bab iii cut pilot plant - digilib.itb.ac.id · sumber panas yang digunakan dalam proses pengeringan...

15

Bab III

CUT Pilot Plant

3.1 Sistem CUT Pilot Plant

Skema proses CUT Pilot Plant secara keseluruhan dapat dilihat pada

Gambar 3.1. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa sistem CUT dibagi

menjadi beberapa subsistem, yaitu subsistem persiapan dan transportasi batubara

(coal preparation and transportation plant), subsistem penyedia panas (hot utility

plant), subsistem pengeringan (drying plant), subsistem pembriketan batubara

(briquetting plant), dan subsistem pengolahan air (water treatment plant).

Gambar 3.1 Skema proses CUT[1]

Batubara yang tersimpan pada stockpile pertama-tama diproses pada

subsistem persiapan dan transportasi batubara. Pada subsistem ini batubara

dihancurkan hingga ukuran yang sesuai untuk proses pengeringan fludisasi.

Setelah itu, batubara dialirkan ke subsistem pengeringan untuk dilakukan proses

pengeringan. Panas yang digunakan untuk pengeringan batubara ini diperoleh dari

subsistem penyuplai panas yang menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya.

Batubara yang kering kemudian diproses pada subsistem pembriketan. Pada

This page was created using BCL ALLPDF demo software.

To purchase, go to http://www.bcltechnologies.com/allpdf/

http://www.bcltechnologies.com/allpdf/

16

subsistem ini, selain dibriketkan, batubara juga didinginkan sebelum kemudian

diangkut. Sementara itu, uap yang dihasilkan oleh subsistem pengeringan

dikondensasikan dan kemudian diolah pada subsistem pengolahan air.

Penjelasan mengenai masing-masing subsistem pada CUT Pilot Plant ini

akan dituliskan secara rinci pada Subbab 3.2 hingga 3.6. Sementara itu, gambar

PFD dan PID dapat dilihat pada Lampiran A.

3.2 Subsistem Persiapan dan Transportasi Batubara (Coal Preparation and

Transportation Plant)

Tahapan pertama dari CUT Pilot Plant ini adalah subsistem persiapan dan

transportasi batubara. Subsistem persiapan dan transportasi batubara merupakan

subsistem pada CUT Pilot Plant yang berfungsi mempersiapkan batubara mentah

sebelum masuk ke subsistem pengeringan. Pada proses persiapan tersebut,

batubara mengalami proses penghancuran dan penyaringan agar didapat kriteria

batubara yang sesuai dengan proses pengeringan yang akan dilakukan yaitu

partikel dengan diameter 0,4 mm.

Tujuan penghancuran batubara adalah agar proses pengeringan dapat

berjalan maksimal. Semakin kecil diameter partikel, luas permukaan total seluruh

partikel akan semakin besar sehingga bidang kontak antara partikel dengan udara

pada unggun terfluidakan semakin luas, sehingga perpindahan panas yang terjadi

akan semakin besar. Namun, ada batasan ukuran dalam sistem fluidisasi. Jika

diameter partikel terlalu kecil, proses fluidisasi akan sulit dilakukan karena

partikel menjadi terlalu ringan. Begitu juga jika diameter partikel terlalu besar,

proses fluidisasi tidak akan terjadi.

Untuk mendukung proses tersebut, subsistem ini terdiri dari beberapa

komponen. Secara garis besar, komponen-komponen pada subsistem ini adalah:

1. Crusher

2. Cage Mill

3. Vibrating Screen

4. Conveyor

5. Bucket Elevator




17

Komponen-komponen tersebut bekerja secaara terintegrasi seperti pada Gambar

3.2.

Gambar 3.2 Rangkaian subsistem persiapan dan transportasi batubara

Pertama-tama, batubara mentah yang berukuran 50 mm dihancurkan

menjadi ukuran 10 mm dengan menggunakan roll crusher. Pada komponen ini

batubara dihancurkan menggunakan 2 roll yang berputar pada arah yang

berlawanan. Sketsa konstruksi maupun cara kerja komponen roll crusher ini dapat

dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Roll Crusher[1]

Batubara kemudian dihancurkan menjadi ukuran 0,4 mm dengan

menggunakan cage mill. Cage mill merupakan komponen size reduction yang

bekerja dengan cara memukul komponen yang dihancurkan dengan batang yang

berputar pada rotor. Cage mill yang dipakai pada subsistem persiapan dan

pengeringan batubara ini terdiri dari dua buah rotor, yang masing-masing rotor

digerakkan oleh motor. Kedua rotor tersebut berputar dalam arah yang

berlawanan. Konstruksi rotor cage mill ini dapat dilihat pada Gambar 3.4.




18

Gambar 3.4 Cage Mill[7]

Untuk memastikan bahwa batubara yang dihasilkan benar-benar memiliki

diameter 0,4 mm, dilakukan proses screening pada batubara dengan menggunakan

vibrating screen. Batubara yang tidak lolos proses screening disirkulasikan

kembali untuk mengalami proses milling.

Proses pengangkutan batubara dilakukan dengan conveyor dan bucket

elevator (Gambar 3.5). Penggunaan bucket elevator diperlukan untuk mengangkut

batubara dari subsistem persiapan dan transportasi batubara ini ke subsistem

pengeringan yang perbedaan elevasinya hampir mencapai 20 m

Gambar 3.5 Rangkaian sistem conveyor dan bucket elevator CUT Pilot Plant

Batubara hasil dari subsistem persiapan dan transportasi batubara ini

ditampung di hopper tank sebelum dilakukan proses pengeringan pada subsistem

pengeringan.




19

3.3 Subsistem Penyuplai Panas (Hot Utility Plant)

Sistem penyuplai panas merupakan subsistem dalam CUT Pilot Plant yang

berfungsi menyuplai panas yang digunakan dalam proses pengeringan. Panas

yang dihasilkan merupakan hasil pembakaran batubara, yang dibakar dengan

metode pembakaran unggun tetap di dalam tungku. Panas yang dihasilkan dari

pembakaran batubara ini kemudian ditransfer ke oli termal yang kemudian

disirkulasikan. Skema sirkulasi subsistem penyuplai panas dapat dilihat pada

Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Skema sirkulasi subsistem penyuplai panas (thermal oil heater)

Sumber panas yang digunakan dalam proses pengeringan adalah oli termal

yang dipanaskan pada subsistem penyedia panas ini. Oli termal merupakan oli

yang digunakan khusus untuk pemindah panas. Oli jenis ini memiliki koefisien

perpindahan panas yang tinggi[11]. Selain itu, oli jenis ini juga memiliki

ketahanan oksidasi yang tinggi sehingga tidak mudah terbakar. Oli termal yang

digunakan pada subsistem penyuplai panas ini adalah jenis Termo-22 yang

mampu dipanaskan hingga termperatur 320oC.




20

Oli dingin dari subsistem pengeringan masuk ke tungku pembakaran. Oli

ini dipanaskan dengan menggunkaan batubara yang dibakar. Gas hasil

pembakaran dimanfaatkan untuk memanaskan udara yang akan masuk ke ruang

bakar. Masuknya udara ke ruang bakar diatur oleh kecepatan FD Fan. Sementara

itu, kecepatan aliran udara hasil pembakaran diatur oleh ID Fan. Setelah

memanaskan udara bebas pada air preheater, gas hasil pembakaran disaring

menggunakan baghouse filter untuk memisahkan partikel atau abu batubara yang

ikut terbawa sebelum kemudian dibuang ke udara bebas melalui cerobong asap

(chimney).

Proses pensirkulasian oli ke dalam subsistem pengeringan dilakukan

dengan menggunakan pompa. Pompa yang digunakan pada subsistem ini

merupakan jenis pompa sentrifugal. Ada 2 pompa yang digunakan. Namun, kedua

pompa tersebut bekerja secara bergantian untuk keperluan perawatan. Gambar

pompa subsistem penyuplai panas ini dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Pompa sentrifugal

3.4 Subsistem Pengeringan (Drying Plant)

Subsistem pengeringan, sesuai dengan namanya, merupakan inti dari

seluruh proses pengeringan batubara di CUT Pilot Plant. Pada subsistem ini,

batubara yang telah diolah menjadi batubara halus di subsistem persiapan dan

transportasi batubara masuk ke tangki-tangki pengeringan yang disusun secara

seri untuk difluidisasi dengan medium uap superpanas untuk tangki pengeringan 2

dan 3, serta udara panas untuk tangki pengeringan 1. Diagram alir proses

pengeringan pada subsistem ini dapat dilihat pada PFD pada Lampiran A.




21

Masing-masing tangki pengeringan memiliki kondisi operasi tersendiri.

Tangki pengeringan pertama menggunakan medium fluidisasi udara pada

temperatur 80oC pada tekanan 1 Bar. Temperatur pada tangki pengeringan

pertama dijaga rendah untuk menghindari kemungkinan terbakarnya batubara,

mengingat medium yang digunakan adalah udara. Tangki pengeringan kedua dan

ketiga menggunakan medium uap superpanas pada temperatur masing-masing 140

dan 220oC pada tekanan 1,5 dan 4,761 Bar. Kondisi operasi pada tangki

pengeringan ini dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Kondisi operasi proses pengeringan[12]

Sistem Sistem Sistem

Pengeringan 1 Pengeringan 2 Pengeringan 3

Temperatur [oC] 80 140 220

Tekanan [Mpa] 1 1,5 4,761

batubaram [kg/s] 2,084 1,924 1,683

Fluida pengering Udara

Uap

superpanas

Uap

superpanas

fluidam [kg/s] 2,68 1,834 3,315

Kondisi operasi tersebut memungkinkan terjadinya pengeringan dengan

penggunaan energi yang efisien. Hal ini dapat dilihat dari pemanfaatan uap panas

hasil pengeringan pada tangki pengering 3 untuk pemanas pada tangki pengering

2. Begitu pula pemanfaatan uap panas hasil pengeringan pada tangki pengering 2

yang dimanfaatkan juga pada pemanasan tangki pengering 1. Uap yang dihasilkan

dari proses pengeringan di tangki pengeringan ketiga masih memiliki panas yang

tinggi. Oleh karena itu, uap tersebut sebagian dialirkan ke tangki pengeringan

kedua untuk menyuplai panas. Begitu pula dengan uap yang dihasilkan dari proses

pengeringan pada tangki pengeringan kedua. Uap ini juga dialirkan ke tangki

pengeringan pertama untuk menambah suplai panas. Dengan proses seperti ini,

penggunaan panas dari subsistem penyuplai panas dapat diminimalkan.

Skema pengeringan pada salah satu tangki pengeringan dapat dilihat pada

Gambar 3.8. Satu sistem pengeringan terdiri dari tangki pengeringan (drying

drum), siklon (cyclone), preheater, dan blower. Oli panas dialirkan melalui




22

internal heater (yang terdapat di dalam tangki pengeringan) dan preheater untuk

memanaskan uap yang digunakan sebagai medium fluidisasi. Uap yang

dipanaskan itu sendiri berasal dari kandungan air batubara yang menguap pada

saat proses pengeringan yang kemudian disirkulasikan.

Gambar 3.8 Skema pengeringan di salah satu tangki pengeringan

Batubara yang telah kering, kecepatan terminalnya akan sama dengan

kecepatan operasional medium fluidisasi, sehingga terangkat ke bagian freeboard

tangki pengering. Pada bagian freeboard ini, terjadi reduksi kecepatan fluida

karena adanya perubahan luas penampang. Reduksi kecepatan tersebut

menyebabkan batubara jatuh menuju ke tangki pengering selanjutnya. Desain

tangki pengeringan ini dapat dilihat pada Lampiran B. Sebagian partikel batubara

yang ikut terbawa oleh fluida pengering dipisahkan lagi di siklon. Gambar

rangkaian tangki pengeringan dan siklon dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Rangkaian tangki pengering dan siklon




23

Transportasi partikel batubara antar tangki pengering menggunakan

komponen rotary vane. Penggunaan rotary vane diperlukan untuk menahan beda

tekanan antar tangki pengering. Gambar rotary vane dapat dilihat pada Gambar

3.10.

Gambar 3.10 Rotary Vane

Sementara itu, medium fluidisasi disirkulasikan kembali dengan dialirkan

ke blower. Setelah melalui blower, fluida pengering ini dipanaskan pada

preheater sebelum masuk ke tangki pengering untuk proses fluidisasi. Blower

yang digunakan pada CUT Pilot Plant ini merupakan blower sentrifugal

sedangkan preheater yang digunakan adalah penukar kalor jenis shell and tube.

Gambar rangkaian blower dan preheater yang digunakan pada CUT Pilot Plant ini

dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Rangkaian blower dan preheater

BlowerPreheater




24

Setelah mengalami proses pengeringan pada subsistem ini, batubara yang

telah kering dengan temperatur 220oC keluar dari tangki pengering 3 dan

kemudian dilakukan pembriketan.

3.5 Subsistem pembriketan batubara (coal briquetting plant)

Subsistem pembriketan merupakan subsistem terakhir dari rangkaian

proses CUT Pilot Plant. Subsistem ini dapat disebut juga subsistem paska

pengeringan. Batubara yang keluar dari tangki pengeringan 3 masuk ke mesin

briket untuk kemudian dilakukan pembriketan dengan menggunakan sistem roll

press. Mesin briket yang digunakan harus dapat bekerja pada temperatur tinggi,

mengingat batubara yang keluar dari tangki pengeringan 3 masih memiliki

temperatur yang tinggi. Gambar mesin briket dapat dilihat pada Gambar 3.12,

sedangkan spesifikasi mesin briket dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Gambar 3.12 Konstruksi mesin briket




25

Tabel 3.2 Spesifikasi mesin briket

BRIQUETTING UNIT (BU-1)Type: Double-roll pressWorking material: Bituminous coal

Sieve: Top size of 30 mesh (500 μm)Moisture: 5%Specific gravity: 1 – 1.3Particle shape: Irregular-roundTemperature: 220°C

Product: BriquetteBinderlessShape: soap-like 35x25x15 mmProduction rate per hour: 5.6 ton (normal), 7 ton (design)Operation hours per day: 24 hoursDesired quality specification: pass drop and crush test

Operational condition:Briquetting temperature: 220°CBriquetting pressure: 25000 psi (1724 bar)

Ada dua tujuan utama pembriketan batubara, yaitu untuk menghindari

masuknya kembali air ke partikel batubara dan untuk menghindari kemungkinan

terbuangnya batubara dalam bentuk debu pada saat pengangkutan. Pada proses

pembriketan, batubara dipadatkan oleh sepasang roll sehingga terbentuk butiran-

butiran briket batubara dengan ukuran tertentu. Gambaran roll press mesin briket

ini dapat dilihat pada Gambar 3.13. Tekanan yang dihasilkan oleh roll mesin

briket ini sangat tinggi sehingga tar batubara yang keluar pada proses pengeringan

di tangki ketiga dapat mengisi rongga yang ditinggalkan air. Hal inilah yang

menyebabkan air tidak dapat kembali ke batubara.

Gambar 3.13 Roll Press mesin briket




26

Briket batubara yang keluar dari mesin briket kemudian diangkut dengan

rangkaian conveyor menuju ke stockpile. Untuk mencegah terbakarnya briket

batubara di stockpile, perlu ada proses pendinginan selama transportasi briket

batubara dari mesin briket menuju ke stockpile. Untuk itu, rangkaian conveyor

pada subsistem ini dilengkapi dengan exhaust fan untuk proses pendinginan

tersebut. Selain itu, conveyor pada subsistem ini juga diberi cover, seperti yang

dapat dilihat pada Gambar 3.14, untuk menghindari kontak antara briket dengan

udara yang dapat memicu terjadinya kebakaran.

Gambar 3.14 Rangkaian conveyor subsistem pembriketan

Batubara keluar dari rangkaian conveyor subsistem pembriketan pada

temperatur 80oC. Pada temperatur ini, kemungkinan terjadinya terbakarnya sendiri

batubara sangat kecil. Briket yang keluar ini ditampung di stockpile sebelum

kemudian diangkut untuk dijual.

3.6 Subsistem pengolahan air (water treatment plant)

Subsistem pengolahan air merupakan komponen yang penting untuk

menjaga kualitas air yang dihasilkan dari pengeringan batubara agar tidak

mencemari lingkungan. Uap yang dihasilkan oleh batubara pada akhirnya akan

dialirkan ke subsistem pengolahan air untuk dilakukan pengolahan kualitas air.

Subsistem ini terdiri dari beberapa kolam penampungan dan satu buah clarifier

(jika diperlukan) untuk mengolah limbah air agar sesuai dengan standar

lingkungan.




27

Desain penanganan limbah pada CUT Pilot Plant ini adalah seperti pada

Gambar 3.15. Air kondensat pertama kali ditampung pada cooling pond, tempat

pendinginan dan penampungan sementara air kondensat dengan temperatur sekitar

80oC. Kondensat ini akan diproses dengan clarifier dengan air bersih dan sedimen.

Air bersih dari clarifier akan ditampung pada clear water pond, sedangkan

sedimen akan ditampung di settling pond, bercampur dengan air resapan dari

stockpile batubara dan dari subsistem pengeringan. Endapan campuran ini akan

diendapkan dengan tawas mulai dari settling pond 1, settling pond 2, dan settling

pond 3. Kemudian air jernih yang didapat ditampung pada clear water pond.

Sekat yang ada pada clear water pond berfungsi sebagai penyekat antara air jernih

hasil dari clarifier dengan hasil dari settling pond 3.

Gambar 3.15 Desain subsistem pengolahan air CUT Pilot Plant

Dalam pengembangannya, penggunaan clarifier pada subsistem ini

diputuskan menjadi suatu hal yang optional. Hal ini disebabkan oleh biaya yang

perlu dikeluarkan untuk sebuah clarifier yang cukup mahal. Selain itu, keperluan




28

penggunaan clarifier terkait pula dengan kualitas air limbah yang dihasilkan.

Apabila air limbah tersebut masih diluar standar yang diijinkan, pengadaan

clarifier perlu dipertimbangkan lagi. Untuk sementara, subsistem pengolahan air

yang ada hanya terdiri dari kolam-kolam penampungan seperti yang terlihat pada

Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Kolam-kolam penampungan pada subsistem pengolahan air




bab iii cut pilot plant - digilib.itb.ac.id · sumber panas yang digunakan dalam proses pengeringan...

Documents