatural stone

industryIndustry of building

materialsCoal preparationOre dressingCeramic industryPower plant

industry

Hammer Mill


Termasuk penggiling jenis impact

Aplikasi: limestone dolomite gypsum anhydrite chalk clay bentonite broken bricks coal phosphate


Combined grinding and drying plant with Birotor hammer mill

Grinding plant with BIROTOR hammer mill and dynamic separator


Gambar 2.7 Proses kerja Hammer Mill

Stamp Mill


Stamp mill adalah mesin pemecah bahan padat dg cara hentakan yg biasanya diaplikasikan untuk proses lanjutan atau pemecahan bijih logam


Contoh mesin diatas adalah mesin pemecah bijih tembaga di Arizona dimana roda yang besar berputar (digerakkan oleh penggerak) sehingga menggerakkan poros engkol agar pemecah dapat bergerak naik turun (gerak putar diubah menjadi gerak lurus).

Roller Crusher


Crusher jenis ini termasuk intermediate crusher yang memililki sepasang roller berbentuk silinder mendatar dimana diantara kedua celah silinder ini bahan dimasukkan. Kedua roller berputar dengan arah berlawanan, yang akhirnya menjepit dan memecah bahan padat.

bab 3 pengecilan ukuran pertikel.ppt

Documents