BAHAN AJAR

TEKNOLOGI PARTIKEL

Disusun oleh :

PESERTA KULIAH TEKNOLOGI PARTIKEL

JURUSAN TEKNIK KIMIA – FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON - BANTEN

2012

BAB 1

ANALISA UKURAN PARTIKEL

1.1. Pendahuluan

Penanganan zat padat umumnya lebih sulit dari zat cair, uap dan gas. Zat

padat yang akan diolah dapat berbagai macam bentuk dan ukuran seperti

berbentuk potongan-potongan besar, lembaran atau berbentuk serbuk halus. Zat

padat ada yang keras, kenyal, abrasive, lunak dan rapuh.

Diantara segala macam bentuk dan ukuran yang mungkin ditemukan pada zat

padat, bentuk yang paling penting dari sudut pandangan kimia teknik adalah

partikel-pertikel halus. Pemahaman megenai karakteristik massa zat padat butiran

sangat penting dalam perancangan proses dan perlatan yang diperlukan untuk

mengenai arus yang mengandung zat padat

1.2. Karakteristik Partikel Zat Padat

Partikel zat padat sebagai individu dikarakterisasikan dengan ukuran, bentuk

dan densitasnya. Partikel zat padat homogeny mempunyai densitas yang sama

dengan bahan bongkahan.

Partikel yang bentuknya beratauran seperti berbentuk bola, kubus, ukuran dan

bentuknya dapat dinyatakan dengan mudah, tetapi partikel dengan bentuk yang

tidak beraturan seperti butiran pasir, serpihan mika untuk ukuran dan bentuk tidak

begitu jelas dan harus didefinisikan secara acak.

1.2.1. Bentuk Partikel

Bentuk setiap partikel dicirikan dengan sphericity (sperisitas) atau kebolaan

(Φs) yang tidak bergantung pada ukuran partikel. Sperisitas adalah perbandingan

antara luas benda dengan luas bola pada volume yang sama. Partikel bulat

mempunyai diameter Dp, Φs = 1. Untuk partikel yang bentuknya bukan bola,

sperisitas dapat dinyatakan sebagai berikut :

Φs = abola

apartikel= Φs =

6𝑉p

DpAp……………………… . (1)

2

Dimana :

a = luas spesifik (luas/ volume)

Dp = Diameter ekivalen atau diameter nominal partikel

Sp = Luas permukaan satu partikel

vp = Volume satu partikel

Bola :

Luas bola : 𝐴𝑏𝑜𝑙𝑎 = 𝜋𝑑𝑝2

Volume bola 𝑉𝑏𝑜𝑙𝑎 = 𝜋

6𝐷𝑝

3

𝑎𝑏𝑜𝑙𝑎 =𝐴𝑏𝑜𝑙𝑎

𝑉𝑏𝑜𝑙𝑎

𝑎𝑏𝑜𝑙𝑎 =𝜋𝑑𝑝

2

𝜋

6𝐷𝑝

3 =6

𝐷𝑝

Partikel

apartikel = Apartikel

Vpartikel

Φs = abola

apartikel=

6𝐷𝑝

Ap

Vp

=6𝑉p

DpAp…………………… (2)

Diameter ekivalen didefinisikan sebagai diameter bola yang volumenya sama

dengan volume partikel tersebut, tetapi bahan yang berbentuk bijian (granular)

halus, volume maupun luas permukaannya tidak mudah ditentukan secara eksak,

sehingga Dp biasanya diambil dari ukuran nominal atas dasar analisa ayak (screen

analysis) atau dengan analisa mikroskop.

Contoh soal :

Tentukan sperisitas dari kubus dengan volume

Jawab :

Akubus = 6L2

Vkubus = L3

3

Berapa diameter bola yang volumenya L3

𝐿3 =𝜋

6𝐷𝑝

3

𝐷𝑝 = 6

𝜋

13

𝐿

abola =6

𝐷𝑝

apartikel =Apartikel

Vpartikel=

6L2

L3=

6

L

Φs = abola

apartikel=

6𝐷𝑝

6L

=

6

6𝜋

13

𝐿

6L

= π

6

13

= 0,81

Gambar 1. Perbandingan diameter ekivalen bola

1.2.2. Ukuran Partikel

Ukuran partikel dinyatakan dalam berbagai satuan, tergantung pada

jangkauan ukuran yang terlibat. Partikel yang kasar diukur dalam inci atu

millimeter, partikel halus dalam batasan-batasan ukuran ayakan, partikel sangat

halus dalam micrometer atau nanometer. Ukuran partikel ultra halus kadang-

kadang diuraikan dalam batas-batas dari luas permukaan persatuan massa,

biasanya dalam m2/gram.

4

1.2.3. Ukuran partikel campuran dan ukuran analisa

Dalam ukuran seragam dengan diameter Dp, volume total partikel adalah 𝑚

𝜌𝑝,

dimana m dan p adalah massa dan densitas partikel. Banyak partikel dalam

contoh N dapat dinyatakan dengan persamaan :

𝑁 =𝑚

𝜌𝑝 𝑥 𝑉𝑝 ………………………… (3)

Dimana :

m = total massa contoh

p = densitas partikel

Vp = Volume satu partikel

Jika persamaan 1 dan 2 digabung, maka didapat luas permukaan partikel :

𝐴 = 𝑁.𝐴𝑝 =6𝑚

Φs ρpDp………………………… . (4)

1.2.4. Spesifikasi Permukaan Campuran

Jika densitas pertikel p dan sperisitas Φs diketahui, luas permukaan partikel

dalam masing-masing fraksi dapat dihitung dengan persamaan (4) dan hasil untuk

sleuruh fraksi diberikan oleh Aw, spesifikasi permukaan (specific surface), jika p

dan sperisitas Φs konstan, maka :

𝐴𝑤 =6𝑥1

Φs ρpDp+

6𝑥2

Φs ρpDp…………+

6𝑥𝑛Φs ρpDp

=6

Φs ρp

𝑥𝑖𝐷𝑝𝑖

……… (5)

𝑛

𝑖=1

Dimana :

xi = fraksi massa dalam penambahan

n = banyaknya penambahan

Dpi = diameter rata-rata partikel

1.2.5. Ukuran Partikel Rata-rata

Ukuran partikel rata-rata suatu partikel campuran dinyatakan dalam beberapa

cara misalnya yang digunakan adalah volume, diameter permukaan rata-rata (Ds),

dimana berhubungan dengan Aw dapat dinyatakan dengan persamaan :

5

𝐷𝑠 =6

Φs ρpAw…………………………… . . (6)

Persamaan (5) disubtitusikan ke persamaan (6), maka didapat persamaan :

𝐷𝑠 =1

𝑥𝑖𝐷𝑝𝑖

𝑛𝑖=1

…………………………… . (7)

Jika nomor partikel masing-masing fraksi (Ni), diketahui massa fraksi (Ds), maka

didapat diameter rata-rata aritmatika (DN) adalah :

𝐷𝑠 = 𝑁𝑖𝐷𝑝𝑖

𝑛𝑖=1

𝑁𝑖𝑛𝑖=1

= 𝑁𝑖𝐷𝑝𝑖𝑖=1

𝑁𝑇 …………………… (8)

Dimana : NT = banyaknya partikel dalam contoh

Diameter rata-rata (Dw) didapat dari persamaan sebagai berikut :

𝐷𝑤 = 𝑥𝑖𝐷𝑝𝑖

𝑛

𝑖=1

……………………………… . (9)

Diameter dari partikel yang besar nva dalah volume diameter rata-rata (Dv) yang

mana didapat dari hubungan :

𝐷𝑣 = 1

𝑥𝑖𝐷𝑝𝑖

𝑛𝑖=1

13

…………………………… . (10)

1.3. Deskripsi Populasi Partikel

Populasi partikel dapat digambarkan dengan distribusi ukuran partikel.

Distribusi ukuran partikel dapat diekspresikan sebagai kurva distribusi frekuensi

atau kurva kumulatif yang dapat dilihat pada Gambar 2. Kedua Gambar tersebut

dihubungkan dengan secara matematis dalam distribusi kumulatif adalah integral

dari distribusi frekuensi. Jika distribusi kumulatif dinyatakan dengan F, maka

distribusi frekuensi adalah dF/dx. Bentuk sederhana dari dF/dx dinyatakan dengan

f(x). distribusi dapat berupa jumlah, permukaan, massa atau volume ( dimana

densitas partikel tidak mengubah-ubah ukuran, distribusi massa sama dengan

6

distribusi volum). Pada Gambar 3 berikut ini adalah bentuk grafik distribusi

partikel.

Gambar 3. Kurva distribusi diferensial frekuensi dan distribusi kumulatif

frekuensi

Untuk populasi partikel, distribusi massa, jumlah dan permukaan dapat dilihat

pada Gambar 4.

Gambar 4. Perbandingan antara distribusi

7

1.4. Metode Pengukuran Partikel

Pengukuran partikel dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya

adalah :

1. Sieving (ayakan)

Sieving telah ada sejak zaman Mesir dan dapat dianggap sebagai tulang

punggung teknologi ukuran partikel. popularitas sieving yang terus-menerus

adalah karena prinsip teknik yang fundamental sederhana dan efektivitas biaya.

Beberapa instrumen komponen yang terlibat dalam analisis saringan dapat

dikendalikan kualitasnya, sehingga dapat berlaku untuk berbagai industri

termasuk farmasi, industri kimia, pertanian.

Analisis saringan terdiri dari menggunakan satu atau lebih set layar

(biasanya anyaman kawat), penurunan pembukaan ukuran digunakan untuk

memisahkan atau mengklasifikasikan sampel.

Ayakan standar digunakan untuk mengukur besarnya partikel dalam ukuran

3 sampai 0,0015 in. setiap ayakan di identifikasi menurut mesh (rapat ayakan)

per inci. Karakteristik dari suatu deret yang lazim yaitu deret ayak standar Tyler.

Perangkat ayak ini didasarkan atas bukaan (lubang) ayak ukuran 200 mesh yang

ditetapkan sebesar 0,074 mm. Luas bukaan pada setiap ayak tertentu adalah dua

kali bukaan pada ayak berikutnya yang lebih kecil. Rasio dimensi anyaman yang

sebenarnya pada suatu ayak terhadap ayakan beriku yang lebih kecil adalah 1,41.

Gambar 5. Alat Saringan Getaran

8

2. Mikroskop

Mikroskop dapat terbagi menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Mikroskop optic

Mikroskop optic dapat digunakan untuk mengukur ukuran partikel

sampai 0,2 mm sampai 200 nanometer. Penggunaan panjang gelombang

cahaya, seperti sinar ultraviolet, adalah salah satu cara untuk meningkatkan

resolusi spasial dari mikroskop optik, seperti halnya perangkat seperti

bidang dekat mikroskop optik.

Mikroskop Optik memiliki bias kaca dan kadang-kadang dari plastik

atau kuarsa , untuk memfokuskan cahaya ke dalam mata atau lain detektor

cahaya. Mikroskop optik Cermin berbasis beroperasi dengan cara yang sama

b. Mikroskop electron

Tiga varian utama mikroskop elektron ada:

Scanning electron microscope (SEM)

Scanning elektron mikroskop ( SEM ): terlihat pada permukaan benda

massal dengan memindai permukaan dengan berkas elektron halus dan

pengukuran refleksi. Dapat juga digunakan untuk spektroskopi. Lihat juga

mikroskop elektron scanning lingkungan (ESEM).

Transmission electron microscope (TEM)

Transmisi elektron mikroskop ( TEM ): elektron melewati sepenuhnya

melalui sampel, analog dengan mikroskop optik dasar. Hal ini

membutuhkan persiapan sampel hati-hati, karena elektron tersebar begitu

kuat oleh materials, kebanyakan adalah perangkat ilmiah yang

memungkinkan orang untuk melihat benda-benda yang biasanya tidak bisa

dilihat dengan mata telanjang atau telanjang.

Scanning Tunneling Microscope ( STM )

Scanning Tunneling Microscope ( STM ) adalah teknik yang kuat untuk

melihat permukaan pada tingkat atom.

9

Gambar 6. Beberapa Jenis Mikroskop

3. Difraksi Laser

Difraksi laser, juga dikenal sebagai Statis Hamburan Cahaya, telah menjadi

salah satu partikel paling banyak digunakan sizing teknik distribusi di berbagai

industri. Sampel yang dapat dianalisis di kedua suspensi cair atau dasar dispersi

kering. Bahan sampel melewati sebuah sinar laser yang menghasilkan sinar laser

tersebar di berbagai sudut. Detektor ditempatkan pada sudut tetap mengukur

intensitas cahaya yang tersebar pada posisi tersebut. Suatu model matematika

(Mie atau Fraunhoffer Teori) kemudian diaplikasikan untuk menghasilkan

distribusi ukuran partikel. Hasil akhir dilaporkan atas dasar Volume Spherical

Setara Diameter.

Ukuran partikel oleh Laser Difraksi secara luas diakui oleh berbagai standar

dan lembaga pembinaan seperti ISO, ASTM, USP, EP dan JP. Kemampuan ini

teknik untuk melakukan analisis dispersi kering atau cair membuat pilihan yang

baik untuk partikel ukuran umum aplikasi dan jangkauan luas dinamis (submikron

untuk milimeter) telah terbukti berguna bagi, lingkungan farmasi, makanan,

kecantikan kesehatan, dan industri lainnya.

Berbagai jenis sampel berlaku untuk analisis dengan Laser Difraksi termasuk

obat-obatan aktif (API), eksipien, flyash, air limbah keruh, dan sampel emisi

lingkungan. aplikasi umum meliputi QA / QC pengujian batch, pengukuran

penyelidikan umum screening dan studi banding.

10

Gambar 7. Difraksi Laser

4. Electrozone (Teknik Coulter Counter)

Electric Sensing Zona juga disebut sebagai Teknik Coulter atau Coulter

Counter. Instrumen ini dengan resolusi tinggi, perhitungan partikel dengan

kecepatan tinggi dan analisa distribusi ukuran partikel yang mencakup rentang

nominal sekitar 1,0 um untuk 300um. Dalam keadaan khusus, tingkat deteksi yang

lebih rendah dapat dikurangi menjadi sekitar 0,4 um. Data biasanya disajikan pada

Frekuensi (Populasi) dan Volume (Mass) dasar dengan Ukuran.

Partikel tersuspensi dalam cairan konduktif (air atau organik) diambil melalui

aperture safir presisi di sisi salah satu dari yang dua elektroda platinum. Sebuah

arus konstan terkesan pada elektroda yang menghasilkan tegangan konstan di

aperture. Pada saat perpindahan partikel melalui aperture (lubang biding kamera),

pulsa tegangan dihasilkan karena perubahan resistansi elektrolit. Perubahan

sebanding dengan volume partikel. Oleh karena itu, metode analisis menentukan

volume dari sebuah partikel dalam tiga dimensi. Sinyal dihitung sebagai satu

aktivitas (jumlah partikel yaitu) dan secara bersamaan, volume langsung

ditentukan. Selain itu, data yang disajikan berdasarkan setara Diameter Bulat

ditingkatkan karena tidak ada teori optik cahaya yang terlibat dalam prinsip

pengukuran.

11

Gambar 8. Elektrozone (Teknik Coulter Counter)

5. Sedimentasi

Menentukaan ukuran dengan sedimentasi adalah suatu cara yang tidak terlalu

sulit dan dapat dijelaskan menggunakan persamaan Stoke. Kesulitan yang terjadi

yaitu ketika menentukan jumlah partikel pada tiap ukuran, permasalahan ini dapat

diselesaikan menggunakan alat X-ray untuk mendeteksi massa.

SediGraph dapat digunakan untuk sedimentasi dari suspensi liquid-solid yang

homogeny untuk dipisahkan ukurannya. Penyerapan X-ray secara langsung

mendeteksi konsentrasi massa yang dapat dengan mudah terpisah dari kumpulan

partikel. Mengukur kecepatan partikel dengan densitas dibawah gravitasi yang

melalui liquid dengan densitas yang diketahui merupakan parameter yang

digunakan pada persamaan Stoke dan untuk menghitung ukuran ekivalen partikel

bola.

Gambar 9. Alat SediGraph

12

6. Photozone

Mengaburkan cahaya, juga disebut sebagai Photozone dan Single Particle

Optical Sensing (SPOS), adalah teknik analisis resolusi tinggi mampu mendeteksi

persentase kecil. Hal ini juga dapat digunakan untuk mendapatkan distribusi

ukuran keseluruhan, bila dioperasikan dengan teknik yang tepat. Satu

pertimbangan penting ketika memilih photozone adalah konsentrasi sampel yang

disajikan kepada instrumen. Sampel harus dalam bentuk encer untuk analisis.

Teknologi ini bekerja dengan melewatkan aliran encer partikel dalam suspensi

cair antara sumber cahaya dan detektor. Sumber cahaya dalam hal ini adalah

dioda laser, yang menerangi partikel individu dalam aliran dan menghasilkan

bayangan atau penyumbatan cahaya pada detektor. Penyumbatan ini disebut

mengaburkan cahaya.

Ukuran Detektor ini digunakan dalam pengurangan intensitas cahaya dan

menggunakan kurva kalibrasi, proses sinyal untuk menentukan ukuran partikel.

Sinyal juga dihitung sebagai satu aktivitas, sehingga teknik ini mampu

menganalisis partikel tunggal. Hasilnya dapat dilaporkan pada Jumlah dan / atau

dasar Volume tertimbang, dengan menggunakan asumsi ekivalen diameter bola.

Gambar 10. Photozone

BAB II

PARTIKEL TUNGGAL DALAM FLUIDA

2.1. Sifat Zat Padat

Sifat zat padat sangat berkaitan dengan operasi dan perencanaan alat

untuk penganan zat padat. Beberapa sifat dalam zat padat diantaranya adalah :

1. Densitas

Densitas adalah massa persatuan volume. Satuan yang biasa digunakan

adalah gram/cm3 atau lb/cuft. Ada beberapa pengertian densitas yang

dikenal dalam padatan yaitu :

a. Bulk Density

Bulk density atau densitas curah adalah total massa persatuan volume

tempat zat tersebut berada. Volume zat diukur tanpa melakukan ketukan

pada dinding tempat zat. Densitas curah sangat penting dalam

penyimpanan zat padat. Beberapa faktor yang mempengaruhi densitas

curah adalah spesifik gravity, distribusi ukuran, kandungan air, derajat

kekompakan dan pengaruh lingkungan lainnya.

b. Apparent Density

Apparent density atau lebih dikenal dengan particle density yaitu

densitas zat padat berpori tanpa memandang volume pori. Densitas zat

padat diukur menggunakan piknometer yaitu dengan mengukur

bedasarkan volume air raksa yang dpindahkan setelah zat padat tersebut

dimasukkan kedalam piknometer yang penuh berisi air raksa.

c. True density

True density merupakan densitas zat padat dengan melakukan koreksi

terhadap volume pori yang dipunyainya. Volume zat padat tersebut belum

termasuk porinya.

Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan piknometer dengan

menggunakan liquid yang mempunyai ukuran molekuler kecil seperti air

dan metnol. Dengan menggunakan zat tersebut, maka pori-pori zat padat

yang akan diukur densitasnya dapat terisi sempurna secara penetrasi oleh

liquid tersebut.

Untuk zat padat bersifat hidropobik seperti batubara rang tinggi,

penetrasi liquid diatas dapat dibantu dengan menggunakan wetting agent

seperti polietilen glikol dan ester. Fungsi wetting agent adalah gugus

polarnya akan mengikat air atau methanol.

2. Spesific gravity

Specific gravity adalah ratio densitas zat terhadap densitas zat tertentu

(zat referensi). Sebagai zat referensi adalah zat padat atau air pada suhu 4oC.

3. Hardness (kekerasan)

Hardness atau kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan dari suatu

material terhadap goresan/guratan. Hardness biasanya dinyatakan sebagai

angka yeng termuat dalam skala mohs. Skala mohs 1-4 tergolong material

lunak, skala mohs 4-7 tergolong sedang dan sisanya disebut material keras.

4. Brittleness atau Friability (kerapuhan)

Brittleness menyatakan kemudahan suatu material untuk pecah karena

adalanya pukulan atau benturan dengan benda lain. Kekerasan material

bukanlah kriteria yang menjamin untuk kerapuhannya. Contohnya adalah

gypsum, maerial ini lunak tetapi sulit untuk dipecahkan. Struktur Kristal juga

menentukan bentuk pecahan partikel alamiah dari setelah material pecah.

5. Toughness (liat atau kenyal)

Toughness adalah kebalikan dari friability yang merupakan sifat dari

logam/metal dan aloyy yang tahan terhadap pukulan.

6. Friction

Friction adalah ketahanan suatu material terhadap gesekan apabila dua

material disentuhkan

7. Angle of repose (sudut curam alami)

Angle of repose adalah sudut terbesar dari tumpukkan padat dimana

belum terjadi pergeseran atau keruntuhan. Angle of ripose ini penting dalam

penyimpanan material padat yang ditumpuk ditempat terbuka dan

penempatan material pada belt conveyor.

2.2. Gerakan Partikel Padat Dalam Fluida

Partikel padatan yang terdapat dalam fluida akan memberikan pengaruh

terhadap partikelnya. Fluida bisa dalam keadaan bergerak atau bendanya yang

bergerak dengan fluida diam, atau juga kedua-duanya bergerak. Permasalahan

yang timbul adalah bukan fase mana yang bergerak dan diam, yang terpenting

adalah kecepatan relative antar kedua fasa tersebut.

Gaya yang diberikan pada benda padat dalam aliran fluida dipengaruhi

oleh keterbulenan, yang berbeda dari gaya adalah dalam benda padatnya yang

bergerak dengan kecepatan relative yang sama didalam massa udara yang

laminar. Benda yang jatuh bebas melalui medium kontinyu bergerak dalam

pola spiral atau berputar pada sumbunya atau mengalami kedua hal tersebut

secara bersamaan. Gaya yang bekerja pada benda itu tidak akan sama, jika

benda itu diam dan fluidanya yang mengalir melewatinya.

Terdapat beberapa factor yang mempengaruhi gerakan partikel yang

berada dalam fluida yang bergerak, diantaranya adalah :

a. Gaya seret (drag force)

Gaya pada arah aliran yang diberikan fluida terhadap benda padat

didalam aliran disebut dengan gaya seret (drag force). Menurut hukum

ketiga Newton tentang gerakan, benda itu akan memberikan gaya juga yang

besarnya sama dengan fluidanya, tetapi dengan arah yang berlawanan

seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 dibawah ini. Satu-satunya gaya yang

bekerja adalah geser dinding, tetapi pada umumnya dinding benda yang

berada didalam fluida itu membuat sudut dengan arah aliran. Komponen

geser dinding itu yang menyebabkan seret (drag).

Seret (drag) total dari dinding yang didapatkan hasil integrasi disebut

seret dinding (wall drag) dan dari hasil integrasi tekanan seret bentuk (form

drag).

p cos a dA

(seret bentuk)

Gaya yang disebabkan

tekanan = pdA

Arah aliran

tW sin a dA

(seret dinding)

tW d

A

dA

uo

Gambar 2.1. Seret dinding dan seret bentuk pada benda yang berada

didalam aliran fluida

b. Koefisien seret

Suatu faktor gesek didefinisikan sebagai rasio tegangan geser terhadap

hasil kali tinggi-tekan kecepatan dan densitas. Benda yang berada dalam

aliran fluida digunakan koefisien seret. (drag coefficient).

Misalkan sebuah bola licin didalam fluida yang berada pada jarak yang

cukup jauh dari batas benda padat arus itu, sehingga arus datang merupakan

aliran potensial. Luas proyeksi benda didefinisikan sebagai luas yang

didapatkan dengan memproyeksikan benda itu pada bidang yang tegak lurus

terhadap arah aliran.

Untuk bola, luas proyeksi adalah luas lingkaran besar, yaitu 𝜋

4𝐷𝑝

2, Dp

ialah diameter bola. Jika seret total adalah FD, seret rata-rata persatuan luas

proyeksi adalah FD/Ap. Factor gesek adalah rasio tw terhadap hasil kali

densitas fluida dengan tinggi tekan kecepatan.

Koefisien seret CD didefinisikan sebagai rasio FD/Ap terhadap hasil

kalinya.

𝐶𝐷 =

𝐹𝐷𝐴𝑝

𝜌𝑢𝑜2

2𝑔𝑐

………………………… (1)

Dimana uo adalah kecepatan arus datang (dengan asumsi uo konstan pada

seluruh luas proyeksi).

Pada partikel bukan bola yang tidak berbentuk bola, terlebih dahulu

menentukan ukuran dan bentuk geometri benda itu dan orientasinya terhadap

arah aliran fluida. Satu dimensi utamanya dipilih untuk digunakan sebagai

panjang karakteristik dan dimensi penting lainnya diberikan sebagai rasio

terhadap dimensi pilihan tersebut. Setiap rasio dinamakan faktor bentuk

(shape factor). Untuk silinder pendek biasanya diameter dipiih sebagai

dimensi penentu dan rasio panjang terhadap diameter sebagai factor bentuk.

Orientasi partikel dalam arus juga diketahui. Silinder dapat menggunakan

sudut antara sumbu silinder dan arah aliran. Jadi luas proyeksi sudah tertentu

dan dapat dihitung. Untuk silinder Ap adalah LDp, dimana L adalah panjang

silinder. Untuk silinder yang sumbunya sejajar dengan arah lingkaran Ap

adalah 𝜋

4𝐷𝑝

2 sama dengan bola yang diameternya sama.

Dari analisa dimensi, koefisien seret benda padat licin didalam fluida tak

mampu mampat bergantung pada angka Reynold dan faktor bentuk. Untuk

setiap bentuk tertentu Angka Reynold partikel didalam fluida didefinisikan

sebagai :

𝑁𝑅𝑒=

𝐺𝑜𝐷𝑝𝜇

…………………………………………(2)

Dimana : Dp = panjang karakteristik

Go = uo

Secara teori Stokes hanya dipakai pada Angka Reynold lebih kecil dari

satu, tetapi pada kenyataanya dapat digunakan tanpa kesalahan yang besar.

Jika Angka Reynold ditingkatkan sampai 10 atau lebih, tidak dapat

menggunakan hukum Stokes, pemisahan akan terjadi pada titik didapat

bidang ekuator bola.

Gambar 2.2. Berbagai bentuk tahanan dari partikel dalam fluida

2.3. Partikel Jatuh Dibawah Gravitasi Dalam Fluida Bergerak

Gerakan partikel melalui fluida memerlukan suatu gaya luar pada partikel

itu. Gaya tersebut dapat disebabkan oleh densitas antara partikel dan fluida

atau diakibatkan oleh perbedaan medan listrik atau medan magnet.

Terdapat tiga gaya yang bekerja pada partikel yang dalam keadaan

bergerak didalam fluida :

1. Gaya luar (gravitasi atau sentrifugasi) adalah gaya yang disebabkan

karena massa dari benda tersebut

2. Grag force (gaya seret) adalah Gaya pada arah aliran yang diberikan

fluida terhadap benda padat didalam aliran disebut dengan gaya seret

3. Buoyancy force (gaya apung) adalah gaya yang bekerja ke atas

diberikan oleh fluida, yang menentang berat suatu obyek. Besarnya

gaya yang sama dengan perbedaan tekanan antara bagian atas dan

bagian bawah kolom, dan juga setara dengan berat fluida yang

dinyatakan akan menduduki kolom.

Gambar 2.3. Gaya Buoyancy pada partikel padat

Partikel dengan massa m bergerak dalam fluida dibawah pengaruh gaya

luar Fe, misalkan kecepatan partikel terhadap fluida adalah u. Gaya apung

yang berkerja pada partikel tersebut adalah Fb dan gaya seret adalah FD. Gaya

resultan yang bekerja pada partikel tersebut adalah :

Gravitasi – gaya apung – gaya seret = gaya akselerasi

Fe – Fb – FD = 𝑚

𝑔𝑐

𝑑𝑢

𝑑𝑡........................(3)

Gaya luar dinyatakan sebagai hasil kali massa dan percepatan partikel,

𝐹𝑒 =𝑚𝑎𝑒𝑔𝑐

……………………… (4)

Gaya apung, menurut hukum Archimedes adalah hasil kali antara massa

fluida yang dianjakan partikel da percepatan karena gaya luar. Volume

partikel tersebut adalah m/, dimana adalah densitas partikel, sehingga gaya

apung menjadi :

𝐹𝑏 =𝑚𝜌𝑎𝑒𝜌𝑝𝑔𝑐

………………………… (5)

Gaya seret adalah

𝐹𝐷 =𝐶𝐷𝑢𝑜

2𝜌𝐴𝑝

2𝑔𝑐……………………… . (6)

Dimana :

CD = koefisien seret (tidak berdimensi)

Ap = luas proyeksi partikel diukur pada bidang tegak lurus terhadap arah

gerakan partikel

uo = u

Subtitusi persamaan 4 sampai 6 ke persamaan 3, sehingga didapat :

𝑑𝑢

𝑑𝑡= 𝑎𝑒 −

𝜌𝑎𝑒𝜌𝑝−𝐶𝐷𝑢𝑜

2𝜌𝐴𝑝

2𝑚= 𝑎𝑒

𝜌𝑝 − 𝜌

𝜌𝑝−𝐶𝐷𝑢

2𝜌𝐴𝑝

2𝑚………… . . (7)

Jika gaya luar adalah gaya gravitasi, ae adalah g yaitu dengan

percepatan gravitasi,sehingga persamaan 7 menjadi :

𝑑𝑢

𝑑𝑡= 𝑔

𝜌𝑝 − 𝜌

𝜌𝑝−𝐶𝐷𝑢

2𝜌𝐴𝑝

2𝑚…………………… . . (8)

Gaya sentrifugal terdapat jika arah gerakan partikel

berubah.percepatan gaya sentrifugal karena gerakan lingkar (sirkular)

adalah ;

𝑎𝑒 = 𝑟𝜔2

Dimana : r = jari-jari

= kecepatan sudut (angular) rad/det

Persamaan 7 akan berubah menjadi :

𝑑𝑢

𝑑𝑡= 𝑟𝜔2

𝜌𝑝 − 𝜌

𝜌𝑝−𝐶𝐷𝑢

2𝜌𝐴𝑝

2𝑚…………………… . . (9)

Kecepatan terminal

Dalam dinamika fluida objek bergerak dengan kecepatan terminal, jika

kecepatan konstan untuk menahan gaya yang diberikan oleh cairan melalui

yang bergerak.

Suatu benda jatuh bebas mencapai kecepatan terminal, bila gaya ke

bawah (gravitasi) (Fg) sama dengan gaya seret (grag force) (Fd). Hal ini

menyebabkan gaya total pada objek yang akan nol, yang mengakibatkan

percepatan nol.

Sebagai objek mempercepat (biasanya ke bawah karena gravitasi), gaya

seret yang bekerja pada objek meningkat, menyebabkan percepatan menurun.

Pada kecepatan tertentu, gaya seret yang dihasilkan akan sama dengan berat

benda (mg). Pada titik ini objek berhenti untuk mempercepat sama sekali dan

terus jatuh dengan kecepatan konstan disebut kecepatan terminal (juga

disebut pengendapan kecepatan).

Gambar 2.4. Kecepatan terminal pada partikel padat

Persamaan kecepatan terminal ut didapat untuk pengendaan dibawah

gaya gravitasi dengan membuat du/dt = 0, sehingga didapat persamaan:

𝑢𝑡 = 2𝑔 𝜌𝑝 − 𝜌 𝑚

𝐴𝑝𝜌𝑝𝐶𝐷𝜌……………………… . (10)

Dalam gerakan karena gaya sentrifugal, kecepatan bergantung pada jari-

jari dan percepatan tidaklah konstan, jika partikel itu bergerak relative

terhadap fluida. Dalam beberapa hal du/dt kecil sehingga du.dt diabaikan,

maka kecepatan terminal pada radius tertentu dapat didefinisikan dengan

persamaan :

𝑢𝑡 = 𝜔 2𝑟 𝜌𝑝 − 𝜌 𝑚

𝐴𝑝𝜌𝑝𝐶𝐷𝜌……………………… . (11)

Kecepatan Terminal untuk gerakan partikel berbentuk bola

Jika partikel berbentuk bola dengan diameter Dp, maka :

𝑚 =𝜋𝐷𝑝

2𝜌𝑝

6………………………… (12)

𝐴𝑝 =𝜋𝐷𝑝

2

4………………………… (13)

Subtitusi persamaan 12 dan 13 ke persamaan 10, maka persamaan akan

berubah menjadi :

𝑢𝑡 = 4𝑔 𝜌𝑝 − 𝜌 𝐷𝑝

3𝐶𝐷𝜌……………………… . (14)

Jika angka Reynold rendah

𝐶𝐷 =24

𝑁𝑅𝑒 ,𝑝………………………… . (15)

𝐹𝐷 =3𝜋𝜇𝑢𝑡𝐷𝑝

𝑔𝑐………………… . (16)

𝑢𝑡 =𝑔𝐷𝑝

2 𝜌𝑝 − 𝜌

18𝜇………………… (17)

Jika angka Reynold 1.000 < NRe,p < 20.000

𝐹𝐷 =0,055𝜋𝐷𝑝

2𝑢𝑡2𝜌

𝑔𝑐…………………… . . (18)

𝐶𝐷 = 0,44

𝑢𝑡 = 1,75 𝑔 𝜌𝑝 − 𝜌 𝐷𝑝

𝜌……………………… . (14)

2.4. Bentuk Partikel Bukan Bola

Efek bentuk partikel bukan bola untuk menentukan koefisien gesek akan

susah ditentukan. Hal ini terjadi dimungkinkan karena bentuk partikel yang

tidak beraturan.

Bentuk partikel mempengaruhi koefisien seret yang jauh dari intermediet

dan hukum newton daripada hukum Stokes. Untuk partikel non bola angka

Reynold partikel bedasarkan persamaan volme diameter bola. Diameter bola

sama dengan volume partikel. Pada Gambar 2.5 menunjukkan kurva untuk

partikel dengan sperisitas berbeda.

Partikel kecil dalam gas dan partikel dalam liquid dengan akselerasi

secara cepat ke kecepatan terminal. Sebagai partikel 100 µm jatuh dari air

diam, diinginkan 1,5 ms untuk mencapat kecepatan terminal 2 mm/s. Dapat

dilihat pada table 1.

Gambar 2.5. Koefisien seret Vs angka Reynold untuk sperisitas dengan

range 0,125 sampai 1

Pada gambar 2.6 berikut ini dapat ditunjukkan bentuk aliran fluida

melalui beberapa jenis partikel.

Gambar 2.6. Bentuk aliran fluida yang melewati benda padat yang berbeda

BAB III

ALIRAN FLUIDA MELALUI PARTIKEL PACKED BED

4.1. Hubungan Pressure Drop-ALiran

Pada umumnya aliran fluida dapat dibedakan atas (1) aliran dalam saluran,

yaitu aliran yang dibatasi oleh permukaan-permukaan keras, dan (2) a1iran sekitar

benda, yang dikelilingi oleh fluida yang selanjutnya tidak terbatas. Perbedaan

demikian hanyalah untuk memudahkan peninjauan saja, karena gejala dasar dan

kelakuan fluida berlaku pada kedua keadaan tersebut. Aliran melalui pipa dipilih

untuk mewakili bentuk penampang lain karena dilapangan secara garis besar

dapat kita jumpai dalam aplikasi lapangan. Terdapat dua macam bentuk aliran

fluida, diantara adalah :

a. Aliran Laminer

Pada aliran laminar fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus,

sejajar dalam lapisan-lapisan. Besarnya kecepatan-kecepatan dari lapisan-

lapisan yang berdekatan tidak sama. Aliran laminar diatur oleh hukum yang

menghubungkan tegangan geseer ke laju perubahan bentuk sudut, yaitu hasil

kali kekentalan fluida dan gradien kecepatan atau , kekentalan fluida

tersebut dominan dan karenanya mencegah setiap kecenderungan menuju

kondisi-kondisi turbulen.

Kecepatan kritis adalah kecepatan dibawah turbulensi oleh kekentalan

fluida. Batas aliran laminar dinyatakan oleh bilangan Reynold sebesar 2000,

aliran fluida yang berada pada 2000-4000 akan berubah menjadi turbulen.

Gambar 4.1. Bentuk Aliran Laminer

37

b. Aliran Turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak

menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan,

yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian

fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka

turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh

fluida.

Kecepatan kritis atau kecepatan laminar yang berubah menjadi kecepatan

turbulen dipengaruhi oleh empat buah besaran yaitu diameter tabung,

viskositas, densitas dan kecepatan linier rata-rata. Pengelompokan variabel

tersebut dapat dirumuskan menjadi persamaan :

Dimana :

D = diameter tabung

v = kecepatan rata-rata linear

µ = viskositas

Keturbulenan dapat dibangkitkan dengan berbagai cara selain aliran

melalui pipa. Aliran turbulen dapat terjadi karena kontak antara arus aliran

dengan batas padat atau kontak antara dua lapisan fluida yang bergerak

dengan kecepatan berbeda.

Aliran turbulen terdiri dari suatu massa pusaran dari berbagai ukuran

yang terdapat bersama-sama didalam arus aliran itu. Pusaran-pusaran yang

besar selalu terbentuk secara sinambung lalu pisah menjadi pusaran kecil,

selanjutnya membentuk pusaran-pusaran yang lebih kecil lagi yang pada

akhirnya pusaran-pusaran kecil itu akan hilang.

Setiap pusaran tertentu mengandung sejumlah energy mekanik tertentu.

Energi pusaran yang paling besar disediakan oleh energi potensial bulk benda

itu. Dari sudut pandangan keturbulenan tidak lain dari suatu proses

perpindahan dimana pusaran yang besar-besar, memberikan energi rotasi

38

bersama serentetan pusaran kecil-kecil. Energi mekanik tidak banyak dilepas

menjadi kalor pada waktu pecahnya pusaran-pusaran besar menjadi makin

kecil, tetapi energy itu tidak dapat menjaga tekanan terhadap aliran dan sama

sekali tidak mempunyai nilai praktis. Energi mekanik ini akhirnya dirubah

menjadi kalor pada waktu pusaran yang terkecil dihabiskan oleh viskositas.

Aliran laminar dan turbulen dapat ditentukan dengan bilangan Reynold,

berikut ini adalah batasan untuk jenis aliran :

Bila Re < 2100, aliran laminer.

Bila Re > 4000, aliran turbulen. Untuk Re > 10.000, aliran turbulen

sempurna.

Nilai Re antara 2100 – 4000 adalah aliran transisi.

Gambar 4.2. Jenis Aliran Laminar dan Turbulen

4.2. Filtrasi

Filtasi atau penyaringan adalah pemisahan partikel padat dari fluida dengan

jalan melewatkan fluida melalui medium penyaring atau septum, dimana zat padat

tersebut tertahan. Fluidanya bisa zat cair atau gas, arus yang berharga mungkin

fluidanya atau bahkan padatannya, atau mungkin juga kedua-duanya.

Fluida mengalir melalui medium filter karena adanya perbedaan tekanan

melintas medium itu. Filter beroperasi pada tekanan yang lebih tinggi dari tekanan

atmosfer disebelah hulu medium filter dan beroperasi dengan tekanan atmosfer

39

disebelah hulu dan vakum disebelah hilir. Tekanan diatas atmosfer disebabkan

oleh gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah kolom zat cair oleh pompa, blower

atau gaya sentrifugal. Medium filter harus memenuhi syarat-syarat, diantaranya

adalah :

a. Harus dapat menahan zat padat yang akan disaring dan menghasilkan

filtrat yang cukup jernih

b. Tidak mudah tersumbat

c. Harus tahan secara kimia dan kuat secara fisik dalam kondisi proses

d. Harus memungkinkan penumpukan ampas dan pengeluaran ampas secara

total dan bersih

e. Tidak terlalu mahal

Filter yang digunakan di industri adalah filter tekanan atau vakum. Alat itu

ada yang kontinyu ada juga yang batch. Filter dapat dikelompokan menjadi dua

golongan yaitu : filter klarifikasi (clarifying filter) dan filter ampas (cake filter).

Filter klarifikasi digunakan untuk memisahkan zat padat yang kuantitasnya kecil

dan menghasilkan gas yang bersih atau zat cair yang bening. Filter ampas adalah

untuk memisahkan zat padat yang kuantitasnya besar dalam bentuk ampas, kristal

atau lumpur. Biasanya filter ini dilengkapi untuk pencucian zat padat dan untuk

mengeluarkan sebanyak-banyaknya sisa zat cair dari zat padat sebelum zat padat

tersebut dikeluarkan.

4.3. Teori Dasar Filtrasi

a. Pressure Drop Fluida Melalui Filter Cake

Aliran filtrat melalui packed bed dari cake dapat dijelaskan dengan hukum

Poiseuille dengan asumsi aliran yang melalui filter adalah laminar. Berikut ini

adalah persamaan yang diterangkan dalam hukum Poiseuille untuk aliran

laminar pada pipa lurus.

Dimana : p = pressure drop (N/m2) L = panjang (m)

v = kecepatan pipa terbuka = viskositas (Pa.s)

40

Gambar 4.3. Bagian yang dilalui filter cake

Untuk aliran laminar dalam packed bed dari partikel persamaan Carman-

Kozeny merupakan hubungan antara persamaan 1 dengan persamaan Blake-

Kozeny yang dapat digunakan pada filtrasi.

Persamaan Blake-Kozeny adalah :

Maka persamaan yang dapat digunakan dalam filtrasi adalah :

Dimana k1 adalah konstan yang sebanding dengan 4,17 untuk partikel

sembarang dengan ukuran dan bentuk tertentu. Kecepatan linear berdasarkan area

penampang kosong.

Dimana A adalah area filter dalam m2 dan V (m

3) total filtrate yang

terkumpul selama waktu t (s). Ketebalan cake L brhubungan dengan volume

filtrate V dengan neraca massa. Jika cs adalah kg solid/m3 dari filtrate. Persamaan

neraca massa adalah sebagai berikut :

Dengan mensubtitusi persamaan 4 ke persamaan 3 dan dengan menggunakan

persamaan 5 untuk menentukan L, sehingga persamaannya menjadi :

Filter cake

dL

Filtrate Aliran slurry

Medium fliter

41

Dimana adalah tahanan spesifik cake dalam m/kg, persamaannya adalah :

Untuk tahanan medium filter dapat ditulis dengan menyamakan persamaan 6

Dimana Rm adalah tahanan medium filter untuk aliran filtrate dalam m-1

dan

adalah pressure drop. Ketika tahanan cake dan medium filter adalah seri, maka

dan persamaan 6 dan 8 dapat digabung menjadi persamaan :

Dimana :

Terkadang persamaan 9 dapat dimodifikasi menjadi persamaan :

Dengan Ve adalah volume filtrat yang dibutuhkan untuk membangun filter cake

semu yang tahanannya sebanding dengan Rm. Volume filtrate V dapat juga

hubungkan dengan W (kg) dari akumulasi cake kering dari solid, dengan

persamaan :

Dimana cs adalah fraksi massa dari solid dalam slurry, m adalah rasio massa dari

cake basah dengan cake kering dan adalah densitas filtrat dalam kg/m3.

b. Persamaan Filtrasi Untuk Tekanan Konstan

1. Persamaan dasar untuk kecepatan filtrasi dalam proses batch

Kebanyakan filtrasi dilakukan pada kondisi tekanan konstan. Persamaan 9

dapat susun ulang sehingga menjadi persamaan

Dimana Kp dalam s/m6 dan B dalam s/m

3

42

2. Persamaan untuk mencuci dari filter cake dan total waktu berputar

Membersihkan filter cake setelah filtrasi membutuhkan perpindahan

filtrat dan dengan difusi. Jumlah cairan pencuci seharusnya cukup untuk

menghilangkan efek pencucian. Untuk menghitung laju pencucian

diasumsikan pada kondisi selama pencucian adalah sama sampai selesai

filtrasi. dengan mengasumsikan struktur cake tidak dibuat-buat, ketika

cairan pencuci menggantikan cairan slurry dalam cake.

Untuk filtrasi pada tekanan konstan menggunakan tekanan yang sama

selama pencucian dan proses filtrasi. persamaannya adalah :

Dimana adalah kecepatan pencucian dalam m3/s dan Vf adalah

total volume filtrat pada saat mulai sampai selesai filtrasi dalam m3

Untuk filter plate and frame, cairan pencuci begerak melalui cake dua

kali ketebalan dan area hanya setengah dari luas dalam filtrasi, jadi untuk

memprediksikan kecepatan pencucian adalah ¼ dari kecepatan filtrasi

akhir.

c. Persamaan Filtrasi Untuk Kecepatan Konstan

Dalam beberapa kasus filtrasi berjalan dengan membuat kondisi kecepatan

konstan dibandingkan dengan tekanan konstan. Hal ini terjadi jika slurry sebagai

umpan menggunakan pompa positif displacement. Persamaan 9 dapat disusun

ulang untuk menentukan laju alir konstan.

43

Dimana Kv dalam N/m5 dan C dalam N/m

2

Jika asumsi cake adalah incompressible, Kv dan C adalah karakteristik

kontanta dari slurry, cake dan aliran filtrate, plot antara –Δp dengan volume total

filtrate yang telah terkumpul, V. Berikan garis lurus untuk kecepatan konstan

dV/dt. Slope adalah Kv dan intersept adalah C. Tekanan meningkat dengan

ketebalan cake meningkat dan volume filtrate yang terkumpul juga meningkat.

Persamaannya dapat juga disusun ulang dalam bentuk –Δp dan waktu t

sebagai variabel.

Subtitusikan persamaan 20 ke persamaan 17, sehingga menjadi :

4.4. Peralatan Filtrasi

Alat penyaring yang dapat dipakai dalam industri sangat beragam tipenya

akan tetapi secara umum dapat digolongkan menjadi :

1. Sand Filter

Sand filter ada dua tipe yaitu : terbuka (open) dan bertekanan (pressure).

Filter jenis ini adalah jenis filter yang paling sederhana yang telah lama

digunakan dengan operasi dan pemakaian yang sederhana pula, misalnya untuk

meyaring air.

Filter jenis ini dipakai apabila jumlah padatan yang akan dipisahkan dari

fluidanya dengan jumlah yang kecil dibandingkan volume fluida yang akan

disaring.

44

Media filter terdiri dari lapisan pasir atau batuan kecil di isikan ke dalam

suatu tempat penampung berupa drum atau kotak. Media filter dapat pula di

modifikasi dengan tambahan lapisan batu bata dan ijuk untuk membantu

penyaringan partikel yang agak kasar. Drum atau kotak dapat terbuka atau

tertutup. Fluida di alirkan dari bagian atas dan filtratnya di tampung dari bagian

bawah filter. Jenis ini banyak digunakan oleh masyarakat untuk menjernihkan

air sungai atau air yang keruh untuk medapatkan air jernih.

Sand filter efektif untuk menghilangkan polutan dalam air. Sand filter

secara umum mengontrol aliran air dengan control aliran yang terbatas. Tipe

system sand filter terdiri dari dua atau tiga basin. Pertama adalah kolam

sedimentasi untuk memindahkan floatable dan sediment berat. Kedua adalah

kolam penyaringan untuk menghilangkan polutan dengan mengalirkan ke sand

bed. Ketiga adalah kolam keluaran.

Gambar 4.4. Sand filter

2. Pressure Sand Filter

Adalah sand filter yang tertutup, di dalam drum terdiri dari susunan lapisan

pasir, batuan atau bahan lainnya secara berurutan. Fluida dimasukan dari

bagian atas melalui sebuah baffle yang berfungsi untuk mencegah aliran fluida

tidak mengganggu lapisan yang dilewatinya. Kotoran akan tersaring pada

45

lapisan yang dilewatinya dan fluida akan lewat melalui lubang-lubang pada

bagian bawah drum filter.

Jika kotoran sudah banyak menumpuk pada lapisan maka akan

mengganggu aliran fluida dan harus dibersihkan yang disebut dengan back

wash. Pencucian (back wash) dilakukan dengan mengalirkan air pencuci

berlawanan arah dengan operasi aliran filtrasi. Air pencuci dialirkan dari

bawah dan dikeluarkan dari bagian atas.

Tipe terbuka dan pressure sand filter tidak cocok untuk endapan yang

brsifat seperti agar-agar (gelatin) atau yang dapat menutupi pori-pori yang tak

dapat dipisahkan sewaktu pencucian.

Gambar 4.5. Vertical pressure sand filter

3. Filter Press

Filter press terdapat dalam berbagai model dan ukurannya dipakai

beragam penggunaan dalam industri. Jenis-jenis Filter Press adalah :

A. Plate and Frame Filter

Filter jenis ini banyak dipakai dan dihasilnya cukup memuaskan.

Seperti pada pengilangan minyak yang digunakan untuk menyaring

kandungan lilin dalam minyak mentah.

46

Flate and frame dibuat dari flate berlekuk dan agak ramping, ditunjang

dengan kerangka.

Material yang akan difiltrasi di pompakan melalui feed chanel

sehingga akan memenuhi frame, feed masuk secara kontinyu menekan

media filter, sehingga tekanan semakin besar dan proses penyaringan

terjadi. Partikel solid atau cake tertahan pada filter media, sedangkan

fluida (filtrat) nya menembus media filter, ditampung di bagian bawah

frame dan dikeluarkan melalui kran pengosongan.

Gambar 4.6. Filter plate and frame

Gambar 4.7. Plate and frame

47

B. Pressure leaf filters

Pressure leaf filter dirancang untuk keluar solid dalam kondisi kering

atau basah, secara total dalam kondisi tertutup dengan operasi otomatis.

Tiap tipe pressure leaf filter dilengkapi dengan pressure vessel yang

diletakan satu atau lebih elemen filter dengan konstruksi segi empat atau

lingkaran. Media filter terbuat dari serat sintetik, mesh metal. Outlet leaf

dihubungkan tersendiri ke berbagai jenis oulet yang melewati dinding

pressure vessel.

Material yang akan disaring dalam vessel bertekanan dan dipisahkan

dari padatan akan disimpan dalam permukaan leaf, dan liquid melewati

sistem pembuangan dan keluar filter. Waktu cycle dihitung dengan

tekanan, kapasitas cake atau jumlah batch. Pencucian cake untuk recovery

mother liquor dapat dibawa sebelum solid keluar sebagai slury atau cake

kering.

Gambar 4.8. “Verti-jet” pressure leaf filter

48

4. Rotary Drum Filter

Secara luas filter vakum yang digunakan adalah rotary drum filter yang

dipatenkan di Inggris oleh William James Hart. Kebanyakan digunakan drum

secara kontinyu ini memberikan keungguluan maksimum, biaya rendah, dan

juga bermacam variasi masing-masing periode waktu filtrasi, pencucian dan

pengeringan.

Permukaan dari drum dilapisi dengan kain filter dan drum dirancang untuk

berputar pada kecepatan rendah, biasanya antara 0,0016-0,004 Hz (0,1-0,125

rpm) atau sampai 0,05 Hz (3 rpm) untuk penyaringan bebas material.

Dalam pencapaian performa yang konsisten dari continuous filter,

dibutuhkan media filter pada proses pembersihan. Tipe filter vakum ini

menginginkan pemindahan secara komplit dan kontinyu dari filter cake dari

permukaan drum, kondisi operasi sering dipengaruhi oleh kebutuhan

penghilangan cake, dan lagi untuk mencapai kapasitas besar dan pencucian dan

pengeringan cake yang baik,sistem pengeluaran cake kebanyakan drum tipe

filter vakum harus dirancang secara komplit dan pemindahan secara kontinyu

dari cake yang sangat tipis.

Gambar 4.9. Layout rotary drum filter

49

Gambar 4.10. Rotary drum filter untuk operasi leaching zinc

FLUIDISASI

1.2. Reaktor Katalitik Terfluidisasi

Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan

fluida cair maupun gas. Dengan metode ini butiran-butiran padat memiliki sifat

seperti fluida dengan viskositas tinggi.

Pada laju alir yang cukup rendah, butiran padat akan tetap diam, karena

gas hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkab perubahan

susunan partikel tersebut. Keadaan ini disebut dengan unggun diam atau fixed

bed. Sedangkan kalau laju alir dinaikan akan sampai keadaan dimana unggun

padatan akan tersuspensi di dalam aliran gas yang melaluinya. Pada keadaan ini

masing-masing butiran akan terpisahkan satu sama lain sehingga dapat bergerak

dengan lebih mudah. Pada kondisi butiran yang dapat bergerak ini sifat unggun

akan menyerupai suatu cairan dengan viskositas tinggi, mempunyai sifat

hidrostatik dan sebagainya. Sifat unggun seperti ini disebut unggun terfuidisasi.

Gb 3.9. Unggun padatan yang tersuspensi oleh aliran gas

Reaktor fluidized Bed adalah reaktor yang mereaksikan pereaksinya

hingga menjadi product, dengan proses memfluidisasikan pereaksi yang memiliki

sifat fluiditas ( khususnya gas ) kedalam Reactor.

Gb 3.10. Reaktor Fluidized Bed

1. Fenomena & Prinsip kerja Reactor Fluidized Bed

Gejala fluidisasi pada system ini disebabkan oleh partikel Oksida

inert halus, kering dan bertingkah laku seperti Zat cair, bila partikel satu

dengan yang lainnya terpisah oleh gas yang bergerak melewati Bed.

Suatu fluidized Bed gas dapat ditinjau sebagai fasa padatan selama

menujukan batas atas yang terdefinisikan secara jelas. Pada kecepatan gas

pada aliran tertentu, kecepatan akhir padatan ter-lewati, batas atas Bed

menghilang dan kondisi Ekstrim padatan ter-lempar dari dapur oleh aliran

gas.

Dalam penentuan kwalitas aliran, suatu diagram penurunan tekanan

(ΔP) VS Kecepatan (µo) dapat dijadikan gambaran jika pengamatan secara

visual tidak dapat memungkinkan.

Gambar menunjukan hubungan antara perubahan tekanan terhadap

tekanan kecepatan aliran gas.

Pada kecepatan aliran yang rendah

didalam Bed, penurunan tekanan

sebanding dengan kecepatan gas,

mencapai nilai maximum ( ΔPMax )

sedikit lebih tinggi dari tekanan statis

partikel. Semakin meningkatnya

kecepatan gas, tumpukan partikel

menjadi tidak terkunci, dengan

demikian ruang kosong akan meningkat

dari εm ke εmf sehingga menghasilkan

penurunan tekanan ke tekanan statis

partikel, εm adalah fraksi kekosongan

pada partikel dalam keadaan tetap dan

εmf adalah fraksi kekosongan pada

fluidisasi minimum ( μmf ), partikel

mengembang pada partikel heterogen.

Semakin meningkatnya aliran gas,

penurunan praktis tidak berubah. Tidak

berubahnya penurunan

tekanan disebabkan teraduknya fasa

padat oleh gas dan tanpa halangan

yang berarti.

Pemakaian dapur fluidized Bed memberikan control atmosfer yang

lebih cermat homogenitas temperature dapur, bersih dan memberikan hasil

yang lebih pesisi.

Metode fluidized Bed memiliki banyak keuntungan yang dapat diperinci

sebagai berikut :

- Konduktivitas panas yang tinggi.

- Bebas asap dan limbah.

- Atmosfer dapur yang dapat dikontrol sesuai kondisi pemanasan yang

diinginkan.

- Efisien tinggi, ongkos produksi rendah.

- Pemanasan awal rendah.

- Partikel fluidized Bed bersifat Non-korosif dan tidak membasahi

benda kerja.

2. Parameter Fluidized Bed.

Adanya aliran turbulen dan pergerakan cepat dari fluidat, me-

nyebabkan peningkatan koefisien perpindahan panas. Sehingga sifat ini dapat

untuk memanaskan dan mendinginkan benda kerja, sama baiknya dengan

dapur salt bath. Koefisien perpindahan panas ber-kisar antara 120~1200

w/m2C.

Koefisien perpindahan panas dalam dapur Fluidized Bed di-pengaruhi

oleh beberapa factor yaitu:

a. Diameter Partikel.

Diameter partikel diusahakan sekecil mungkin, jika dibawah yang

ditetapkan, gaya elektrostatik akan menyulitkan proses. Agar proses

optimum disarankan diameter partikel berukuran 100 μm ( untuk ukuran

reactor standart ), Serta untuk besar diameter bubble didalam reactor ikut

mempengaruhi pula pada proses maximasi product dan ukuran dari pada

Bed, ( Different bubble size given different Bed sizes for maximum

production of intermediate : Levenspiel, p:464, Figure: 20.12 ).

Gb 3.11. Different bubble size given different Bed sizes for maximum

production of intermediate.( Levenspiel, p:464, Figure: 20.12 ).

b. Material Partikel.

Sifat fisik yang utama adalah rapat jenis, rapat jenis optimum

berkisar antara 1280~1600 Kg/mm2

. Material yang mem-punyai rapat jenis

tinggi akan menghasilkan koefisien per-pindahan panas yang rendah dan

dibutuhkan tenaga besar untuk fluidisasi, sementara gaya elektrostatik dapat

terjadi pada material dengan rapat jenis yang rendah.

c. Kecepatan Fluidisasi Gas

Kecepatan fluididasi gas optimum akan menghasilkan kecepatan

perpindahan pans optimal. Biasanya antara dua sampai tiga kali kecepatan

minimum.Kecepatan fluidisasi minimum merupakan fungsi dari diameter

partikel dan massa partikel, dan dapat dinyatakan dengan hubungan μm ~

d2

p. Kecepatan fluidisasi tinggi menyebabkan konsumsi fluida gas tinggi dan

perpindahan panas rendah. Sementara kecepatan fluidisasi rendah

menyebabkan berkurangnya panas karena kurangnya kehomogenan proses.

Reaktor katalitik dengan butir katalisator yang mengalami dalam waktu

singkat biasanya dilakukan di dalam reactor katalitik terfluidisasi (RKT).

Untuk keperluan ini dipilih katalisator yang merupakan butira halus sehingga

mudah diherakan dengan aliran udara dengan cara pneumatic keregenerator

dan setelah diaktifkan dikembalikan lagi ke reaktor.

Prinsip fluidisasi juga dapat dipakai untuk respon katalitik antara butir

padatan dengan gas jika jumlah padatan yang direaksikan sangat banyak.

Keuntungan menggunakan reactor katalitik terflidisasi

Berdasarkan hasil pengamatan penggunaan reactor katalitik terfluidisasi (RKT)

diperoleh keuntungan sebagai berikut :

1. Perpindahan panas pada RKT lebih baik daripada perpindahan panas

pada reactor pada tumpukan katalitik tetap (Fixed Bed Reaktor), sebab

RKT dipakai butir-butir katalisator yang halus sehingga luas permukaan

per satuan massa yang besar.

2. Gas dan butir-butir katalisator keduanya bergerak sehingga aliran gas

lebih turbulen, sehingga kontak antara butiran katalisator dengan gas

lebih baik.

3. Perpindahan panas antar gas dan butir katalisator dengan dinding reaktor

sangat baik terutama karena adanya kesinambungan kecepatan gerak

butir katalisaor ke dinding dari dinding ke teangah reaktor.

4. Jika proses menggunakan padatan yang jumlahnya besar pengoperasian

lebih mudah dengan RKT daripada FBR dan suasana kerja lebih bersih.

5. Jika digunakan butir-butir katalisator yang ukurannya besar dan tidak

berbentuk gelembung gas yang besar sehingga kontak antara keduanya

lebih baik

6. Karena butir katalisator bergerak bersamaan dengan gelembung gas

yang naik keatas sehingga susunan gas dan suhu di dalam reaktor

merata, sehingga reaktor beroperasi secara isotermal

Kerugian menggunakan Reaktor Katalitik Terfluidisasi (RKT)

1. Pencampuran yang baik antara gas dan butir padatan menyebabkan waktu

tinggal di dalam reactor yang tidak sama sehingga hasil yang keluar dari

reactor tidak homogen atau distribusi aktifasi katalisator sangat kas.

Gerakan katalisator menyebabkan terjadinya pencampuran kembali antara

zat pereaksi dengan hasil reaksi selama terabsorbsi oleh katalisator yang

bergerak, sehingga oleh hasil akhir dan menurunkan konversi.

2. Butir-butir katalisator ada yang rapuh, maka bila di gunakan dalam RKT

akan pecah dan membentuk serbuk katalisator yang akan ikut dengan

aliran gas yang keluar dari reactor.

Kejadian ini tidak hanya menyebabkan kehilangan katalisator tetapi juga

menimbulkan polusi pada udara sekeliling. Butiran katalisator yang keluar

bersama gas hasil dapat di kumpulkan dengan menggunakan pengendap

debu jadi memerlukan tambahan investasi

kesulitan ini dapat dikurangi dengan penggunaan katalisator yang ukuran

butirannya sama

3. pada RKT dinding reaktor akan cepat mengalami erosi sebab butir-butir

katalisator secara tetap menumbuk dinding reaktor, jadi RKT memerlukan

biaya pemeliharaan yang lebih besar dari pada FBR

Pedoman Pemilihan Reaktor Katalitik Terfluidisasi (RKT)

Berdasarkan pengalaman dan pengamatan RKT yang telah dipakai dalam

industri maka ada beberapa pedoman yang dapat dipakai untuk memilih RKT

1. Jika padatan yang akan diproses jumlahnya besar. Padatan itu dapat

berupa katalisator, zat pereaksi, hasil reaksi

2. Kecepatan reaksi tinggal sehingga waktu kontak yang diperlukan sangat

pendek. Waktu kontak tidak akan mencapai keadaan kritis sehingga

distribusi waktu tinggal tidak akan menyebabkan reaksi samping yang

brlebihan

3. Bila reaksi memerlukan waktu kontrol suhu yang tepat untuk menjamin

selektivitas katalisator tidak tepat terjadi.

Gb 3.12. Reaktor Katalitik Terfluidiasi

Reaksi katalitik dengan butiran katalisator yang mengalami deaktivasi

dalam waktu singkat, biasanya dilakukan dalam reaktor fluidisasi. Untuk

keperluan ini dipilih katalisator dengan ukuran 50 sampai 250 mikron, karena

pengaruh keceptan aliran zat pereaksi ke dalam reaktor butiran-butiran katalisator

akan bergerak. Gerakan katalisator sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran zat

pereaksi ke dalam reaktor.

Jika kecepatan aliran gas sangat kecil, butiran-butiran katalisator tidak

bergerak sama sekali seperti pada reaktor fixed bed, sebaliknya jika keceptan

aliran besar sekali, maka butir-butir katalisator akan terangkat ke puncak reaktor

dengan aliran pereaksi dan zat hasil. Pada umumnya fluidizede bed beroperasi

didaerah gelembung.

Jika bed makin tinggi, gelembung-gelembung gas akan mempunyai

kesempatan lebih lama untuk bergabung sehingga akhirnya diameter gelembung

dapat mencapai ukuran sama dengan diameter bed, kejadian ini disebut slugging.

Terjadinya slugging menyebabkan :

a. Aliran gas kadang-kadang berhenti

b. Lebih banyak butiran halur keluar reaktor bersama gas hasil

c. Butiran halur yang terbawa gelembung yang bergabung menjadi slug

akan jatuh kebawah.

Akibat terjadinya slugging seperti disebutkan sangat merugikan tetapi

butiran padatan jatuh kebawah meyebabkan kontak antara gas dengan padatan

menjadi lebih sempurna, dan ini akan sangat bermanfaat untuk memperoleh

konversi yang besar pada kecepatan reaksi yang lambat.

Salah satu keuntungan dari sistem fluidisasi adalah kemudahan gerakan

padatan masuk kedalam atau keluar reaktor tanpa mempengaruhi operasinya.

Untuk reaktor pereangkahan dengan butiran katalisator halus maka butiran

katalisator telah mengalami keracunan di dalam reaktor dapat diaktifkan kembali

didalam regenerator, selanjutnya katalisator yang sudah diaktifkan dimasukan

kembali ke dalam reaktor.

Jika keceptan aliran gas di dalam reaktor lebih besar dari kecepatan

fluidisasi minimum, maka butir katalisator akan terangkat naik ke atas sehingga

bed akan mengembang. Perbandingan antara tinggi bed setelah terjadi fluidisasi di

banding sebelumnya rasio pengembangan bed. Setiap reaktor katalis terfluidisasi

selalu dilengkapi dengan pengendap debu untuk mengumpulkan butir katalisator

yang terbawa oleh aliran gas yang keluar dari reaktor, untuk selanjutnya

katalisator dikembalikan ke dalam reaktor, karena aliran gas yang besar, butir-

butir katalisator selalu bergerak maka terjadi pengadukan, sehingga komposisi dan

suhu dalam sebuah reaktor fluidized bed dapat dianggap selalu uniform.

Tugas Teknologi Partikel

Fludisasi dan Prinsip Kerjanya

Disusun oleh :

Afni Anggietisna 3335081645

Danu Praseya 3335081655

Uky Pratama 3335071538

Hilman Ibn Mahdi 3335090997

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON BANTEN

2012

FLUIDISASI UNTUK DRYING

1. FLUIDISASI (PENGONTAKAN)

Fluidisasi adalah metoda pengontakan butiran-butiran padatan dengan

fluida baik cairmaupun gas. Metoda ini diharapkan butiran padatan memiliki

sifat seperti fluida dengan viskositastinggi.

Sebagai ilustrasi, tinjau suatu kolom berisi sejumlah partikel padat berbentuk

bola. Melaluiunggun padatan ini kemudian dialirkan gas dari bawah ke

atas. Pada laju alir yang cukup rendah,butiran padat akan tetap diam,

karena gas hanya mengalir dari bawah ke atas. Pada laju alir yangcukup

rendah, butiran padat akan tetap diam, karena gas hanya mengalir

melalui ruang antarpartikel tanpa menyebabkan perubahan susunan

partikel tersebut.

Keadaan yang demikiandisebut unggun diam atau fixed bed.Kalau laju alir

kemudian dinaikkan, akan sampai pada suatu keadaan di mana unggun

padatanakan tersuspensi di dalam aliran gas yang melaluinya. Pada

keadaan ini masing-masing butiranakan terpisahkan satu sama lain

sehingga dapat bergerak dengan lebih mudah. Pada kondisibutiran yang

dapat bergerak ini, sifat unggun akan menyerupai suatu cairan dengan

viskositastinggi, misalnya adanya kecenderungan untuk mengalir,

mempunyai sifat hidrostatik dansebagainya.

Dalam dunia industri, fluidisasi diaplikasikan dalam banyak hal

seperti

a. transportasi serbuk padatan (conveyor untuk solid),

b. pencampuran padatan halus,

c. perpindahan panas (sepertipendinginan untuk bijih alumina panas),

d. pelapisan plastik pada permukaan logam,

e. proses dryingdan sizing pada pembakaran,

f. proses pertumbuhan partikel dan kondensai bahan yang

dapatmengalami sublimasi,

g. adsorpsi (untuk pengeringan udara dengan adsorben),

h. dan masih banyakaplikasi lain.

Fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada prose fluidisasi antara

lain:

(1) Fenomena fixed bed yang terjadi ketika laju alir fluida kurang dari

laju minimum yangdibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini

partikel padatan tetap diam.

(2) Fenomena minimum or incipient fluidization yang terjadi ketika laju alir

fluida mencapai lajualir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi.

Pada kondisi ini partikel-partikel padatmulai terekspansi.

(3) Fenomena smooth or homogenously fluidization terjadi ketika

kecepatan dan distribusi aliranfluida merata, densitas dan distribusi

partikel dalam unggun sama atau homogen sehinggaekspansi pada setiap

partikel padatan seragam.

(4) Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung-

gelembung pada unggunterbentuk akibat densitas dan distribusi partikel

tidak homogen.

(5) Fenomena slugging fluidization yang terjadi ketika gelembung-

gelembung besar yang mencapailebar dari diameter kolom terbentuk

pada partikel-partikel padat.Pada kondisi ini terjadi penorakan sehingga

partikel-partikel padat seperti terangkat.

(6) Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam

ungggun partikel padatan terbentuksaluran-saluran seperti tabung

vertikal.

(7) Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan alir

fluida melampaui kecepatanmaksimum aliran fluida. Pada fenomena ini

sebagian partikel akan terbawa aliran fluida danekspansi mencapai nilai

maksimum.Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi

oleh faktor-faktor:

(a) laju alir fluida dan jenis fluida

(b) ukuran partikel dan bentuk partikel

(c) jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partike

(d) porositas unggun

(e) distribusi aliran,

(f) distribusi bentuk ukuran fluida

(g) diameter kolom

(h) tinggi unggun.

Proses fluidisasi biasanya dilakukan dengan cara mengalirkan fluida

gas atau cair ke dalam kolomyang berisi unggun butiran-butiran padat.

Pada laju alir yang kecil aliran hanya menerobos unggunmelalui celah -

celah/ ruang kosong antar partikel, sedangkan partikel -partikel padat

tetap dalamkeadaan diam. Kondisi ini dikenal sebagai fenomena unggun

diam. Saat kecepatan aliran fluidadiperbesar sehingga mencapai

kecepatan minimum, yaitu kecepatan saat gaya seret fluidaterhadap

partikel-partikel padatan lebih atau sama dengan gaya berat partikel-

partikel padatantersebut, partikel yang semula diam akan mulai

terekspansi, Keadaan ini disebut incipientfluidization atau

fluidisasiminimum. Jika kecepatan diperbesar, akan terjadi beberapa

fenomena yang dapat diamati secaravisual dan pada kondisi inilah

partikel-partikel padat memiliki sifat seperti fluida dengan

viskositastinggi.Karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat

fluida cair dengan viskositas tinggi, metodapengontakan fluidisasi memiliki

beberapa keuntungan dan kerugian. Keuntungan proses fluidisasi,antara lain:

(1) sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran

zat padat secara kontinudan memudahkan pengontrolan,

(2) kecepatan pencampuran yang tinggi membuat reaktor selalu

berada dalam kondisi isotermalsehingga memudahkan pengendaliannya,

(3) sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi

memungkinkan pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor,

(4) perpindahan panas dan kecepatan perpindahan mass antara

partikel cukup tinggi,

(5) perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media

pemindah panas yang baikmemungkinkan pemakaian alat penukar panas

yang memiliki luas permukaan kecil.

Sebaliknya, kerugian proses fluidisasi antara lain:

(1) selama operasi partikel-partikel padat mengalami pengikisan

sehingga karakteristik fluidisasidapat berubah dari waktu ke waktu,

(2) butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan

hilangnya sejumlah tertentupadatan,

(3) adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin,

(4) terjadinya gelombang dan penorakan di dalam unggun sering kali

tidak dapat dihindarisehingga kontak antara fluida dan partikel tidak

seragam. Jika hal ini terjadi pada reaktor, konversireaksi akan kecil

2. DRYING (PENGERINGAN)

a. Pengeringan atau Drying

Pengeringan adalah suatu cara untuk mengurangi sebagian air sampai batas

tertentu dari suat bahan makanan. Proses utama yang terjadi pacta proses

pengeringan adalah penguapan. Penguapan terjadi apabila air yang dikandung

oleh suatu bahan teruap, yaitu apabila panas diberikan kepada bahan tersebut.

Panas ini dapat diberikan melalui berbagai sumber, seperti kayu api, minyak dan

gas, arang baru ataupun tenaga surya

1. Keuntungan pengeringan :

Ø Bahan dapat disimpan lebih lama

Ø Pengangkutan menjadi lebih ringan

Ø Biaya yang dibutuhkan untuk fasilitas pengeringan relative lebih kecil

Ø Tidak memerlukan cara sterilisasi khusus

Ø Bahan bahan yang telah dikeringkan, tidak memerlukan persyaratan

Ø Pemakaian bahan kering lebih praktis

2. Kerugian Pengeringan :

Ø Kerusakanya tidak dapat diketahui dengan segera

Ø Berberapa jenisnya perlu direndan air.

b. Macam-macam pengeringan

1. Pengeringan Alami

Pengeringan alami mendapatkan hasil yang berbeda karena kita mengenal

keadaan cuaca yang berbeda dapat terjadi karena panas terik, cuaca mendung atau

keadaan sinar matahari terhalang, sehingga tidak dapat mengenai bahan yang

dikeringkan,terutama didaerah beriklim tropis dengan sinar matahari yang selalu

ada sepanjang tahun. Pengeringan dengan sinar matahari tidak hanya dilakukan

oleh pengusaha kevil tetapi dilakukan juga oleh pengusaha yang relative bermodal

besar. Misalnya pabrik Tapioka, Kopra, pengeringan buah kurma, maupun

anggur.

2. Pengeringan Buatan

Pengeringan buatan terutama dapat dilakukan oleh industry-industri yang

bermodal besar, karena dibutuhkan alat-alat dengan biaya yang besar pula.

Pengeringan buatan kadang-kadang dikombinasikan dengan pengeringan alami

dengan tujuan mengurangi kerugian dan mendapat untung yang besar.

c. Fluidisasi

Fluidisasi merupakan salah satu teknik pengontakan fluida baik gas maupun

cairan dengan butiran padat. Pada fluidisasi kontak antara fluida dan partikel

padat terjadi dengan baik karena permukaan kontak yang luas. Teknik ini banyak

digunakan di industri kimia dengan penggunaannya meningkat pesat pada dekade

terakhir ini.

d. Pengering Sistem Fluidisasi

Pengeringan hamparan terfluidisasi (Fluidized Bed Drying) adalah proses

pengeringan dengan memanfaatkan aliran udara panas dengan kecepatan tertentu

yang dilewatkan menembus hamparan bahan sehingga hamparan bahan tersebut

memiliki sifat seperti fluida (Kunii dan Levenspiel, 1977).

Metode pengeringan fluidisasi digunakan untuk mempercepat proses

pengeringan dan mempertahankan mutu bahan kering. Pengeringan ini banyak

digunakan untuk pengeringan bahan berbentuk partikel atau butiran, baik untuk

industri kimia, pangan, keramik, farmasi, pertanian, polimer dan limbah

(Mujumdar, 2000). Pada industri pangan teknologi pengeringan system fluidized

bed dipakai untuk produk berbentuk tepung, biji-bijian (granular), tetapi dewasa

ini sudah berkembang pada bentuk produk lainnya bahkan sampai pada bentuk

produk pasta ( Mujumdar et al., 2003). Proses pengeringan dipercepat dengan cara

meningkatkan kecepatan aliran udara panas sampai bahan terfluidisasi. Dalam

kondisi ini terjadi penghembusan bahan sehingga memperbesar luas kontak

pengeringan, peningkatan koefisien perpindahan kalor konveksi, dan peningkatan

laju difusi uap air.

Kecepatan minimum fluidisasi adalah tingkat kecepatan aliran udara terendah

dimana bahan yang dikeringkan masih dapat terfluidisasi dengan baik, sedangkan

kecepatan udara maksimum adalah tingkat kecepatan tertinggi dimana pada

tingkat kecepatan ini bahan terhembus ke luar ruang pengering (Andayani, 1988

dalam Sawitri, 2003).

Fluidisasi tercapai apabila kecepatan aliran udara lebih besar dari kecepatan

minimum fluidisasi. Selama proses pengeringan apabila kecepatan aliran udara

ditingkatkan, tekanan statik udara pengering meningkat dan bahan yang

dikeringkan akan terangkat sampai ketinggian tertentu dan menyebabkan bahan

terfluidisasi. Pada kondisi ini bahan teraduk secara merata dan bantalan udara

yang menyangga bahan pada ketinggian tertentu disebut dalam keadaan fluidisasi

minimum (Brooker dkk, 1992).

Alat-alat pada sistem Fluidized Bed Dryer

Berikut ini adalah bagian-bagian mesin pengering sistem fluidisasi yang akan

digunakan :

1. Kipas (Blower). Kipas (Blower) berfungsi untuk menghasilkan aliran

udara, yang akan digunakan pada proses fluidisasi. Kipas juga berfungsi

sebagai penghembus udara panas ke dalam ruang pengering juga untuk

mengangkat bahan agar proses fluidisasi terjadi.

2. Elemen Pemanas (heater). Elemen Pemanas (heater) berfungsi untuk

memanaskan udara sehingga kelembaban relatif udara pengering turun,

dimana kalor yang dihasilkan dibawa oleh aliran udara yang melewati

elemen pemanas sehingga proses penguapan air dari dalam bahan dapat

berlangsung.

3. Chamber. Chamberberfungsi sebagai tempat dimana bahan yang akan

dikeringkan ditempatkan. Perpindahan kalor dan massa uap air yang

paling optimal terjadi diruang ini. Menurut Mujumdar (2000), tinggi

tumpukan bahan yang optimal untuk pengering dengan menggunakan

fluidized bed dryer adalah 2/3 dari tinggi ruang pengering.

4. Cyclone. Cyclone berfungsi memisahkan padatan yang terbawa oleh gas

3. Desain Konstruksi Fluidized Bed Dryer untuk industri kecil menengah

Industri kecil menengah umumnya mempunyai banyak kendala dalam

pertumbuhan dan perkembangannya, mulai dari masalah permodalan, peralatan

proses produksi, manajement, pasar, dan sebagainya. Khusus kendala peralatan

proses produksi dari hasil penelitian yang pernah dilakukan pada industri pangan

masih cukup banyak menggunakan peralatan sederhana dan tradisional dengan

skala kapasitas produksi terbatas namun dilain pihak sudah mulai menghasilkan

produk dengan kualitas yang cukup baik. Peningkatan penggunaaan teknologi

peralatan proses produksi yang tepat guna dibutuhkan agar dapat meningkatkan

kapasitas produksi, kualitas produk serta penggunaan energi proses yang lebih

efisien.

Teknologi Fluidized Bed Dryeradalah suatu alternatif pilihan karena

teknologi ini mempunyai perpindahan panas dan massa lebih baik dari jenis

pengeringan konvensional lainnya, sehingga kapasitas pengeringan dapat lebih

besar dan dapat menghasilkan produk dengan kandungan kadar air yang seragam.

Selain itu teknologi peralatan Fluidized Bed Dryer cukup kompak dengan

investasi awal relatif rendah dan umumnya teknologi pengeringan sistem

Fluidized Bed Dryerini dipakai untuk produk berbentuk tepung, biji-bijian, tetapi

dewasa ini sudah berkembang pada bentuk produk lainnya bahkan sampai kepada

bentuk produk pasta.

3.2 Penggunaan Fluidized Bed Dryer pada proses pembuatan susu kedelai

Selama ini, teknologi spray dryer paling banyak digunakan secara komersial

untuk metode pengeringan susu karena waktu kontak panas yang sangat singkat

dan laju yang tinggi (Liu, 1997; Wijeratne, 1993). Akan tetapi, teknologi spray

dryer membutuhkan biaya tinggi karena adanya sistem vakum (Mujumdar, 1995).

Selain itu, pengeringan spray memiliki keterbatasan jika bahan baku memiliki

sifat yang lengket, sehingga produk akan menempel pada permukaan peralatan

atau terjadi penggumpalan (Jinapong dkk., 2008).

Selain itu, penelitian sebelumnya juga telah meneliti proses produksi bubuk

susu kedelai melalui 3 tahapan proses, yaitu ultrafiltrasi, spray drying, dan

aglomrasi unggun terfluidakan (Jinapong dkk., 2008). Proses ultrafiltrasi

dilakukan untuk meningkatkan konsentrasi susu kedelai, sebagai alternatif dari

proses evaporasi konvensional, karena proses ini merupakan proses yang non

termal. Selain itu, ultrafiltrasi juga dilakukan untuk menghilangkan komponen-

komponen berat molekul rendah yang bersifat anti-nutrisional, seperti

oligosakarida dan asam phytic (Ang dkk., 1986; Omosaiye dkk., 1978).

Proses selanjutnya, yaitu pengeringan spray merupakan metode komersial

yang paling banyak digunakan dalam mengeringkan susu. Sedangkan untuk

proses terakhir, yaitu aglomerasi, bisa didefinisikan sebagai proses pembesaran

ukuran, dimana material awal yang berbentuk partikel halus seperti debu akan

saling tergabung atau terikat satu sama lain, sehingga menghasilkan struktur

agregat berpori yang berukuran jauh lebih besar daripada material awal (Ortega-

Rivas, 2005; Parikh dkk., 1997; Schuchmann, 1995).Akan tetapi hasil bubuk susu

kedelai yang dihasilkan terlalu besar sehingga sulit larut dalam air, khususnya

dengan energi mekanis yang minimum. Ketika didispersikan, partikel bubuknya

akan mengambang ke permukaan atau mengendap ke bagian bawah wadah pada

satu periode waktu tertentu.

Oleh karena itu, saat ini berkembang teknologi untuk memproduksi susu

bubuk dengan menggunakan pengeringan unggun terfluidakan (fluidized bed)

inert partikel. Teknologi ini dapat digunakan juga untuk umpan lain yang berupa

pasta atau larutan untuk kemudian diubah menjadi bentuk bubuk. Dibandingkan

spray dryer, teknologi unggun terfluidakan inert partikel memiliki biaya yang

lebih rendah, dengan tingkat kualitas produk yang sama (Medeiros dkk., 2002).

Pengering unggun terfluidakan memiliki volume dan luas area yang lebih

kecil dibandingkan spray dryer. Sehingga biaya investasi dan operasi lebih rendah

yang juga menurunkan konsumsi daya (Mujumdar, 1995). Hal ini bisa dicapai

karena pengering unggun terfluidakan dioperasikan pada kondisi atmosferik.

Selain itu, efisiensi pengeringan yang tinggi tercapai karena bidang kontak yang

besar dan perbedaan yang besar antara suhu udara masuk dan keluar. Fleksibilitas

regim, pengendalian penggumpalan partikel, tingginya efisiensi pengeringan,

pelepasan lapisan dari permukaan partikel dan produksi bubuk dapat terus

ditingkatkan di dalam pengeringan larutan dalam fluidized bed inert partikel

(Cabral dkk, 2007).

3.3 Konsep Dasar Pengeringan

Pengeringan zat padat adalah pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair dari

bahan sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat padat itu sampai

suatu nilai rendah yang dapat diterima. Pengeringan biasanya merupakan langkah

terakhir dari sederetan operasi dan hasil pengeringan biasanya siap dikemas.

Pemisahan air dari bahan padat dapat dilakukan dengan memeras zat tersebut

secara mekanik sehingga air keluar, dengan pemisah sentrifugal, atau dengan

penguapan termal. Pemisahan air secara mekanik biasanya lebih murah biayanya,

sehingga biasanya kandungan zat cair itu diturunkan terlebih dahulu sebanyak-

banyaknya dengan cara mekanik sebelum diumpankan ke dalam pengering termal.

Kandungan zat cair dalam bahan yang dikeringkan berbeda dari satu bahan ke

bahan lain. Ada bahan yang tidak mempunyai kandungan zat cair sama sekali

(bone dry). Pada umumnya zat padat selalu mengandung sedikit fraksi air sebagai

air terikat. Zat padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam bentuk serpih

(flake), bijian (granule), kristal (crystal), serbuk (powder), lempeng (slab), atau

lembaran sinambung (continous sheet) dengan sifat-sifat yang berbeda satu sama

lain. Zat cair yang akan diuapkan mungkin terdapat pada permukaan zat padat

seperti pada kristal; dapat pula seluruh zat cair terdapat di dalam zat padat seperti

pada pemisahan pelarut dari lembaran polimer; atau dapat pula sebagian zat cair

sebagian di luar dan sebagian di dalam. Umpan pengering mungkin berupa zat

cair di mana zat padat melayang sebagai partikel, atau dapat pula berbentuk

larutan.

Kadar air atau moisture content adalah jumlah air yang terkandung dalam

suatu bahan. Kadar air dari padatan bisa akan mengalami penurunan selama

proses pengeringan berlangsung, yang kemudian akan menurunkan densitasnya.

Pada beberapa kasus, bahan kering akan menyusut. Kadar air yang terkandung

dalam bahan bisa dihitung dengan beberapa cara, diantaranya, susu kedelai bubuk

bisa ditentukan dengan dua basis, yaitu basis basah dan basis kering.

3.4 Pengering Unggun Terfluidakan

Pengering unggun terfluidakan merupakan sistem pengeringan yang banyak

digunakan untuk mengeringkan suspensi, pulp, dan pasta, terutama karena

kelebihannya yang memiliki laju perpindahan massa dan panas yang tinggi di

antara padatan dan udara panas, yang kemudian akan memberikan waktu

pengeringan yang pendek. Pengering ini biasanya digunakan untuk pengolahan

produk bahan kimia, bahan makanan, biomaterial, produk minuman, keramik,

obat-obatan dalam bentuk bubuk atau aglomerat, produk kesehatan, pestisida,

agrokimia, pigmen, detergent dan surfaktan, pupuk, polimer, resin, tanin, bahan

untuk kalsinasi, bahan untuk pengolahan limbah dan insinerasi.

Kontak langsung antara partikel dan udara / gas dalam terjadi di dalam unggun

terfluidakan. Pengering unggun terfluidakan beroperasi di bawah prinsip

pengeringan secara langsung dimana kontak langsung antara gas / udara panas

dan produk dan selanjutnya terjadi efek transfer panas dan massa. Operasi pada

pengering unggun terfluidakan menghasilkan pencampuran padatan yang lebih

merata, tingginya laju panas dan massa, dan mudahnya transportasi bahan.

Unggun terfluidakan memiliki beberapa keuntungan tertentu dibanding pengering

lain, seperti laju pengeringan yang tinggi akibat besarnya luas permukaan kontak

antara fase padatan dan fluida, efisiensi termal yang tinggi, perpindahan bahan

yang mudah, pengendalian dan penanganan mudah, biaya perawatan rendah, dan

cocok digunakan untuk operasi skala besar. Sedangkan kelemahan dari unggun

terfluidakan adalah pressure drop tinggi, konsumsi energi tinggi, kualitas

fluidisasi untuk beberapa partikel yang kurang baik, kualitas produk tidak

seragam, serta terjadinya erosi pada pipa dan kolom.

Partikel / bubuk bisa dibedakan menjadi empat kelompok utama berdasarkan

pada karakteristik yang dimiliki ketika dipaparkan dengan aliran gas. Perbedaan

densitas dan ukuran partikel dari empat kelompok Geldart Group.

Tabel 1. Sifat karakteristik dan Sifat Partikel/bubuk menurut Geldart Group

Grup Karakteristik dan Sifat

A Kualitas fluidisasi bagus, mudah terfluidisasi, smooth pada kecepatan

rendah dan bubbling pada kecepatan sedang tinggi, serta slug pada

kecepatan tinggi. Unggun terekspansi. Pencampuran padatan bagus.

Ukuran partikel rata-rata kecil. Densitas rendah, umumnya 30 < dp <

100m dan < 1400 kgm-3

B Kualitas fluidisasi bagus. Partikel seperti pasir, penuh bubbling, slug

pada kecepatan tinggi. Unggun ekspansi sedikit. Pencampuran padatan

bagus di bubbling. Umumnya 40 m < dp < 500 m, 1400 kgm-3 <

< 4000 kgm-3

C Kualitas fluidisasi jelek. Kohesif karena kuatnya gaya antar partikel.

Banyak slugging dan aglomerasi. Dapat menimbulkan gaya

elektrostatik. Pencampuran padatan jelek. Partikel lembut dan sangat

lembut.

D Kualitas fluidisasi jelek. Spoutable. Sulit terfluidisasi untuk unggun

yang dalam. Bubble besar. Channeling kuat. Pencampuran padatan

relatif jelek. Partikel besar dan atau berat, umumnya dp > 500 m, >

1400 kgm-3

Fluidisasi minimum merupakan titik awal terjadinya fluidisasi. Unggun

terfluidakan biasanya dioperasikan pada kecepatan gas superfisial yang lebih

tinggi daripada kecepatan fluidisasi minimum (Umf), biasanya 2 – 3 kali Umf

(Mujumdar, 2004). Kecepatan minimum fluidisasi bisa ditentukan dengan

menggunakan metode pressure drop, dimana pressure drop diplotkan terhadap

kecepatan gas superfisial. Kecepatan minimum fluidisasi adalah kecepatan gas

dimana pressure drop pada unggun terfluidakan tetap konstan.

Ada beberapa kondisi operasi yang mempengaruhi proses pengeringan, yaitu :

tinggi kolom, ukuran partikel, kecepatan gas, dan suhu bed. Kecepatan gas

memiliki pengaruh yang dominan terhadap proses penguapan kadar air

permukaan. Akan tetapi, kecepatan gas tidak berpengaruh pada partikel-partikel

yang memiliki resistansi internal tinggi terhadap perpindahan moisture.

Temperatur bed akan naik dengan meningkatnya fluks panas yang kemudian akan

menyebabkan kenaikan difusivitas moisture dan laju pengeringan. Efek ini

bersifat kompleks dan bergantung pada signifikansi relatif dari resistansi internal

dan eksternal dari transfer moisture.

3.5 Pengering Unggun Terfluidakan Partikel Inert

Pada beberapa tahun belakangan, pengering unggun terfluidakan mulai

banyak diaplikasikan untuk umpan pasta, slurry, dan suspensi. Metode ini

kemudian disempurnakan dengan menggunakan partikel inert. Pengeringan

dengan menggunakan partikel inert bisa dilakukan pada berbagai jenis unggun

fluidisasi, seperti unggun terfluidakan biasa, spouted bed, jetting-spouted bed, dan

vibrated fluidized bed. Bahan yang akan dikeringkan disemprotkan dan dilapiskan

pada permukaan partikel inert. Partikel inert yang sudah terlapisi kemudian

difluidisasi dengan menggunakan arus gas. Lapisan bahan pada partikel inert akan

kering karena transfer panas konvektif dari udara panas yang dikombinasikan

perpindahan panas antara lapisan bahan dengan partikel inert. Lapisan yang sudah

kering akan menjadi rapuh serta pada akhirnya pecah dan terkelupas akibat

adanya tumbukan antara partikel dengan partikel dan antara partikel dengan

dinding kolom. Bubuk akan terbentuk dan terbawa oleh gas keluar yang kemudian

akan terkumpul dan terpisah di dalam separator gas, seperti siklon (Mujumdar,

2004).

Berdasarkan efisiensi alatnya, seperti tingkat penguapan air spesifik, konsumsi

panas spesifik, dan konsumsi udara spesifik, pengering unggun terfluidakan

dengan partikel inert menjadi alternatif yang sangat menarik jika dibandingkan

dengan metode pengeringan lainnya ketika slurry (atau larutan) tidak bisa

dipompa. Tingginya efisiensi pengeringan bisa diperoleh dengan besarnya luas

permukaan kontak dan tingginya selisih temperatur antara udara masuk dan udara

keluar.

PAPER TUGAS TEKNOLOGI PARTIKEL

“PNEUMATIC TRANSPORT”

Disusun oleh:

1. Egi

2. Lusiana Adhyta

3. Victor Adriadi

4. Yorneta Eka Pratiwi

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

2012

1.1 Pengertian Pneumatik

Semua system yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk

udara yang dimampatkan serta dimanfaatkan untuk menghasilkan suatu kerja

di sebut system pneumatika atau Pneumatik System. Kata pneumatic berasal

dari bahasa Yunani yang berarti ‘udara’ atau ‘angin’. Pneumatic telah banyak

digunakan sebagai media kerja dalam bentuk energy tersimpan. Penggunaan

pneumatic sangat membantu dalam pelaksanaan pekerjaan mekanis sederhana.

Bahkan sekarang memegang peranan yang penting dalam bidang optimasi.

System pneumatic ini menggunakan fluida udara bertekanan untuk

memindahkan benda kerja atau gaya. Hukum yang berlaku adalah hukum

pascal yang mengatakan bahwa apabila kita memberi tekanan pada fluida

static, maka tekanan atau gaya tersebut dialirkan ke segala arah menekan ke

tempat dinding tempat fluida itu berada.

Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memiliki karakteristik

khusus, antara lain :

· Jumlahnya tak terbatas

· Mencari tekanan yang lebih rendah

· Dapat dimampatkan

· Memberi tekanan yang besarnya sama ke segala arah

· Mempunyai berat

· Tidak mempunyai bentuk (menyesuaikan dengan tempatnya)

· Mengandung uap air (sifat kelembaban udara)

Beberapa contoh aplikasi pneumatik antara lain :

· Penanganan benda kerja (handling of workpieces) seperti clamping,

positioning, separating, stacking, rotating

· Pengemasan (packing)

· Metal forming (embossing dan pressing)

· Stamping

· Penggerak pintu pada kereta dan bis

1.1 Bagian-Bagian Kerja Pneumatik

1.1.1 Bagian Kerja Garis Lurus

Yang menimbulkan adanya gerakan garis lurus pada pneumatik

adalah silinder atau piston. Silinder ini ada dua jenis yaitu silinder

penggerak tunggal dan silinder penggerak ganda.

1) Silinder penggerak tunggal

Pada silinder ini udara bertekanan yang diberikan pada silinder

hanya satu arah saja, sehingga jenis ini menghasilkan kerja hanya

dalam satu arah. Untuk mengembalikan kedudukan torak pada posisi

awalnya dengan kecepatan yang tinggi maka dipasang pegas. Panjang

langkah pegas yang dipasang kurang lebih 10 cm. Karena gerakannya

yang hanya satu arah saja, jenis ini biasanya digunakan untuk

pencekaman, pengungkit, pengepresan, pengangkatan, penggerak

pemakanan dan lainnya.

(a)

(b)

(c)

Gambar 1.1 Silinder penggerak tunggal

a. silinder torak

b. silinder diapraghma

c. silinder rol diapraghma

Silinder penggerak tunggal meliputi silinder torak, silinder diaprghma dan

silinder rol diapraghma (seperti pada gambar 3.1). untuk mengatasi kebocoran

pada silinder torak dengan memakai bahan yang elastis yang dilekatakn pada

torak yang terbuat dari logam atau plastik. Pada silinder diapraghma maka

menggunakan diapraghma yang dibuat dari karet, plastik dan plat logam untuk

mengganti fungsi torak. Konstruksi silinder rol diapraghma serupa dengan silinder

diapraghma. Jika udara bertekanan diberikan ke dalam sislinder maka diterima

oleh diapraghma dan mambuka gulungan sepanjang dinding dalm silinder dan

menggerakkan batang torak ke depan. Gerakan silinder rol diapraghma kurang

lebih 5 cm – 8 cm.

2) Silinder Penggerak Ganda

Gaya dorong yang ditimbulkan oleh udara bertekanan akan menggerakkan

torak pada silinder penggerak ganda dalam dua arah yaitu gerakan maju dan

gerakan mundur. Pada prinsipnya panjang langkah silinder tidak terbatas,

walaupun demikian tekukan dan bengkokan dari perpanjangan torak harus

diperhitungkan.

Silinder penggerak ganda meliputi : silinder dengan bantalan pelindung,

silinder penggerak ganda khusus, silinder tandem, silinder banyak posisi, silinder

impact, silinder kawat dan silinder rotari.

Pada silinder dengan bantalan pelindung, bantalan pelindung digunakan untuk

menahan adanya hentakan yang keras pada bagian ujung sehingga kerusakan pada

bagian ujung silinder dapat dicegah (lihat gambar 3.2). prinsip kerja dari bantalan

pelindung ini adalah sebelum torak mencapai pada posisi akhir, tekanan udara

yang mendorong torak dikurangi maka akan terjadi perlambatan sehingga

benturan yang keras dapaat dicegah.

Gambar 1.3 Silinder dengan Bantalan Pelindung

Pada silinder penggerak khusus, silinder ini mempunyai bagian batang torak

yang menonjol pada kedua sisinya. Penumpuan batang torak lebih baik karena

terdapat dua penahan dan jarak antara panahan tetap sama, sehingga beban

samping terutama beban ringan dapat digunakan. Gaya yang ditimbulkan pada

kedua arah gerakannya sama karena luas penampangnya juga sama (lihat gambar

1.3).

Pada silinder jenis tandem, jenis ini menggunakan dua buah silinder

penggerak ganda yang digabung menjadi satu kesatuan sehingga dengan

pengaturan seperti ini dengan pembebanan bersama pada kedua torak maka gaya

yang diterima pada batang torak hampir dua kali lipat (lihat gambar 1.4). Silinder

jenis ini biasanya digunakan untuk penggerak yang membutuhkan daya yang

besar dengan garis tengah silinder terbatas.

Pada silinder banyak posisi, pada jenis ini terdiri dari dua atau beberapa

silinder penggerak ganda dengan bagian-bagiannya saling dihubungkan. Jika jenis

ini mempunyai dua silinder yang mempunyai panjang langkah yang berbeda maka

mempunyai empat posisi (lihat gambar 1.5).

Gambar 1.4 Silinder Penggerak Khusus

Gambar 1.5 Silinder Jenis Tandem

Gambar 1.6 Silinder Banyak Posisi

1.2 Kelebihan dan Kekurangan System Pneumatik

1.2.1 Kelebihan

a. Fluida kerja mudah didapat dan ditransfer.

b. Dapat disimpan dengan baik

c. Penurunan tekanan relatif lebih kecil dibandingkan dengan sistem

hidrolik.

d. Viskositas fluida yang lebih kecil sehingga gesekan dapat

diabaikan.

e. Aman terhadap kebakaran.

1.2.2 Kekurangan

a. Gangguan suara yang bising

b. Gaya yang ditransfer terbatas

c. Dapat terjadi pengembunan.

1.3 Aplikasi Sistem Pneumatik pada Transportasi partikel

Salah satu aplikasi dari system pneumatic untuk transportasi zat padat

adalah Pneumatik Conveyor.

1.3.1 Pneumatik Conveyor

Pneumatic conveyor merupakan salah satu mesin pemindah bahan,

khususnya untuk pengangkutan beban curah. Prinsip kerja dari

pneumatic conveyor adalah mengalirkan material didalam pipa dengan

bantuan aliran udara bertekanan. Konveyor yang digunakan untuk

mengangkut bahan yang ringan atau berbentuk bongkahan kecil adalah

konvenyor aliran udara (pneumatic conveyor). Pada jenis konveyor ini

bahan dalam bentuk suspensi diangkut oleh aliran udara.

Penggunaan pneumatic conveyor banyak diterapkan pada industri

makanan dan minuman untuk mengangkut berbagai material kering

dan material bubuk. Kapasitas pneumatic conveyor bisa mencapai 300

ton/jam untuk satu pipa, dan jarak perpindahan bisa mencapai 1,8 km

dengan ketinggian 100 m tanpa perpindahan antara.

Pada konveyor ini alat dipakai, antara lain:

•Sebuah pompa atau kipas angin/blower untuk menghasilkan aliran

udara.

•Sebuah cyclone untuk memisahkan partikel-partikel besar.

•Sebuah kotak penyaring (bag filter) untuk menyaring debu.

Gambar 1.2 Conveyor Sederhana

Pada tipe yang sederhana (Gambar 1.1), sebuah pompa cycloida

akan menghasilkan kehampaan yang sedang dan sedotannya

dihubungkan dengan sistem pengangkulan. Bahan -bahan akan

terhisap naik melalui selang yang dapat dipindahpindahkan ujungnya.

Kemudian, aliran udara yang mengangkut bahan padat dalam

bentuk suspensi akan menuju siklon dan selanjutnya menuju ke

pompa.

Jika bahan-bahan ini mengandung debu, debu ini tentunya akan

merusak pompa dan debu ini juga akan membahayakan jika dibuang

ke udara, dengan kala lain debu adalah produk yang tidak diinginkan.

Karenanya, sebuah kotak penyaring ditempatkan diantara siklon dan

pompa.

Jenis konveyor ini terutama digunakan untuk mengangkut bahan

yang kebersihannya harus tetap terjaga baik (seperti biji-bijian, bahan-

bahan lumat seperti soda abu, dan lain-lain) supaya keadaannya tetap

baik dan tidak mengandung zat-zat beracun seperti timbal dan arsen.

Konveyor ini juga dapat dipakai untuk mengangkut bahan-bahan

yang berbentuk bongkahan kecil seperti chip kayu, bit pulp kering, dan

bahan lainnya yang sejenis. Kadang-kadang juga digunakan bila jalan

yang dilalui bahan berkelok- kelok atau jika bahan harus diangkat dan

lain-lain hal yang pada tipe konveyor lainnya menyebabkan biaya

pengoperasian lebih tinggi.

Kecepatan aliran udara pada kecepatan rendah adalah 3000-7500

fpm dan pada kecepatan tinggi adalah 10000-20000 fpm. Sedangkan

jumlah udara yang digunakan untuk mengangkut tiap ton bahan per

jam adalah 50-200 cfm, tergantung pada keadaan dan berat bahan,jarak

dan kemiringan pengangkutan, dan lain-lain.

Kerugian menggunakan jenis konveyor ini adalah pemakaian

energinya lebih besar dibanding jenis konveyor lainnya untuk jumlah

pengangkutan yang sama. Perhitungan- perhitungan pada konveyor

pneumatik sama sekali empiris dan memuat faktor-faktor yang tidak

terdapat di luar data-data peralatan pabrik.

1.3.2 Macam-macam Conveyor Pneumatic

Konveyor pneumatik secara umum terbagi dua berdasarkan sistem

kerjanya yaitu konveyor pneumatik sistem terbuka (open pneumatic) dan

konveyor pneumatik sistem tertutup, berikut bagan dari pneumatic

konveyor :

Jenis – jenis dari konveyor pneumatik sistem terbuka adalah :

a Sistem Tekanan Positif

Sistem dengan tekanan positif beroperasi di atas tekanan

atmosfer dandigunakan untukmenyampaikan bahan

massal dari sumber tunggal atau ganda untuk satu atau beberapa

tujuan, jarak menengah dan dengan kapasitas lebih besar

kemungkinan menggunakan sistem vakum. Sebuah sistem tekanan

positif-fase cair akan terdiri dari katup rotary, pipa pekerjaan yang

akan mencakup tikungan radius panjang diperkuat; penerima filter

atau siklon /filterpengaturan,dan perpindahan positif (tipe akar) blo

wer udara. Skema berikut ini menunjukkan pengaturan yang khas

dari komponen sistem tekanan positif:

Produk ini masuk pada tekanan tinggi, melalui perangkat khusus ,

biasanya airlock katup putar, atau venturi. Produk ini sering

tersuspensi dalam aliran udara, bergerak dengan kecepatan relatif

tinggi tergantung pada ukuran partikel dan kepadatan. Aliran bahan-

udara tertahan dipisahkan pada titik terminal melalui pemisah

penerima / siklon filter, atau makan langsung ke dalam pembuluh

proses yang dibuang ke perangkat pengumpulan debu hilir. Dalam

sistem semacam ini, materi tidak melalui kipas / blower. Ada dua

keuntungan ini. Pertama, roda kipas tidak merusak bahan. Kedua,

kipas tidak mengalami keausan apapun dan air mata dari materi.

Sistem ini umumnya beroperasi secara terus menerus - produk terus

disediakan di titik awal, dan tiba di tempat tujuan tanpa gangguan. Hal

ini memungkinkan sistem semacam ini untuk dapat dengan mudah

diadaptasi untuk dosis dan aplikasi berat terus menerus.

b Negatif tekanan atau sistem vakum

Sistem tekanan negatif umumnya menggunakan perpindahan

positif (tipe akar) exhausters yang menyediakan hingga 50%

vakum untuk menyampaikan materi melalui jaringan pipa ke

tujuan mana udara dan produk dipisahkan dengan filter, atau angin

topan. Produk ini masuk secara langsung, atau jika pengukuran

diperlukan, melalui perangkat khusus seperti katup putar atau

pengumpan sekrup. Transportasi produk buangan dari tangki

penerima baik secara terus menerus oleh airlock putar atau

sebentar-sebentar dengan katup untuk hopper gelombang, kapal

penyimpanan atau poin debit lainnya. Pada transportasi vakum,

tidak ada perpindahan bagian yang berhubungan dengan bahan dan

debu tidak ada yang dapat melarikan diri ke atmosfer. Karena itu

penahanan kebocoran unggul, mereka seringkali ditentukan atas

dasar kebersihan, terutama saat menangani bahan berbahaya.

Kelemahan dari sistem ini adalah bahwa jika loading tinggi atau

panjang dari sistem ini adalah besar, komponen harus dirancang

untuk vakum tinggi. Ini menambah biaya untuk komponen dan

harus dipertimbangkan ketika membandingkan metode

transportasi. aplikasi Vacuum sistem menyampaikan sangat cocok

untuk sistem yang menyampaikan materi pada rendah sampai

sedang kapasitas jarak menengah, dari beberapa titik ke tujuan

tunggal. Sistem ini fleksibel dan mudah beradaptasi untuk bahan

yang berbeda dan tekanan operasi yang rendah memungkinkan

pipa biaya yang lebih rendah dan alat kelengkapan. Metode ini

sering digunakan untuk sistem pembersihan vakum pusat dan

aplikasi lain, yang membutuhkan jaringan Reticulated pipa vakum

untuk menyampaikan produk ke tempat pengumpulan tunggal.

Tipe Spesifikasi

Laju transportasi : Rendah ke Medium, biasanya <10

ton / jam

Kecepatan transportasi : Biasanya 3000 - 8000 fpm

Jarak transportasi : Sampai dengan 300 ft atau lebih Air

Udara Penggerak : Positif perpindahan (tipe akar)

exhauster, atau kipas

Operasi Tekanan : Sampai Vacuum 50% Air / Bahan

Rasio: > 2,0

Berikut jenis dari sistem konveyor pneumatik tertutup :

1.4 Perawatan Sistem Pneumatik

Perawatan sistem Pneumatik terdiri dari memperbaiki, mencari gangguan,

pembersihan dan pemasangan komponen, dan uji coba pengoperasian.

Tindakan pencegahan untuk menjaga udara dalam sistem selalu terjaga

kebersihannya. Saringan dalam komponen harus selalu dibersihkan dari

partikel-partikel metal yang mana hal tersebut dapat menyebabkan keausan

pada komponen. Setiap memasang komponen Pneumatik harus dijaga

kebersihannya dan diproteksi dengan pita penutup atau penutup debu dengan

segera setelah pembersihan. Memastikan ketika memasang kembali

komponen tidak ada partikel metal yang masuk kedalam sistem.

Sangat penting mencegah masuknya air, karena dapat menjadi penyebab

sistem tidak dapat memberikan tekanan. Operasi dalam temperatur rendah,

walaupun terdapat jumlah air yang sangat kecil dapat menjadi penyebab serius

tidak berfungsinya sistem. Setiap tahap perawatan harus memperhatikan

masuknya air kedalam sistem.

Kebocoran bagian dalam komponen, selama kebocoran pada O-Ring atau

posisinya, yang mana ketika pemasangan tidak sempurna atau tergores oleh

partikel metal atau sudah batas pemakaian.

NAMA:

1. EGI

2. LUSIANA ADHYTA ( 33 35 081674 )

3. VICTOR ADRIYADI ( 33 35 0816

4. YORNETA EKA PRATIWI ( 33 35 090120 )

TEKNOLOGI PARTIKEL

(TKK 408)

SEDIMENTASI

Oleh :

1. WIDIYARSYAH

2. MUSLIM AMIRUDIN

3. REYHAN PURNOMO

4. YOHANA MARISKA

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA

CILEGON-BANTEN

2012

BAB I

PENDAHULUAN

Air merupakan salah satu bahan pokok, yang mutlak di

butuhkan oleh manusia sepanjang masa, baik langsung maupun

tidak langsung.

Apabila tidak diperhatikan maka air dari sumber, seperti air permukaan

dan air tanah ataupun air hujan mungkin dapat mengganggu kesehatan manusia.

Untuk mencegah timbulnya gangguan ataupun penyakit yang disebabkan melalui

air, maka air yang dipergunakan terutama untuk diminum harus mengalami proses

penjernihan air agar memenuhi syarat- syarat kesehatan.Kualitas air baku untuk

air minum semakin memburuk dengan masih kurangnya perhatian yang serius

terhadap pengelolaan air limbah.

Air limbah dari rumah tangga dan industri, kawasan perdagangan, dan

sebagainya hampir semuanya dibuang langsung ke badan-badan air tanpa

pengolahan. Akibatnya, terjadi penurunan kualitas air permukaan dan air tanah,

yang pada akhirnya menurunkan kualitas air baku untuk air minum. Seperti yang

telah kita lihat diatas sumber air yang semakin lama semakin memburuk dapat

kita antisipasi dengan salah satu alternatif mendapatkan air bersih adalah dari

sumur atau sungai yang tidak tersemar bahan-bahan kimia, yaitu dengan membuat

penjernihan air secara sederhana yang memanfaatkan sumber daya di sekitar kita.

Sedimentasi merupakan salah satu contoh upaya penjernihan air untuk

meningkatkan kualitas dari sumber air tersebut.

. Sedimentasi ini merupakan suatu proses pengendapan material

yang ditransport oleh media air, angin, es, atau gletser di suatu cekungan. Delta

yang terdapat di mulut-mulut sungai adalah hasil dan proses pengendapan

material-material yang diangkut oleh air sungai, sedangkan bukit pasir (sand

dunes) yang terdapat di gurun dan di tepi pantai adalah pengendapan dari

material-material yang diangkut oleh angin.

BAB II

PEMBAHASAN

Teori Sedimentasi

Sedimentasi adalah pemisahan solid-liquid menggunakan

pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan suspended solid.

Pada umumnya, sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum,

pengolahan air limbah, dan pada pengolahan air limbah tingkat

lanjutan. Pada pengolahan air minum, terapan sedimentasi khususnya

untuk:

1. Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan dengan

filter pasir cepat.

2. Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum

disaring dengan filter pasir cepat.

3. Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan sodakapur.

4. Pengendapan lumpur pada penyisihan besi dan mangan. Pada

pengolahan air limbah, sedimentasi umumnya digunakan untuk :

a. Penyisihan grit, pasir, atau silt (lanau).

b. Penyisihan padatan tersuspensi pada clarifier pertama.

c. Penyisihan flok / lumpur biologis hasil proses activated sludge pada clarifier

akhir.

d. Penyisihan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter.

Pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan, sedimentasi ditujukan

untuk penyisihan lumpur setelah koagulasi dan sebelum proses filtrasi.

Selain itu, prinsip sedimentasi juga digunakan dalam pengendalian

partikel di udara.

Prinsip sedimentasi pada pengolahan air minum dan air limbah adalah

sama, demikian juga untuk metoda dan peralatannya.

Bak sedimentasi umumnya dibangun dari bahan beton bertulang

dengan bentuk lingkaran, bujur sangkar, atau segi empat. Bak

berbentuk lingkaran umumnya berdiameter 10,7 hingga 45,7 meter

dan kedalaman 3 hingga 4,3 meter. Bak berbentuk bujur sangkar

umumnya mempunyai lebar 10 hingga 70 meter dan kedalaman 1,8

hingga 5,8 meter. Bak berbentuk segi empat umumnya mempunyai

lebar 1,5 hingga 6 meter, panjang bak sampai 76 meter, dan

kedalaman lebih dari 1,8 meter.

Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada konsentrasi partikel dan

kemampuan partikel untuk berinteraksi. Klasifikasi ini dapat dibagi ke

dalam empat tipe (lihat juga Gambar 3.1), yaitu:

· Settling tipe I: pengendapan partikel diskrit, partikel mengendap

secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel.

· Settling tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi

antar-partikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatanpengendapan bertambah.

· Settling tipe III: pengendapan pada lumpur biologis, dimana gaya

antarpartikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap

· Settling tipe IV: terjadi pemampatan partikel yang telah

mengendap yang terjadi karena berat partikel.

Sedimentasi Tipe I

Sedimentasi tipe I merupakan pengendapan partikel diskret, yaitu

partikel yang dapat mengendap bebas secara individual tanpa

membutuhkan adanya interaksi antar partikel. Sebagai contoh

sedimentasi tipe I antara lain pengendapan lumpur kasar pada bak

prasedimentasi untuk pengolahan air permukaan dan pengendapan

pasir pada grit chamber.

Sesuai dengan definisi di atas, maka pengendapan terjadi karena

adanya interaksi gaya-gaya di sekitar partikel, yaitu gaya drag dan

gaya impelling.

Massa partikel menyebabkan adanya gaya drag dan diimbangi oleh

gaya impelling, sehingga kecepatan pengendapan partikel konstan.

Sedimentasi Tipe II

Sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel flokulen dalam

suspensi encer, di mana selama pengendapan terjadi saling interaksi

antar partikel. Selama dalam operasi pengendapan, ukuran partikel

flokulen bertambah besar, sehingga kecepatannya juga meningkat.

Sebagai contoh sedimentasi tipe II antara lain pengendapan pertama

pada pengolahan air limbah atau pengendapan partikel hasil proses

koagulasi-flokulasi pada pengolahan air minum maupun air limbah.

Sedimentasi Tipe III dan IV

Sedimentasi tipe III adalah pengendapan partikel dengan konsentrasi

yang lebih pekat, dimana antar partikel secara bersama-sama saling menahan

pengendapan partikel lain di sekitarnya. Karena itu pengendapan terjadi secara

bersama-sama sebagai sebuah zona dengan kecepatan yang konstan. Pada bagian

atas zona terdapat interface yang memisahkan antara massa partikel yang

mengendap dengan air jernih. Sedimentasi tipe IV merupakan kelanjutan dari

sedimentasi tipe III, di mana terjadi pemampatan (kompresi) massa partikel

hingga diperoleh konsentrasi lumpur yang tinggi. Sebagai contoh sedimentasi tipe

III dan IV ini adalah pengendapan lumpur biomassa pada final clarifier setelah

proses lumpur aktif (Gambar 1.2). Tujuan pemampatan pada final clarifier adalah

untuk mendapatkan konsentrasi lumpur biomassa yang tinggi. keperluan

resirkulasi lumpur ke dalam reaktor lumpur aktif.

Gambar 1.2 Pengendapan pada final clarifier untuk proses lumpur aktif

Sebelum mendisain sebuah bak final clarifier, maka perlu dilakukan

percobaan laboratorium secara batch menggunakan column settling test.

Pengamatan dilakukan terhadap tinggi lumpur pada to hingga t. Data yang

diperoleh adalah hubungan antara tinggi lumpur dengan waktu (Gambar 3.10).

Gambar 3.10 Grafik hasil percobaan sedimentasi tipe III dan IV

Bentuk bak sedimentasi

Berikut ini adalah macam-macam bentuk bak sedimentasi :

a. Segi empat (rectangular) : pada bak ini air mengalir horisontal dari inlet

menuju outlet, sementara partikel mengendap ke bawah.

bak sedimentasi segi empat (a) denah (b) potongan memanjang

b. Lingkaran (circular) : center feed

Pada bak jenis ini air masuk melalui pipa menunju inlet bak dibagian tengah bak,

kemudian air mengalir horisontal dari inlet menuju outlet disekeliling bak,

sementara partikel mengendap kebawah. Rasio panjang : lebar bak adalah 2 : 1

sampai 3 : 1

c. Sedimentasi lingkaran (circular)-periferal feed

Pada bak ini air masuk melalui sekeliling lingkaran dan secara horisontal mengalir

menuju outlet dibagian tengah lingkaran, sementara partikel mengendap dibagian

bawah.

Activated Sludge Mass Balance over Settler

Proses sedimentasi dapat dikelompokkan dalam tiga klasifikasi,

bergantung dari sifat padatan di dalam suspensi:

1. Discrete (free settling)

Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel discrete adalah dipegaruhi

oleh gravitasi dan gaya geser yang didefinisikan sebagai:

2. Flocculent

Kecepatan pengadukan dari partikel-partikel meningkat, dengan setelah

adanya penggabungan diantaranya.

3. Hindered/Zone settling

Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel di dalam suspensi dengan

konsentrasi padatan melebihi 500 mg/l.

Sedimentasi Kontinu

Pada proses sedimentasi kontinu waktu detensi (t) adalah sebesar volume basin

(v) dibagi dengan laju alir (Q).

Overflow rate (Vo) menggambarkan besarnya kecepatan pengendapan adalah

fungsi dari laju alir (Q) dibagi dengan luas permukaan basin (Ap).

Laju linier (V) mengambarkan besarnya kecepatan horizontal adalah fungsi dari

laju alir (Q) dibagi dengan luas area tegak lurus aliran.

Sedimentasi Batch

Besarnya nilai koefisien Drag (CD) bergantung pada pola aliran sekitar

partikel, apakah laminar atau turbulen. Hal ini ditunjukkan dengan besarnya nilai

CD sebagai fungsi dari nilai bilangan Reynolds (Nre).

TUGAS TEKNOLOGI PARTIKEL

Disusun oleh :

ALI HAFID

NANA SUPRIATNA

SENDY

TRI RESTI OKTARIA

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

CILEGON – BANTEN

2012

SEGREGASI

A. Pendahuluan

Hal yang menarik dari material jenis ini, selain fasanya yang dapat

berubah-ubah sesuai dengan kondisi lingkungannya (perubahan fasa ini tidak

mengubah fasa butiran), adalah munculnya banyak fenomena yang belum dapat

dirumuskan oleh ilmu fisika yang ada, misalnya saja dengan Efek Kacang Brasil

(Brazil Nut Effect) dan Kebalikan Efek Kacang Brasil (Reverse Brazil Nut Effect),

osilasi, avalansi, segregasi dan turbulensi.

1. Segregasi: baik dengan memberikan asupan energi berupa vibrasi atau

rotasi, campuran butiran-butiran yang berbeda ukuran dapat terpisahkan

dan membentuk pola-pola tertentu

2. Osilasi: pertukaran antara keadaan segregasi dan tercampur. Salah satu

fenomena osilasi diperoleh dengan membagi wadah osilasi ke dalam dua

buah ruang yang identik

3. Turbulensi: dalam aliran material butiran yang memiliki Bilangan

Reynolds yang berbeda dengan fluida, dapat terjadi turbulensi dengan

alasan yang berbeda.

4. Difusi terbalik: umumnya gas atau cairan akan mengalir dari daerah yang

berkonsentrasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi rendah, akan tetapi hal

ini selain dapat pula terjadi pada material butiran, dapat juga berlaku

kebalikannya, yaitu butiran dapat memiliki kecenderungan untuk

berkumpul atau dari konsentrasi rendah berpindah ke daerah berkonsetrasi

tinggi

5. Efek Kacang Brasil: campuran dua buah butiran berbeda ukuran yang

diasup energi dari luar berupa vibrasi akan membuat terjadinya pemisahan

antara kedua butiran, butiran besar di atas dan butiran besar di bawah, dan

hal ini tidak tergantung dari massa satuan kedua butiran tersebut.

6. Kebalikan Efek Kacang Brasil: kebalikan dari Efek Kacang Brasil, di

mana butiran yang lebih kecil akan berada di atas dan yang lebih besar di

bawah

7. Avalansi: dalam suatu tumpukan material butiran yang berfase padat, ia

akan dapat stabil, tetapi apabila tumpukan tersebut terus dipertinggi, suatu

saat ia akan meluruh dan kembali stabil. Model ini dapat dikaitkan dengan

gejala gempa bumi tektonik dan tanah longsor.

Mendapatkan pencampuran partikel padatan dari ukuran dan densitas yang

berbeda merupakan faktor terpenting dalam proses industry. Untuk aliran bebas

dari powder untuk ukuran dan densitas yang berbeda yang diinginkan adalah tetap

terpisah, oleh karena itu partikel padatan yang besar berada diatas karena vibrasi.

Contoh yang ekstrim adalah bola baja yang besar berada diatas pasir hanya karena

di goncangkan ke atas dan ke bawah.

B. Tipe campuran

Sebuah campuran yang sempurna dari dua jenis partikel yang berbeda

adalah ketika diambil dari setiap posisi mengandung jumlah yang sama dari

masing-masing partikel. Dalam prakteknya campuran yang sempurna tidak akan

di dapatkan, secara umum adalah bertujuan untuk menghasilkan campuran secara

acak yaitu untuk mendapatkan probabilitas menemukan partikel dengan

komposisi yang sama pada setiap posisi pengambilan. Suatu partikel yang berbeda

ukuran dan sifat fisiknya kemungkinan segregasi dapat terjadi.

Pada sistem partikel, derajat segregasi ditentukan oleh ukuran partikel

paling besar. Suatu campuran dikatakan homogen jika komposisi tidak bervariasi

terhadap posisi. Ada tiga karakteristik statistik kecampuran yaitu: segregasi

sempurna, random sempurna, dan dispersi sempurna. Segregasi artinya

konsentrasi tertentu mengelompok di daerah tertentu. Random artinya terjadi

heterogenitas kimiawi tetapi bukan fisis.

C. Penyebab dan konsekuensi segregasi

Segregasi atau pemisahan merupakan salah satu fenomena material butiran

yang dapat amat dimanfaatkan oleh industri. Akan tetapi fenomena ini harus pula

diperhatikan efesiensi pemanfaatannya apabila dibandingkan dengan teknologi

yang telah ada, yaitu proses penyaringan dan pemisahan secara gaya berat

Ketika partikel untuk dicampur memiliki sifat fisik yang sama penting

(ukuran distribusi, bentuk, kerapatan) maka, asalkan proses pencampuran

berlangsung lama cukup, campuran acak akan diperoleh. Namun, di banyak

umum sistem, partikel untuk dicampur memiliki sifat yang berbeda dan cenderung

menunjukkan segregasi.

Partikel dengan properti fisik yang sama kemudian mengumpulkan

bersama-sama dalam satu bagian dari campuran dan campuran acak bukanlah

keadaan alami untuk seperti sistem partikel. Bahkan jika partikel awalnya

dicampur dengan beberapa cara, mereka akan cenderung unmix pada

penanganannya.

Perbedaan ukuran partikel, densitas dan bentuk partikel dapat

memungkinkan terjadinya segregasi. Perbedaan ukuran partikel merupakan faktor

terpenting dibandingkan dengan perbedaan densitas, kecuali untuk fluidisasi gas

perbedaan densitas lebih penting dibandingkan dengan ukuran partikel.

D. Mekanisme segregasi

Segregasi Trajectory

Jika diamter partikel adalah x dan densitas adalah p , drag diatur dengan

hukum stoke, kecepatan U, viskostas , dan densitas f batas jarak .

Sebuah partikel dengan diameter 2x karena itu akan melakukan

perjalananempat kali lebih jauh sebelum berhenti. Mekanisme ini dapat

menyebabkan segregasi di mana partikel disebabkan untuk bergerak melalui udara

Percolasi partikel halus

Jika massa partikel terganggu sedemikian rupa sehingga individu partikel

bergerak, penataan ulang dalam kemasan dari partikel terjadi. Pemisah terjadi

karena adanya pergerakan naik turun. Jika powder terdiri dari partikel

ukuran yang berbeda, akan lebih mudah untuk partikel kecil untuk jatuh ke bawah

dan sehingga akan ada ada kecenderungan untuk partikel kecil untuk bergerak ke

bawah mengarah ke pemisahan. Bahkan perbedaan yang sangat kecil dalam

ukuran partikel dapat menimbulkan segregasi yang signifikan. Pemisahan oleh

perkolasi dari partikel halus dapat terjadi ketika campuran terganggu,

menyebabkan penataan ulang partikel. Hal ini dapat terjadi selama

pengadukan, gemetar, getaran atau saat menuangkan partikel ke dalam sebuah

tumpukan.

Keatasnya partikel kasar karena vibrasi

Jika campuran partikel ukuran yang berbeda bergetar partikel yang lebih besar

bergerak ke atas. Hal ini dapat ditunjukkan oleh menempatkan bola tunggal yang

besar di bagian bawah pasir.

E. Elutriation Segregation

Elutriation, juga dikenal sebagai klasifikasi udara, adalah proses untuk

memisahkan partikel yang lebih ringan dari yang lebih berat menggunakan aliran

vertikal-diarahkan gas atau cairan (biasanya ke atas). Metode ini sangat digunakan

untuk partikel dengan ukuran (> 1μm). Partikel-partikel yang lebih kecil atau

lebih ringan naik ke atas (overflow) karena mereka kecepatan terminal lebih

rendah dari kecepatan dari fluida meningkat. terminal dari setiap partikel dalam

media apapun dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Stokes ' jika partikel

bilangan Reynolds di bawah .2.

Ketika powder dengan ukuran dibawah 50 m dimasukan dalam alat

penyimpan (hopper), udara mengalir ke atas. Kecepatan udara keatas dapat

melebihi kecepatan terminal jatuh bebas dari beberapa partikel halus yang

kemudian tetap tersuspensi setelah partikel besar beada dipermukaan hopper.

Untuk partikel dalam berbagai ukuran di udara kecepatan terminal terjun bebas

biasanya dalam orde beberapa sentimeter per detik dan akan meningkat dengan

kuadrat dari diameter partikel (misalnya untuk 30 mm partikel pasir kecepatan

terminal adalah 7 cm/s).

F. Pengurangan segregasi

Pemisahan (segregasi) terjadi terutama sebagai akibat dari perbedaan

ukuran. Kesulitan pencampuran dua komponen sehingga dapat dikurangi dengan

membuat ukuran komponen sama. Pemisahan umumnya tidak menjadi masalah

serius ketika semua partikel kurang dari 30 m (untuk kepadatan partikel dalam

kisaran 2000-3000 kg/m3).

Dalam partikel halus gaya interpartikel dihasilkan oleh elektrostatik. Gaya

van der waals dan gaya karena kelembaban lebih besar dibandingkan dengan

gravitasi dan gaya inersia, ini menyebabkan partikel menjadi lengket dan

mencegah terjadinya segregasi. Serbuk ini disebut dengan serbuk kohesif.

Kurangnya mobilitas partikel individu dalam bubuk kohesif adalah salah satu

alasan mengapa mereka memberikan kualitas pencampuran yang lebih baik

Mobilitas partikel dalam serbuk yang mengalir bebas dapat dikurangi

dengan penambahan jumlah kecil cairan. Penurunan mobilitas mengurangi

segregasi dan pencampuran yang lebih baik Hal ini dimungkinkan untuk

mengambil keuntungan dari kecenderungan alami untuk partikel menghasilkan

campuran yang lebih berkualitas campuran acak. Campuran tersebut dikenal

sebagai campuran interaktif, mereka terdiri dari partikel kecil

(Misalnya <5 m) melekat pada permukaan partikel pembawa secara terkendali

G. Peralatan pencampuran partikel

Terdapat tiga mekanisme mixing yaitu :

1. Shear mixing

Pada shear mixing, tegangan geser menimbulkan peningkatan zona

slip dan mixing terjadi interchange partikel antara lapisan dalam zona.

2. Diffusive mixing

Diffusive mixing terjadi ketika partikel menurun pada permukaan

miring.

3. Convective mixing

Convective mixing terjadi karena pergerakan yang sengaja dari bulk

powder disekitar massa powder

Dalam partikel jatuh bebas shear mixing dan diffusive mixing keduanya

memberikan peningkatan ukuran segregasi begitu juga dengan convective mixing

dapat mempromosikan terjadinya mixing.

H. Tipe mixer

1. Tumbling mixer

Tumbling mixer terdiri dari bejana tertutup yang berputar pada porosnya.

Bentuk umum dari vessel adalah kubus adalah kubus ganda dan berbentuk V.

Mekanisme dominan adalah diffusive mixing dapat meningkatkan segregasi

dalam powder yang jatuh bebas dan kualitas campuran dapat dicapai dalam

powder tersebut dalam tumbling mixer adalah terbatas

2. Convective mixer

Dalam pola sirkulasi konvektif mixer ditetapkan dalam statis shell dengan

memutar dayung. Mekanisme utama adalah konvektif pencampuran, meskipun hal

ini disertai oleh beberapa difusif dan geser pencampuran. Salah satu mixer

konvektif yang paling umum adalah pita blender di mana pisau heliks atau pita

berputar pada sumbu horizontal dalam statis silinder atau palung. Kecepatan rotasi

biasanya kurang dari satu revolusi per detik. Jenis agak berbeda dari mixer

konvektif adalahNautamix

3. Fluidized bed mixer

Ini bergantung pada mobilitas partikel alam yang diberikan dalam yang

fluidized bed. Pencampuran sebagian besar konvektif dengan pola sirkulasi yang

didirikan oleh gerakan gelembung di dalam fixed bed. Sebuah fitur penting dari

mixer fluidized bed adalah bahwa langkah-langkah memproses beberapa

(misalnya pencampuran, reaksi, pengeringan pelapisan, dll) dapat dilakukan

dalam vessel yang sama.

4. High shear mixer

Lokal tegangan geser yang tinggi diciptakan oleh perangkat serupa dengan

yang digunakan dalam penumbukan misalnya, pisau berputar kecepatan tinggi,

rendah kecepatan-tinggi rol kompresi. Dalam shear mixer penekanannya untuk

memecahkan penggumpalan serbuk kohesif.

TUGAS TEKNOLOGI PARTIKEL

TEMPAT PENYIMPANAN SILO BIN DAN HOPPER

Di susun oleh :

Ajid miftahul M (080241)

Rahmat Maulud (071589)

Antonius Maichael (071481)

Setiahadi

JURUSAN TEKNIK KIMIA - FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON - BANTEN

2012

I. Pendahuluan

A. Bahan-bahan yang terlibat dalam proses produksi di industry kimia

dapat dibedakan berdasarkan :

Wujud Gas

- Bahan padat

- Bahan cair

Arus bahan dalam Proses Produksi

- Raw Material

- Bahan setengah Jadi

- Produk

B. Pembahasan mengenai penyimpanan bahan terkait dengan :

Storing system

- Bagaimana system penyimpanan

- Berapa jumlah bahan yang disimpan

- Berapa lama waktu penyimpanan

Peralatan Pengiriman

Bagaimana pengambilan bahan dari alat penyimpan

II. Tujuan Penyimpanan Bahan

Tujuan dari penyimpanan bahan (padat, cair gas) baik sebagai

bahan baku, bahan intermediet, maupun produk, adalah untuk menjaga

kelangsungan proses produksi, agar pabrik tetap dapat mengeluarkan atau

menjual produknya ke konsumen dalam batas waktu tertentu walaupun

terjadi hambatan atau kemacetan supply bahan baku maupun terjadi

kerusakan alat-alat pabrik.

Penyimpanan bahan biasanya djumpai di tiga tempat yaitu :

1. pada permulaan atau awal proses, unutk menyimpan bahan baku

2. Ditengah tengah proses untuk menyimpan bahan setengah jadi

3. Pada akhir proses untuk peyimpanan bahan jadi (produk)

III. Kapasitas Penyimpanan

Jumlah bahan yang disimpan biasanya dinyatakan dengan

kapasitas/ton tiap hari dari pabrik. Jumlah ini tergantung pada :

1. Alat-alat dan pabrik secara keseluruhan

2. Metode operasi.

3. Frekuensi, lamanya waktu yang diperlukan untuk proses (durasi) dan

shut dari masing-masing unit secara individu yang ada di plant.

4. Mudah atau sukarnya bahan tersebut didapat dan juga didistribusi

bahan produknya (termasuk transportasi dari bahan tersebut)

- Untuk bahan yang mudah didapat dalam negeri, maka jumlah

bahan yang akasn disimpan relative lebih sedikit disbanding

sengan bahan yang sukar didapat.

- Untuk produkyang terkait kontrak jual beli dengan pabrik lain,

jumlah bahan yang disimpan lebih banyak jika disbanding

dengan produk yang dipasarkan.

IV. Karakteristik Bahan Padat

Karakteristik bahan padat meliputi :

1. Sifat fisis bahan :

a. Ketahanan terhadap pengaruh cuaca

Bahan padat dikatakan tahan terhadap cuaca jika bahan tersebut

terhubung dengan cuaca (curah hujan, panas, angin dll) bahan tersebut

masih dapat dipakai di industry (masih memenuhi persyaratan kualitas

bahan). Contoh : batu kapur, pasir besi, bahan galian alam (pasir, kuarsa)

dan sebagainya.

Bahan padat dikatakan tidak tahan terhadap pengaruh cuaca jika

bahan tersebut berhubungan dengan cuaca, maka bahan tersebut tidak

dapat dipakai lagi. Contoh : semen klinker, Kristal gula dan sebagainya.

Pada umumnya bahan padat yang bersifat higroskopis tergolong tidak

tahan terhadap cuaca.

b. Ukuran bahan

Dalam industry yang bekerja dengan bahan padatan, ukuran padat

dibedakan menjadi empat jenis ukuran :

1. ukuran sangat halus, ukuran butir lolos saringan (<149 mikro)

2. Ukuran halus, ukuran butir lolos dengan saringan.

3. Ukuran butir atau granular, bahan padat dengan ukuran lebih besar

3.18 mm samapi dengan 12.7 mm.

4. Bahan padat berupa gumpalan material dengan ukuran >12.7 mm.

c. flow ability

Flow ability adalah kemampuan bahan untuk meluncur dengan

sendirinya. Flow ability dari suatu bahan sangan terkait dengan ukuran

dari bahan tersebut dan dapat dibedakan menjadi :

1. sangat free flowing, yaitu bahan padat yang memiliki sudut gelincir

bahan <30

2. Free flowing yaitu bahan padat yang memilikisudut gelincir antara

30-40.

3. Sluggish material, yaitu bahan padat yang lamban unutk

menggeilincir >45

Bahan padat yang tergolong kering pada umumnya bersifat free

flowing

Angle of repose adalah sudut kemiringan papas terhadap posisi datar

sedemikian sehingga bahan padat di atas papan mulai tergelincir

sendirinya.

d. Abrasiveness

Dapat didefinisikan sebagai tingkat kekerasan bahan. Abrasiveness

Berpengaruh terhadap pemilihan alat transport yang dipakai. Berdasarkan

Abrasivitas, maka bahan padat dapat digolongkan menjadi :

- Non-abrasive, permukaan bahan sangat halus

- Abrasive permukaan bahan kasar

- Sangan abrasive permukaan bahan kasar, tajam dan runcing. Contohnya

adalah pecahan batu.

e. Sifat kimia bahan :

- Korosifitas

- hazardoud properties (fire ability, explosivity, toxicity)

karakteristik bahan padat sangat menentukan dalam pemilihan

system penyimpanan dan pengankutan bahan padat dalam industry.

V. Penyimpanan bahan padat

Penyimpanan bahan padat dalam jumlah banyak dilakukan sebagai berikut

:

1. Sisitem outdoor

Ada empat meotde penyimpanan bahan dengan system outdoor, yaitu :

- penimbunan dibawah travelling bridge

penyimpanan bahan kea lat yang lain menggunakan crane yang

dilengkapi dengan bucket. Alat yang digunakan untuk

memindahkan bahan ke unit lain berupa conveyor.

- Penimbunan di kiri-kanan jalan

Alat yang dipakai adalah lokomotif crane yang dilengkapi

dengan bucket. Untuk memindahkan bahan tersebut kea lat

transport lain truk lori atau langsung ke unit lain, dijalankan

sekaligus oleh lkomotif crane tersebut.

- Overhead system

System ini dipakai unutk jarak jauh dan dilakukan dengan

monorail car yang dilengkapi bucket.

- Drag scrapper system

Sisitem ini terdiri scrapper bucket yang dikaitkan dengan kabel

yang bergerak pada suatu pulley. Alat yang biasa dipakai untuk

mengangkut bahan ke unit biasanya berupa lori dan conveyor.

2. System indoor

Penyimpanan bahan padat dengan system ini dibagi menjadi dua cara :

a. Penyimpanan indoor dalam bentuk timbunan pada musim tertentu.

Misalnya bahan keramik, mineral, hasil pertanian dan sejenisnya.

Alat trnpost yang digunakan system ini adalah monorail, conveyor.

Biasanya digunakan untuk menyimpan bahan yang dipertahankan tetp

kering atau bahan yang memerlukan perlindungan terhadap atmosfer

b. Penyimpanan indoor dalam bin silo dan hopper

- Bin

Alat ini banyak dipakai terutama pada penyimpanan di bagian

akhir proses. Letak dari bin ini didalam atau luar gedung.

Pengumpanan melalui bagian atas bin yang terbuka dengan

monorail crane yang dilengkapidengan tripper. Sedangkan alat

pengumpan dapat berupa belt conveyor atau pneumatic sistem.

Pengeluaran bahan yang free flowing adalah secara gravity,

sedangkan untuk bahan yang cenderung menyumbat dipakai alat

air agitator.

Berdasarkan karakteristiknya, maka arus mengalir dalam bin

dapat dibedakan menjadi tiga yaitu :

a. Mass Flow bin yaitu seluruh material didalam bin akan

bergerak jika sebagian diambil dan material tidak

membentuk saluran pada saat pengeluaran.

Gambar 1 mass flow

b. Funnel flow bin yaitu material akan mengalir membentuk

saluran atau lubang tikus jika sebagain dari material diambil

dan material akan bergerak memisah.

Gambar 2 funel flow

c. Expanded Flow yaitu sebuah aliran bin diperluas kombinasi

antara mass flow dan funnel flow

Gambar 3 expanded flow

- Silo

Alat ini prinsipnya sama dengan alat penyimpan berupa bin,

hanya ukuran saja lebih besar. Silo digunakan untuk menyimpan

bahan sejenis semen. Biasanya diletakan dekat alat pengepakan.

Bia dibandingkan dengan bin, maka silo mempunyai tinggi lebih

besar yaitu samapi 40 meter.

- Hopper

Hopper dapat berbentuk seperti lingkaran, persegi panjang atau

bujur sangkar. Salah satu jenis yang terpenting adalah vibrating

hopper. Biasanya bawahnya disediakan tong buat menampung

yang dirancang untuk memfasilitasi aliran selama pengosongan.

VI. Beberapa Masalah Aliran Pada Alat Penyimpan Zat Padat

1. Arching

Bila pada outletnya terbentuk seperti lengkungan yang akan

menyebabkan aliran berhenti

2. Ratholing

Terjadi pada aliran funnel, terdapat partikel yang tertinggal sehingga

terbentuk ratehole

3. Irreguler flow

Jika terbentuk arches dan ratholes

4. Segregation

Bercampurnya partikel yang besar dengan yang kecil, dimana partikel

yang kecil berkumpul dibagian tengah sementara yang partikel besar

terletak dipinggir.

5. Degradation

Menyebabkan Pembusukan atau oksidasi, karena disimpan dalam

periode yang sangat lama.

VII. Cara mengatasi masalah pada aliran

1. Dengan menyemprotkan udara melalui dinding bin ataupun silo.

Gambar 4 udara injeksi

Gambar 5 compress air and vibrator

2. Menambahkan vibrator

Gambar 6 ratholing

Gambar 7 final vibration

ALAT TRANSPORTASI PADATAN

5.1. Alat Transportasi Benda Padat

Handling of Solid adalah pemindahan material solid, dari satu tempat

ketempat yang lain. Pemindahan benda padat dapat dilakukan dengan bantuan

tenaga manusia seperti penyekopan, pemindahan dan pengangkatan. Tetapi

karena kemampuan manusia sangat terbatas maka diciptakan peralatan untuk

membantu dalam pemindahan material tersebut. Peralatan yang umum

terdapat dalam industri adalah Mechanical conveyer dapat membawa material

dengan 3 cara yaitu : Scrapper, Carriers, Pneumatic Action

5.1.1. Scrapper

Scrapper adalah tipe conveyer yang membawa material dengan cara

menggaruk. Beberapa tipe peralatan ini adalah:

a. Screw Conveyer

Merupakan pengangkut tertua yang serba guna. Dapat digunakan atau di

adaptasikan pada variasi proses operasi yang luas.

Screw conveyer terdiri dari tiang baja yang berbentuk spiral (helix) dan

berputar dalam baknya tanpa terjadi sentuhan dengan dinding bak. Batang

screw digerakan oleh sebuah motor yang dilengkapi dengan roda gigi. Alat

ini cukup baik, hanya memerlukan head room yang kecil, pembiayaan dan

perawatan yang ekonomis. Keuntungan yang lain adalah material yang

terdorong juga menjadi tercampur.

Screw Conveyer dibedakan menjadi :

- Helcoid Flight Screw

Merupakan suatu screw conveyer dimana helix nya dibuat dengan

jalan dicetak satu sama lain sehingga saling berhubungan.

- Ribbon Screw Conveyer

Merupakan sebuah pipa berbentuk spiral yang dilas pada poros screw

conveyer dengan penyangga sehingga antara pipa baja dan poros

terdapat rongga. Ribbon conveyer ini digunakan untuk material yang

lengket seperti aspal, moolase, dll.

- Cut Flight Screw Conveyer

Merupakan screw conveyer yang bertujuan untuk pencampuran,

dimana pada bagian fligt helixnya dipotong (pada cut-flight) dan diberi

gayung-gayung yang miring.

Gb 5.28. Screw Conveyor

Gb 5.29. (a). sectional (b). Helicoid (c). Cost Iron (d). Ribbon (e). Cut Flight

b. Fligt Conveyor

Flight conveyor terdiri dari satu atau dua buah endless chain. Rantai tersebut

dapat berputar dan melewati bagian yang melengkung (palung). Rantai-rantai

tersebut juga mempunyai piringan dari kayu atay baja yang disebut Flight.

Bentuk flight diatur sesuai dengan bentuk palung. Rantai-rantai ini

menggerakan flight yang dapat mendorong material kearah yang diinginkan.

Bermacam-macam bentuk flight conveyor ditunjukan pada gambar 5.30. flight

conveyor digunakan untuk membawa material halus seperti bijia-bijian,

buangan dari kayu dan sampah batubara maupun material yang lengket.

Gb 5.30. Flight Conveyor

5.1.2. Carriers

Carriers merupakan tipe conveyor yang membawa material dengan cara

memikul atau mengankut. Beberapa perlatan yang termasuk tipe ini adalah :

a. Belt Conveyor

Sesuai dengan namanya, alat ini terdiri dari endless belt yang membawa

solid dari satu tempat ketempat yang lain. Belt conveyor dapat beradaptasi

terhapap variasi ukuran material yang besar kuantitasnya. Belt conveyor

membutuhkan tenaga yang kecil dan dapat mengangkut material yang

cukup jauh.

Bentuk dasar sabuk dapat berupa Flat Idler dan Troughed Idler. Flat idler

digunkan untuk membawa material yang sukar menggelinding atau

material yang mempunyai sudut geliding yang besar (angle of Repose).

Sedangkan Troughed idler digunakan untuk membawa sudut gelinding

yang runcing (kecil). Biasanya untuk material yang ringan.

Gb 5.31. Belt Conveyor

b. Bucket Conveyor

Bucket Conveyor digunakan untuk membawa material padat yang sangat

panas. Alat ini menyerupai Bucket Elevator tetapi pada bucket conveyor

membawa material secara horozontal.

Gb 5.32. Bucket Conveyor

c. Bucket Elevator

Merupakan paling mudah dan paling diandalkanuntuk mebuat lift-lift vertical.

Tersedia dalam kapsiatas dengan jarak yang luas serta dapat dioperasikan

terbuka sepenuhnya atau benar-benar tertutup.

Bucket Elevator digunakan untuk membawa solid yang sangat panas dan

beberapa material yang sukar dilayani oleh Apron Conveyor.

Model-modelnya adalah sebagai berikut :

1. Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator

Bucket ditempatkan sepanjang sabuk dan dikendarai dengan kecepatan

yang cukup. Bucket ini diisi dengan material dan dibawa sampai kepuncak

roda dan material dilepas dengan gaya sentrifugal. Peralatan ini digunakan

untuk membawa matrial halus yang mengalir atau bongkahan kecil, seperti

batubara, atau bahan kimia yang kering.

2. Spaced-Bucket Positive-Discharge Elevator

Bucket dikaitan dengan 2 rantai dan dibalikan pada saat melewati gigi roda

pemutar bagian atas oleh gaya gravitasinitu sendiri.

Peralatan ini digunakan untuk mengangkut material yang bersifat lengket

atau cenderung menggumpal.

3. Continuous Bucket Elevator

Sama halnya dengan Positive elevator tetapi jumlah bucket lebih banyak

dan raoat serta membentuk susunan bucket yang kontinyu,. Kapasitas yang

besar karena jumlah bucket yang banyak. Alat ini digunkan untuk

material yang lebih berat dan lebih fleksibel dipakai untuk berbagai entuk

dan ukuran material.

4. Supercapacity Continuous Bucket Elevator

Dirancang untuk lift yang tinggi dan bahan bongkahan besar serat untuk

muatan besar dalam ton dan baisanya digunakan [ada bagian yang

condong. Untuk meningkatkan beban dan keadaan pelepasan. Kecepatan

operasinya rendah karena beban yang berat dan karena sebagain besar

rantai yang medukung dikendalikan diatas penggerak.

Gb 5.33. (a). Centrifugal-Discharge Elevator (b). Positive-Discharge Elevator

(c). Continuous Bucket Elevator (d).Supercapacity Continuous Bucket

Elevator

5.1.3. Pneumatic Action

Aksi pneumatic digunakan untuk membawa material padat dalam bentuk

butiran sangat halus (powder). Material dibawa sebagaimana layaknya

menghandle seperti liquid atau gas, yaitu dengan jalan mensuspensi partikel-

partikel padat dalam gas atau cairan. Hal ini disebut system Fluidisasi.

Salah satu yang penting dalam teknik handling of solid dalam industri kimia

adalah pemindahan bahan dengan uap atau dengan udara melewati jarak

horizontal dan vertical antara ketinggian yang rendah sampai ketinggian

ratusan.

Kapasitas Pneumatic Conveyor tergantung dari :

1. Densitas dan ukuran serta bentuk partikel untuk beberapa tingkatan

2. energi yang dikandung oleh pemindahan udara melewati saluran system

3. diameter garis conveying tersebut

4. panjang ekuivalen dari garis conveying tersebut

Pneumatic Conveyor dapat membawa material berupa bubuk, butiran halus,

granular atau material ringan seperti kapas. Material dibawa dalam suatu pipa

atau duct dari satu tempat ke tempat lain dengan menggunakan aliran fluida.

Ada dua macam Pneumatic Conveyor, yaitu :

1. Sistem Vakum

Pada system vakum menggunakan system Exhauster untuk medorong

seumlah volume yang diperlukan melalui sebuah pipa. System ini

digunakan untuk memindahkan material halus dari beberapa tempat

kesuatu tempat lain

2. Sistem bertekanan

Pada system bertekanan digunakan sebuah blower sebagai suplai udara

dan udara ini membawa material dari suatu tempat ke tempat lain. Dengan

system ini material dalam pipa menempati 12 % dari volume pipa dan 88

% adalah suplai udara dari blower.

Sebuah pneumatic conveyer terdiri dari sebuah pipa metal, blower atau

exhauster. Receiver (tempat penampung), siklon pemisah (cyclone

separator) yang digunakan untuk meindahkan padatan dan udara, bag

filter, feeder, dan discharge devices.

Pada system vacuum, exhauster medorong udara masuk ke receiver,

kemudian dari receiver ini udara yang berisi partikel padat dipisahkan

dalam siklon.

Pada system bertekanan, udara mengalir melalui feeder dan mengambil

padatan secara kontinyu. Kemudian mengalirkannya melalui pipa menuju

kolektor (siklon) dimana terjadi pemisahan.

Gb 5.34. Pneumatic Conveyor

TUGAS TEKNOLOGI PARTIKEL

COARSE AND INTERMEDIATE CRUSHER

Disusun oleh :

Hafid Alwan 3335080834

Edy Rachman 3335082705

Maya Karunia 3335080248

Taufiq Aziz 3335082746

JURUSAN TEKNIK KIMIA – FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON - BANTEN

2012

A. Size Reduction

Operasi Size Reduction digunakan dalam industri yang mengerjakan

bahan-bahan mentah dalam bentuk padat atau bahan padat terfluidisasi.

Mengecilkan ukuran berarti membagi-bagi suatu bahan padat menjadi bagian-

bagian yang lebih kecil dengan menggunakan gaya mekanik. Operasi tersebut

mempunyai tujuan untuk mereduksi ukuran suatu padatan agar diperoleh

permukaan yang lebih besar dan untuk mempermudah proses selanjutnya. Dengan

adanya pengecilan ukuran dapat menyebabkan bahan akan :

Dapat diangkut dengan lebih mudah

Mempunyai bentuk yang lebih baik

Lebih mudah untuk diproses lebih lanjut

Secara umum tujuan dari size reduction atau pemecahahan ini adalah:

Menghasilkan padatan dengan ukuran maupun spesifik permukaan tertentu

Memecahkan bagian dari mineral atau kristal dari persenyawaan kimia yang

terpaut pada padatan tertentu.

Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan alat size reduction:

Ukuran umpan,

Size reduction ratio,

Distribusi ukuran partikel di arus produk,

Kapasitas,

Sifat bahan, seperti hardness, abrasiveness, stickiness, densitas,

flammability.

Kondisi basah atau kering.

Proses reduksi dapat dibedakan menjadi :

Proses pemecahan (crushing) : Memecah padatan sampai ukuran kasar.

Proses penggilingan (grinding) : Digunakan untuk mendapatkan hasil yang

halus.

Zat padat dapat diperkecil dengan empat cara yang biasa digunakan dalam

mesin pemecah dan penghalus yaitu:

• Kompresi, digunakan untuk pemecahan bahan kasar yang keras, setengah

keras, rapuh, dan lunak dengan menghasilkan relatif sedikit halusan.

• Impact, untuk bahan yang keras, setengah keras dan rapuh, untuk

memperoleh hasil yang berukuran kasar, sedang, dan halus.

• Atrisi (goresan), untuk bahan yang lunak, untuk mendapatkan hasil yang

sangat halus dari bahan yang lunak dan tak abrasif.

• Pemotongan, untuk bahan padat yang lunak, kenyal, dan berserat, untuk

memperoleh hasil dengan ukuran yang pasti, dengan hanya sedikit atau tidak

ada halusan sama sekali.

Crusher dan Grinder dikelompokkan dalam tiga kelompok besar yaitu;

1. Coarse Crusher (pemecah kasar) untuk umpan yang berdiameter antara 2

sampai dengan lebih dari 96 inchi.

2. Intermediate Crusher (pemecah antara) untuk umpan yang berdiameter

antara 1sampai dengan lebih dari 3 inchi

3. Fine Grinder (pemecah halus) untuk umpan yang berdiameter antara 0.25

sampai dengan lebih dari 0.5 inchi, dan hasil akhirnya bisa mencapai 200

mesh.

Gambar 1. Flow diagram penggunaan size reduction

B. Coarse dan Intermediate Crusher

Coarse dan intermediate crusher termasuk kedalam spesifikasi alat

crusher (alat pemecah). Alat pemecah atau bisa disebut dengan crusher, dapat

memecah bongakahan-bongkahan besar menjadi kepingan-kepingan kecil. Coarse

crusher dapat menghasilkan padatan dengan ukuran 2 sampai 96 inchi. Sedangkan

intermediate crusher merupakan reduksi ukuran perantara yaitu sekitar 1 sampai 3

inchi.

Coarse Crusher berfungsi untuk memecahkan padatan kasar menjadi ukuran

yang lebih kecil sesuai dengan spesifikasi (persyaratan gradasi) yang dibutuhkan.

Pada pekerjaan crushing ini biasanya diperlukan beberapa kali pengerjaan

pemecahan, tahap – tahap pekerjaan ini beserta jenis crusher yang digunakan antara

lain :

Pemecahan tahap pertama oleh jenis primary crusher.

Pemecahan tahap kedua oleh secondary crusher.

Pemecahan – pemecahan selanjutnya jika ternyata diperlukan, oleh tertiary

crusher.

Beberapa peralatan yang termasuk kedalam coarse crusher adalah;

1. Jaw Crusher (Pemecah tipe rahang)

Jaw crusher diperkenalkan oleh Blake dan Dodge , dan beroperasi dengan

menerapkan penghancur bertekanan. Merupakan salah satu peralatan pemecah

batu yang paling terkenal di dunia. Jaw Crusher sangat ideal dan sesuai untuk

penggunaan pada saat penghancuran tahap pertama dan tahap kedua. Memiliki

kekuatan anti-tekanan dalam menghancurkan bahan paling tinggi hingga dapat

mencapai 320 Mpa.

Jaw Crusher bekerja mengandalkan kekuatan motor . Melalui roda motor,

poros eksentrik digerakkan oleh sabuk segitiga dan slot wheel untuk membuat jaw

plate bergerak seirama. Oleh karena itu, material dalam rongga penghancuran

yang terdiri dari jaw plate, jaw plate yang bergerak dan side-lee board dapat

dihancurkan dan diberhentikan melalui pembukaan pemakaian.

Gambar 2. Cross Section dari Jaw Crusher (Coulson & Richardson’s, Particle

and separation Technology)

Jaw crusher dibagi menjadi dua jenis, yaitu :

a) Jaw crusher system blake (titik engsel diatas)

Suatu eksentrik menggerakkan batang yang dihubungkan dengan dua

toggle, toggle yang satu dipakukan pada kerangka dan satu lagi ke rahang ayun.

Titik pivat terletak pada bagian atas rahang gerak atau diatas kedua rahang pada

garis tengah bukan rahang. Pada sistem ini, umpan dimasukkan kedalam rahang

berbentuk V yang terbuka ke atas. Satu rahang tetap dan tidak bergerak,

sedangkan rahang yang satu lagi membuat sudut 20 derajat – 30 derajat dan dapat

bergerak maju mundur yang digerakkan oleh sumbu eksentrik, sehingga

memberikan kompresi yang besar terhadap umpan yang terjepit diantara dua

rahang. Muka rahang ini mempunyai alur dangkal yang horizontal. Umpan besar

yang terjepit antara bagian atas rahang dipecah dan jatuh keruang bawahnya yang

lebih sempit dan dipecah. Pada mesin ini baut pecah yang berfungsi sebagai

penahan apabila terdapat material solid dengan ukuran yang lebih besar dan keras

maka dia akan pecah dengan sendirinya tetapi tidak akan merusak keseluruhan

dari pada alat jaw crusher.

Gambar.3 Blake-type jaw crusher. (Allis Chalmers Co.)

b) Jaw crusher system dodge ( titik engsel dibawah )

Dodge jaw crusher sama seperti pada cara kerja blake jaw crusher. Pada

sistem ini, titik engsel berada dibawah sedangkan bagian atas bergerak maju

mundur. Hambatan yang dialami kemungkinan lapisan rahang mengalami

kerusakan selama proses berlangsung. Supaya rahang tidak cepat rusak , maka

biasanya dilapisi dengan bahan yang tahan tekanan dan getaran. Misalnya

manganese stell. Untuk mendapatkan usaha dan pergerakan yang teratur maka

dipasang sebuah roda penggerak yang dibuat dari besi uang pejal.

Gambar 4. Dodge Jaw crusher

2. Giratory Crusher (pemecah giratori)

Crusher ini beroperasi dengan kisaran. Bagian crusher pemecah berbentuk

Conis, karena itu kadang disebut cone crusher. Gyratory crusher hampir sama

dengan jaw crusher, perbedaannya terletak pada cara pemberian tekanan dimana

untuk giratory crusher tekanan diberikan dari arah samping. Hasil pemecahan

crusher ini rata – rata berbentuk kubus dan agak uniform hal ini karena bentuk

lengkung dari cone dan bowl yang mempunyai permukaan cekung (concave).

Gambar 5. Gyratory Crusher

Selain coarse crusher terdapat juga jenis peralatan Intermediate crusher,

diantaranya;

1. Cone Crusher

Cone Crusher digunakan secara luas sebagai mesin pemecah batu

sekunder dan tersier seperti halnya jaw crusher untuk pemecah batu primer.

Crusher jenis cone merupakan mesin serba guna bagi kebanyakan pasir dan

kerikil serta material yang memiliki ukuran butir asal (sebelum dipecah) 20-25 cm

yang tidak memerlukan lagi crusher primer. Untuk batu hasil ledakan, cone

crusher berfungsi sebagai crusher lanjutan dan/atau crusher akhir setelah crusher

primer. Head cone standar dengan rasio pemecahan 6-8 : 1, mengurangi ukuran

material menjadi minimum 20 mm. Head cone halus dapat mengurangi material

menjadi 6 mm dengan rasio pemecahan 4-6 : 1. Berbagai susunan liner

menyesuaikan masing-masing mesin dengan ukuran batu yang akan dipecah dan

persyaratan produk. Gradasi produk berubah mengikuti bukaan setting samping

yang tertutup.

Gambar 6. Cone crusher

2. Roll Crusher

Roll Crusher sangat diperlukan untuk menghasilkan produk dengan ukuran

tertentu. Crusher jenis tekanan ini menghasilkan variasi pemecahan yang lebih

besar dibanding jenis crusher lainnya. Crusher dengan roll ganda memiliki rasio

pemecahan terbatas antara 2 -2,5 : 1. Roll triple menghasilkan rasio pemecahan 4 -

5 : 1. Untuk meningkatkan produksi serta agar keausan dapat merata, harus

diusahakan agar material yang masuk dapat tersebar merata di permukaan roll.

Gradasi keluaran diatur dengan bukaan setting pembuang. Roll tidak terpengaruh

oleh kelembaban atau plastisitas material seperti pada crusher jenis cone.

Gambar 7. Crushing rolls

3. Hammer Mill

Hammer mill merupakan aplikasi dari gaya pukul (impact force) . Prinsip

kerja hammer mill adalah rotor dengan kecepatan tinggi akan memutar palu-palu

pemukul di sepanjang lintasannya. Bahan masuk akan terpukul oleh palu yang

berputar dan bertumbukan dengan dinding, palu atau sesama bahan. Akibatnya

akan terjadi pemecahan bahan. Proses ini berlangsung terus hingga di dapatkan

bahan yang dapat lolos dari saringan di bagian bawah alat. Jadi selain gaya pukul

dapat juga terjadi sedikit gaya sobek. Menurut Smith (1955), hammer mill, terdiri

atas martil/palu yang berputar pada porosnya dan sebuah saringan yang terbuat

dari plat baja. Bagian utama dari hammer mill adalah corong pemasukan,

pemukul, corong pengeluaran, motor penggerak, alat transmisi daya, rangka

penunjang dan ayakan.

Gambar 8. Hammer mill

C. Bagian-Bagian Peralatan Crusher

1. Feeders dan Hopper

Feeder dan hopper adalah komponen dari peralatan pemecah batu yang

berfungsi sebagai pengatur aliran dan pemisah bahan -bahan dan penerima bahan

baku (raw material). Fungsi utama feeder adalah mengatur aliran bahan batuan

yang masuk ke dalam pemecah batu (crusher). Terdapat dua jenis feeder, yaitu

apron feeder dan mechanical atau reciprocating plate feeder. Apron feeder

umumnya digunakan untuk memasok batu belah (rock) ke primary crusher, dan

merupakan heavy duty construction untuk menahan beban kejut dari batuan yang

ditumpahkan. Lebar feeder umumnya berkisar antara 76,2 s/d 243,84 cm dan

panjang 2 s/d 3 kali lebamya. Feeder dapat digerakkan oleh motor bertenaga 5 s/d

20 Hp (tergantung kapasitas yang ada). Mechanical atau reciprocating plate

feeder umumnya untuk material lebih halus (gravel pit). Reciprocating plate

digerakkan oleh poros "eccentric" dengan tenaga motor sekitar 3 s/d 20 Hp.

Ukuran atau dimensi feeder dan kecepatannya sebaiknya mempunyai kapasitas 25

s/d 35 % lebih besar dari kapasitas crusher.

2. Crusher

Adalah komponen dari peralatan pemecah batu yang berfungsi untuk

memecah dan mengurangi ukuran bahan (batu). Umumnya terdiri dari pemecah

batu primer tergantung dari kombinasi peralatan aggregat. Pada umumnya primer

crusher terdiri dan jenis jaw crusher, gyratory crushers, impactors, atau single

roll crusher yang mampu mengurangi ukuran batu ukuran besar (maks. 91,44 s/d

121,92 cm). Pemecah batu untuk ukuran batu yang Iebih kecil dapat memakai

twin atau triple roll crusher, cone crusher, atau hammermill.

3. Conveyor atau Bucket Elevator

Adalah komponen dari peralatan pemecah batu yang berfungsi untuk

memindahkan material secara langsung dalam suatu proses dari satu unit ke unit

lain atau ke stock pile. Pada umumnya suatu unit conveyer terdiri dari komponen

conveyer belt, conveyer leg, dan motor. Fungsi conveyer pada peralatan pemecah

batu biasanya terdiri dari unit joint conveyer (fungsi penyambung atau perantara),

discharge conveyer (mendistribusikan ke stock pile), feed conveyer (fungsi

pemasok), return conveyer (fungsi balik untuk dipecah lagi).

4. Screen (Ayakan)

Adalah komponen pada peralatan pemecah batu yang berfungsi untuk

menyaring /memisahkan, membentuk gradasi (grading), dan secara tidak langsung

mengontrol penyaluran material ke unit crusher selanjutnya, bin, atau stock pile.

Tujuan utama screening adalah "scalping", yaitu untuk memindahkan oversize

atau undersize material dalam unit crusher, atau untuk mendapatkan ukuran

material (batu) yang dihasilkan. Screen pada unit crusher yang portable biasanya

terdiri 2 ½ deck atau lapisan atau lembaran screen pada permulaan proses untuk

mendapatkan initial input pada deck bagian atas. Posisi deck atau lembaran screen

adalah paralel yang terpisah pada jarak yang cukup agar dapat menggerakkan

material antara deck. Material yang tertahan pada deck bagian atas akan dipecah

lagi oleh primary crusher, material yang lolos dari deck pertama dan yang tertahan

pada deck bagian kedua akan dipecah oleh unit crusher selanjutnya. Untuk

material berlebih yang halus (abu batu) akan melalui saringan paling bawah

berukuran ½ deck. Pada umumnya screen terbuat dari kawat baja yang dianyam,

dan bidang persegi empat yang terletak di antara dua bush kawat yang dianyam

menentukan ukuran batu yang dapat lolos melewatinya. Terdapat dua jenis screen

yang biasa dipakai, yaitu vibrating screen dan revolving screen. Vibrating screen

terdiri dari yang datar dan ada yang miring ke bawah dalam arah aliran bahan.

Vibrating screen digetarkan oleh sebuah penggetar yang ditempelkan di atas atau

di kiri dan kanan ayakan. Revolving screen biasanya terbuat dari drum yang

dinding dindingnya berlubang yang berputar dalam kedudukan miring ke bawah

dalam arah aliran bahan.

5. Bin dan Hopper Bawah

Adalah komponen pada peralatan pemecah batu yang berfungsi untuk

menampung secara sementara, atau sebagai kontainer yang besar untuk

menyimpan material permanen dari material pada stockpile.

D. Hukum-hukum size reduction

Operasi size reduction sering digunakan pada indusri‐industri yang

memerlukan bahan baku dalam ukuran tertentu dan produk dalam ukuran tertentu,

misalnya industri semen, batu bara, pertambangan, pupuk, keramik, dll. Pemilihan

jenis alat yang digunakan biasanya berdasarkan ukuran feed pada produk, sifat

bahan, kekerasan bahan, dan kapasitasnya.

Energi yang dibutuhkan untuk operasi size reduction sangat bergantung

dari ukuran partikel yang dihasilkan. Makin kecil partikel, maka makin besar

energi yang dibutuhkan.

1. Hukum Rittinger

Rittinger beranggapan bahwa besarnya energy yang diperlukan untuk size

reduction berbanding lurus dengan luasan baru partikel / perbandingan luas

permukaan partikel. Setelah reduksi dibuat model kubik kubusan dengan volume

R x F x P inch. Bila F=F, n=1, maka luasan baru yang ditimbulkan pada operasi

reduksi (3(n-1)F2). Dimisalkan energy yang dibutuhkan untuk pertambahan luas

line BHFE. Energy yang diperlukan untuk pemecahan kubus:

E = 3 B F2(F-1)

= 3 B F2 (n-1)

F3 = 3 B (n-1) D

Untuk partikel yang berbentuk kubus, kebutuhan energy yang bisa

dihitung dengan menganggap luasan partikel tersebut mempunyai perbandingan

tertentu (k) dengan partikel pada luasan yang sama atau ukuran sama berbentuk

kubus, sehingga :

Dimana;

AP = luasan partikel

AK = Luasan kubus untuk partikel dengan ukuran sama

Dimana 3BK = C’ = Konstanta Rittinger yang besarnya ditentukan oleh

percobaan. Dengan dimasukkan P partikel persamaan menjadi;

Persamaan di atas dikenal dengan persamaan Rittinger. Masih banyak

terdapat kekurangan dari hasil percobaan zat padat terhadap fraksi-fraksi yang

ukurannya lebih kecil dari hasil yang terletak di Hukum Rittinger.

2. Hukum Kick

Kick beranggapan bahwa energy yang dibutuhkan untuk pemecahan

partikel zat padat adalah berbanding lurus dengan ratio dari feed dengan produk.

Secara matematis dinyatakan dengan:

HP = k log D/d

dimana,

HP = tenaga yang dibutuhkan untuk memecahkan partikel zat padat atau feed

k = konstanta Kick

D = diameter rata-rata feed

Memecah partikel kubus berukuran lebih dari ½ inch adalah sama

besarnya dengan energi yang dibutuhkan untuk memecah partikel ½ inch menjadi

¼ inch.

3. Hukum Bond

Persamaanlain yang bisa digunakan adalah persamaan Bond. Bond

beranggapan bahwa energy yang dibutuhkan untuk membuat partikel dengan

ukuran Dp dari feed dengan ukuran sangat besar adalah berbanding lurus dengan

volume produk. Dengan memecahkan factor sphericity:

Cp / Vp = G / (v). (Dp)

dimana,

Cp = luasan partikel produk

Vp = volume partikel produk

υ = sphericity

Tenaga sphericity untuk berbagai macam produk dapat dilihat dari

bermacam buku, misalnya Mc Cabe table 26‐1 halaman 80. Besarnya energy yang

dibutuhkan :

p / M = Kb / (Dp)^0,5

Dimana Kb adalah suatu konstanta yang besarnya sama, tergantung pada

tipe mesin dan material yang akan direduksi. Hubungan antara Kb dan W sebagai

berikut:

Kb = Wi = 0,3162 Wi

dimana, Wi adalah energi dalam Kwh tiap ton feed yang dibutuhkan untuk

mereduksi feed dengan ukuran yang sangat besar sampai menghasilkan produk

yang 90% mampu melewati saringan 100μ, dimana:

P = dalam satuan kwh

M = dalam satuan ton/jam

Dp = dalam satuan mm

Bila 80% feed mampu melewati screen dengan ukuran Dpa dan 80%

produk mampu melewati screen dengan ukuran, maka gabungan persamaan

sebagai berikut:

Harga indeks tenaga Wi dapat dibaca pada Mc Cabe hal 77 tabel 27‐1.

Peramaan umum :

dE = dx/xn

dimana,

E = energy yang dibutuhkan

x = ukuran partikel

Bila harga n = 1, maka integrasi akan menghasilkan persamaan Rittinger:

E=C ( 1/xp – 1/xf)

Untuk n = 1,5, maka pada integrasi akan muncul:

Sedangkan untuk n>1 secara umum persamaan diferensial diatas mempunyai

integrasi :

Persamaan lain yang harus dicatat adalah grindability suatu bahan.

Didefinisikan sebagai ton/jam bahan yang dapat dihasilkan menjadi ukuran

tertentu dalam pesawat tertentu. Grindabilitas relatif adalah perbandingan suatu

bahan standar dan data grindabilitas tersebut dapat digunakan untuk

memperkirakan kebutuhan energy mereduksi bahan, memperkirakan ukuran jenis

pesawat.

DAFTAR PUSTAKA

Coulson J. M. & J. F. Richardson. 2002. Coulson and Richardson’s Chemical

engineering Particle technology and Separation processes. Butterworth-

Heinemann: Wildwood Avenue, Woburn, MA 01801-2041.

Rhodes, Martin. 2008. Introduction to Particle Technology – Second Edition.

John Wiley & Sons Ltd: West Sussex PO19 8SQ, England.

TEKNOLOGI PARTIKEL

“Cutting”

Disusun oleh :

LUKMAN NUR HAKIM 3335071507

MUHAMMAD ILHAM W H 3335071512

NOVI NIATI KHAIRINA 3335081681

RETNO PROBO HASTUTI 3335082736

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON – BANTEN

2012

I. Pendahuluan

Size Reduction (Pengurangan ukuran), merupakan langkah penting dalam

pengolahan bahan padat dalam jumlah yang besar. Proses ini dapat digunakan

dengan tujuan untuk membuat partikel dengan ukuran tertentu dan bentuk, untuk

meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk reaksi kimia atau untuk

membebaskan mineral berharga yang terdapat di dalam partikel. Pengurangan

ukuran padatan adalah proses energi yang bersifat intensif dan sangat tidak

efisien; 5% dari seluruh listrik yang dihasilkan digunakan dalam pengurangan

ukuran, sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk menciptakan permukaan

baru, proses skala industri umumnya kurang dari 1% efisien. Size Reduction

adalah salah satu operasi untuk memperkecil ukuran dari suatu padatan dengan

cara memecah, memotong, atau menggiling bahan tersebut sampai diperoleh

ukuran yang diinginkan. Menurut ukuran produk yang dihasilkan alat size

reduction dibedakan menjadi crusher, grinder, ultrafine grinder, dan cutter.

II. Cutting (Proses Pemotongan)

Cutting (Pemotongan) adalah proses pengecilan ukuran dengan cara

menghantamkan ujung suatu benda tajam pada bahan yang dipotong. Tujuannya

adalah untuk memperpendek ukuran bahan sehingga mudah ditangani dan

menjadi lebih seragam dan kompak di dalam pengolahan.

Menurut Perry dan Chilton (1973) mesin pemotong berputar biasa

digunakan untuk memotong bahan yang berserat. Gaya yang digunakan pada

pemotongan adalah gaya geser (shear) karena lebih efektif daripada gaya pukul

atau gaya tekan. Tenaga mesin berkisar 5-60 Hp, diameter pisau 1-2 ft, panjang

12-30 ft dan kapasitas mesin 1-2 ton/jam.

Kecepatan pemotongan (cutting speed) adalah suatu istilah untuk menyatakan

kecepatan gerak relatif alat pemotongan terhadap permukaan bahan yang dipotong

dan dinyatakan dalam satuan ft/menit (Turner dan Owen, 1945).

Brennan et al. (1974) menyatakan bahwa proses pemotongan melalui dua tahapan:

1. Pada bahan timbul retakan (fracture) awal sepanjang celah bahan tersebut.

2. Timbul celah-celah baru yang menyebabkan retakan menjadi lebih besar.

Menurut Perry dan Chilton (1973) pada pemotongan terjadi gaya geser (shear).

Dalam beberapa hal, tekanan pisau pada bahan ada yang bekerja secara langsung

atau sekaligus, dan ada yang bekerja secara perlahan-lahan. Tekanan secara

perlahan-lahan berguna untuk menghindari kerusakan pada bahan (misalnya :

roti). Gaya yang bekerja pada cara ini adalah gaya “gergaji” dan gaya “luncur”.

Selama pemotongan, bahan mengalami deformasi (perubahan), distorsi dan

peregangan. Peregangan ini terus meningkat sampai melampaui tegangan patah

bahan tersebut dan menimbulkan retakan pada bahan, dan akhirnya bahan terbelah

(Leniger dan Beverloo, 1975).

Tegangan patah dimiliki oleh setiap bahan. Patah/belah dalam suatu bahan terjadi

sepanjang retakan atau bagian yang rusak (cacat) dalam struktur bahan. Bahan

yang berukuran besar mempunyai banyak retakan dan dengan sedikit tegangan,

bahan bisa belah. Bahan yang berukuran kecil mempunyai sedikit retakan dan titik

patahnya lebih tinggi sehingga diperlukan tegangan yang lebih besar (Loncin dan

Merson, 1979).

Jika bidang retakan jumlahnya sedikit, bahan tersebut lebih mudah ditangani

dengan gaya pukul dan gaya geser. Bahan yang berserat lebih baik ditangangi

dengan gaya memotong (cutting).

Peralatan pemotong yang baik mempunyai pisau yang tajam dan tipis. Cara kerja

pisau pemotong pada waktu memotong bahan diusahakan seperti cara

menggergaji (sawing). Hal ini akan menghasilkan potongan bahan yang halus dan

energi yang digunakan lebih kecil (Henderson dan Perry, 1982).

Pisau-pisau pemotong ini memerlukan perawatan tertentu. Hal ini untuk

menghindari kerusakan pada bahan yang dipotong. Pisau-pisau pemotong sering

tumpul dan rusak. Pisau yang terbuat dari baja paduan atau bahan sejenis

umumnya lebih tahan lama. Perawatan yang dilakukan adalah pencucian untuk

membuang kotoran yang melekat pada pisau (Brennan et al., 1974).

Bentuk bahan hasil pemotongan bermacam-macam antara lain kubus, irisan tipis

berbentuk bulat atau persegi (slices), dan batang (bar). Bahan hasil pemotongan

mempunyai kesamaan, yaitu ukurannya seragam (Leniger dan Beverloo, 1975).

III Alat Pemotong (cutter)

Alat ini mempunyai cara kerja yang berbeda dengan size reduction

sebelumnya. Pada cutter ini, cara kerjanya dengan memotong. Alat ini dipakai

untuk produk ulet dan tidak bisa diperkecil dengan cara sebelumnya. Ukuran

produk 2‐10 mesh. Operasi size reduction sering digunakan pada indusri‐industri

yang memerlukan bahan baku dalam ukuran tertentu dan produk dalam ukuran

tertentu, misalnya industri semen, batu bara, pertambangan, pupuk, keramik, dll.

Pemilihan jenis alat yang digunakan biasanya berdasarkan ukuran feed pada

produk, sifat bahan, kekerasan bahan, dan kapasitasnya.

Energi yang dibutuhkan untuk operasi size reduction sangat bergantung dari

ukuran partikel yang dihasilkan. Makin kecil partikel, maka makin besar energi

yang dibutuhkan.

IV Aplikasi Proses Cutting

a. Water Jet Cutter

Water jet adalah sebuah alat yang digunakan dalam proses pemotongan

dingin dengan jalan menyemprotkan air yang bertekanan dan kecepatan tinggi ke

permukaan benda kerja. Untuk mendapatkan konsentrasi pengikisan permukaan

benda maka digunakan nozzle berdiameter lubang 0,1 s/d 0,4 mm. Tekanan air

yang digunakan mencapai 400 MPa dan kecepatan supersonic yang dapat dicapai

adalah 900 m/s. Jarak ujung nozzle ke permukaan benda kerja akan berpengaruh

terhadap kecepatan pengikisan. Jarak ini disebut standoff distance sekitar 3,2 mm.

Tipe alat ini beraneka ragam, ada yang menggunakan medium air yaitu Water Jet

Cutting (WJC) dan Abrasive Water-jet Cutting (AJM) yang menggunakan gas

bercampur abrasive bertekanan 0,2 s/d 1,4 MPa dengan kecepatan sekitar 2,5- 5,0

m/s. Gas yang digunakan dapat berupa udara kering, nitrogen, karbon dioksida,

helium dan lainnya. AJM ini umumnya digunakan untuk pekerjaan finishing,

deburring, trimming, cleaning dan sebagainya. Material yang dapat dipotong

adalah polimer.

Berikut ini adalah gambaran sederhana alat water jet cutting dan bagian-

bagiannya:

Diagram air jet pemotong:

1 – air bertekanan tinggi inlet

2 – permata (ruby atau berlian)

3 – abrasive (garnet)

4 – tabung pencampuran

5 – penahan

6 – memotong air jet

7 – memotong bahan

Kecepatan tinggi air yang keluar dari permata menciptakan ruang hampa yang

menarik abrasive dari garis kasar, yang kemudian bercampur dengan air dalam

tabung pencampuran.

a. Kegunaan dari water jet yakni:

Digunakan untuk memotong kaca, logam, non-logam (kayu, karet,

marmer, granit), plastic dengan ketebalan lebih dari 18 inch tanpa membentuk

bekas warna. Material dan kecepatan ideal tergantung pada berbagai faktor,

termasuk bahan, bentuk bagian tersebut, tekanan air dan jenis abrasive.

Mengontrol kecepatan nossel abrasive jet sangat penting untuk efisien dan

ekonomis mesin.

Salah satu dari beberapa bahan yang tidak dapat dipotong dengan jet air

adalah gelas marah. Karena kaca pemarah stres, segera setelah Anda mulai untuk

memotongnya, itu akan hancur menjadi fragmen kecil seperti yang dirancang

untuk melakukan penghancuran. Kecepatan ideal gerakan tergantung pada

berbagai faktor, termasuk bahan, bentuk bagian tersebut, tekanan air dan jenis

abrasive.

Karena waterjets dipotong dengan menggunakan air dan kasar, mereka

dapat bekerja dengan berbagai bahan. Materi ini meliputi:

- Tembaga, kuningan, alumunium

- Pre-pengerasan baja

- Mild baja

- Exotic materialss seperti titanium, Inconel dan Hastalloy

- 304 stainless steel

- Bahan rapuh seperti kaca, keramik, kuarsa, batu

- Bahan-bahan mudah terbakar

Water jet juga memainkan peran besar sebagai salah satu bagian dalam

proses manufaktur yang lebih besar. Sebagai contoh, water jet sering digunakan

untuk mesin fitur ke bagian yang sudah ada, atau untuk melakukan pra-mesin

untuk menghilangkan material sebelum menyelesaikan presisi mesin lain.

Keuntungan menggunakan water jet antara lain

- Dapat digunakan untuk pemotongan yang sangat presisi,

- Waktu yang dibubutuhkan sangat cepat

- Ramah lingkungan, tidak menghasilkan limbah yang merusak lingkungan

- Lebih ekonomis karena air dan bahan abrasive mudah di daur ulang

- Angka toleransi sangat ketat(relative kecil), Jumlah materi dihapus oleh jet air

sungai biasanya sekitar 0,02 “(0,5 mm) lebar, yang berarti bahwa sangat sedikit

bahan akan dihapus. Ketika anda bekerja dengan bahan mahal (seperti Titanium)

atau bahan berbahaya (seperti timah), ini dapat menjadi manfaat yang signifikan.

- Lebih aman karena sebuah kebocoran pada tekanan tinggi sistem air cenderung

mengakibatkan penurunan yang cepat tekanan ke tingkat yang aman. Air itu

sendiri adalah aman dan non-ledakan dan abrasive garnet juga lamban dan tidak

beracun.

b. Kerugian dalam water jet antara lain:

- Biaya awal untuk pembelian water jet tinggi, namun untuk proses produksi

selanjutnya bila dibandingkan dengan peralatan lain sangat murah,serta

menghemat waktu pengerjaan.

- Perlu adanya perawatan khusus dan berkala, karena air yang dicampur dengan

bahan abrasive dipaksa untuk melewati lubang yang sangat sempit sehingga butuh

perhatian yang khusus agar peralatan dalam kondisi yang baik.

c. Karakteristik dari water jet yakni:

1. Menggunakan kecepatan yang sangat tinggi, aliran pertikel abrasive (20.000-

90.000 psi) yang dihasilkan oleh sebuah jet pompa air intensifier.

2. Dalam pengerjaan tidak mengalami kerusakan pada benda kerja, permukaan

yang panas atau pinggirannya.

3. Sudut yang terbentuk kurang dari 1 derajat digunakan pada kebanyakan

pemotongan, yang dapat dikurangi atau dihilangkan sama sekali dengan

memperlambat proses pemotongan.

4. Jarak nozzle dan benda kerja mempengaruhi ukuran guritan.

5. Digunakan pada bahan yang sensitif terhadap panas, bahan yang halus ataupun

bahan yang keras. Keunggulan water jet dibandingkan dengan laser :

- Dapat bekerja dengan yang peka panas. Water jet memotong berbagai bahan

tanpa perubahan dalam setup yang diperlukan. Selain itu, bahan yang peka

panas yang tidak dapat dikerjakan oleh laser dapat dipotong dengan

menggunakan water jet.

- Tidak ada zona yang terkena panas (Haz) atau termal distorsi, yang dapat

terjadi dengan laser. Water jet tidak mengubah sifat-sifat material.

- Water jet lebih aman. Tidak ada asap berbahaya, seperti logam menguap,

dan tidak ada resiko kebakaran.

- Lebih baik menyelesaikan tepi. Bahan dipotong oleh waterjets memiliki

permukaan yang halus,karena cara bahan abraded, yang membuat hasil

berkualitas tinggi. Bahan dipotong oleh laser cenderung memiliki lebih

kasar, bersisik tepi, yang mungkin memerlukan pengoperasian mesin

tambahan untuk membersihkan.

b. Laser Cutting

Laser cutting adalah sebuah teknologi yang menggunakan laser untuk

memotong material dan biasanya diaplikasikan pada industri manufaktur. Laser

cutting bekerja dengan cara mengarahkan laser berkekuatan tinggi untuk

memotong material dan digunakan komputer untuk mengarahkannya.

Ada tiga jenis laser yang digunakan dalam laser cutting. Laser CO2 cocok

untuk memotong, membuat boring, dan mengukir. Neodymium (Nd) digunakan

untuk membuat boring dimana dibutuhkan energi yang besar akan tetapi memiliki

repetisi atau pengulangan yang rendah. Sedangkan laser neodymium yttrium-

aluminum-garnet (Nd-YAG) digunakan dimana daya yang sangat tinggi

dibutuhkan untuk membuat boring dan mengukir. Baik CO2 dan Nd atau Nd-

YAG laser dapat digunakan untuk pengelasan

Pada umumnya ada tiga konfigurasi yang berbeda dari mesin laser cutting.

Moving material, hybrid, dan optik flying system. Ini semua mengacu pada

bagaimana sinar laser bergerak di atas material untuk dipotong atau diproses.

Untuk semua ini, sumbu gerak biasanya ditunjuk sumbu X dan Y. Jika kepala

pemotong dapat dikendalikan, hal ini ditunjuk sebagai sumbu-Z.

Moving material laser memiliki kepala pemotong yang tidak bergerak,

yang bergerak adalah material yang akan diproses. Metode ini memberikan jarak

yang konstan dari generator laser ke benda kerja. Mesin ini membutuhkan lebih

sedikit optik, benda kerja yang bergerak, dan proses produksi paling lambat.

Hybrid laser menyediakan meja kerja yang dapat bergerak pada satu

sumbu (biasanya sumbu X) dan kepala pemotong bergerak pada sumbu Y. Ini

menghasilkan penyaluran cahaya yang lebih konstan dari pada mesin flying optic

dan dapat menggunakan penyaluran sinar yang lebih sederhana. Hal ini

menyebabkan pengurangan tenaga pada saat sistem penyaluran dari pada mesin

flying optics.

Laser flying optics menyediakan meja kerja yang tidak bergerak dan

kepala potong yang bergerak di atas benda kerja. Pemotong flying optics menjaga

benda kerja tetap diam selama proses dan sering tidak membutuhkan klem. Mesin

flying optics adalah model yang paling cepat dan memiliki kelebihan dalam

memotong benda kerja yang tipis.

Di atas ditulis tentang sistem sumbu X Y untuk memotong bahan datar.

Pembahasan yang sama berlaku untuk mesin dengan lima dan enam sumbu, yang

mengizinkan pemotongan benda kerja yang berbentuk dan membentuk benda

kerja.

Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan dari laser cutting dari pemotongan mekanik adalah pengerjaan

lebih mudah dan mengurangi kontaminasi benda kerja. Ketepatan pengerjaan

mungkin lebih baik, karena kemampuan sinar laser tidak berkurang selama proses

tersebut. Ada juga kemungkinan penurunan warping materi yang sedang

dipotong, karena sistem laser memiliki zona terkena panas kecil. Beberapa bahan

juga sangat sulit atau tidak mungkin untuk dipotong dengan cara yang tradisional.

Laser cutting untuk logam memiliki keunggulan dibandingkan plasma

cutting, yaitu pengerjaan menjadi lebih tepat dan penggunaan energi yang lebih

sedikit ketika memotong lembaran logam, bagaimanapun juga, kebanyakan mesin

laser cutting untuk industri tidak dapat memotong logam tebal seperti yang

dilakukan oleh mesin plasma cutting. Mesin laser cutting baru yang beroperasi

pada daya yang lebih tinggi (6000 watt, kontras dengan laser cutting awal dengan

daya 1500 watt) sedang mendekati mesin plasma dalam kemampuan mereka

untuk memotong bahan tebal, tetapi biaya modal mesin-mesin tersebut jauh lebih

tinggi daripada mesin plasma cutting.

Kerugian utama dari laser cutting adalah konsumsi daya tinggi. Efisiensi

laser cutting industri bisa berkisar dari 5% sampai 15%. Konsumsi daya dan

efisiensi dari laser tertentu akan bervariasi tergantung pada daya keluaran dan

parameter operasi. Ini akan tergantung pada jenis laser dan seberapa cocok

penggunaan laser dengan pekerjaan. Jumlah daya yang diperlukan laser cutting,

yang dikenal sebagai masukan panas, untuk pekerjaan tertentu tergantung pada

jenis material, ketebalan, proses (reaktif / inert) yang digunakan, dan tingkat

pemotongan yang diinginkan.

Prinsip kerja alat

Laser cutting dapat dibandingkan dengan memotong dengan miniatur obor

yang dikendalikan oleh komputer. Laser cutting untuk industri dirancang untuk

mengkonsentrasikan jumlah energi yang tinggi ke tempat yang kecil. Biasanya

sinar laser cutting berdiameter sekitar 0,003-0,006 inci ketika menggunakan laser

dengan panjang gelombang pendek. Energi panas yang dihasilkan oleh laser

mencair, atau menguapkan bahan di daerah pengerjaan dan gas (atau campuran)

seperti oksigen, CO2, nitrogen, atau helium digunakan untuk membuang bahan

yang menguap yang keluar dari goresan. Energi cahaya yang diterapkan langsung

tempat yang membutuhkan, meminimalkan panas zona di sekitar area yang

dipotong.

Laser cutting bekerja dengan mengarahkan output dari laser dengan daya

tinggi, oleh komputer, pada bahan yang akan dipotong. Bahan akan mencair,

terbakar, menguap, atau tertiup oleh jet gas, meninggalkan tepi dengan finishing

permukaan yang berkualitas tinggi.

Pembangkit sinar laser dilakukan dengan cara menstimulasi bahan penguat

oleh pelepasan listrik atau lampu dalam wadah tertutup. Ketika bahan penguat

distimulasi, sinar direfleksikan secara internal oleh cermin parsial, sampai

mencapai energi yang cukup untuk keluar sebagai aliran cahaya koheren

monokromatik. Cermin atau serat optik biasanya digunakan untuk mengarahkan

cahaya koheren ke sebuah lensa, yang memfokuskan cahaya di zona kerja. Bagian

tersempit dari sinar yang terfokus umumnya kurang dari 0,0125 inchi (0,3175

mm) dalam diameter.

3. Proses Manufaktur

Laser CO2 digunakan untuk memotong bahan industri, termasuk baja

ringan, aluminium, stainless steel, titanium, kertas, lilin, plastik, kayu, dan kain.

Laser YAG terutama digunakan untuk memotong dan memotong logam dan

keramik.

TUGAS TEKNOLOGI PARTIKEL

FINE CRUSHER

Disusun oleh :

ABIGAIL ANANG P 3335081644

ANA WIDIYASWARI 3335081650

UNAYAH 3335091301

ARDITYA BARKAH P 3335081653

JURUSAN TEKNIK KIMIA – FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON - BANTEN

2012

Di dalam industri pengolahan, zat padat diperkecil dengan berbagai cara

yang sesuai dengan tujuannya. Produk –produk komersial biasanya harus

memenuhi spesifikasi yang sangat ketat dalam hal ukuran maupun bentuk

partikelnya yang sangat berpengaruh terhadap reaktifitas zat padat tersebut.

Pemecahan ini juga dapat memisahkan komponen yang mungkin tidak diinginkan

dengan cara mekanik, serta dapat juga memperkecil bahan – bahan berserat untuk

memudahkan proses penanganannya.

Secara umum tujuan dari size reduction atau pemecahahan ini adalah:

Menghasilkan padatan dengan ukuran maupun spesifik permukaan tertentu

Memecahkan bagian dari mineral atau kristal dari persenyawaan kimia

yang terpaut pada padatan tertentu.

Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan alat size reduction:

1. Ukuran umpan,

2. Size reduction ratio,

3. Distribusi ukuran partikel di arus produk,

4. Kapasitas,

5. Sifat bahan, seperti hardness, abrasiveness, stickiness, densitas,

flammability.

6. Kondisi basah atau kering

Beberapa cara untuk memperkecil ukuran zat padat dapat dilakukan dengan

menggunakan berbagai cara, yaitu:

1. Kompresi (tekanan)

2. Impak (pukulan)

3. Atrisi (gesekan)

4. Pemotong

Kompresi umumnya digunakan untuk pemecahan kasar zat padat keras

dengan menghasilkan relative sedikit halusan. Pukulan menghasilkan zat yang

berukuran kasar, sedang, dan halus. Atrisi menghasilkan zat yang sangat halus

dari bahan yang lunak dan tidak abrasif, sedangkan pemotongan menghasilkan

ukuran yang kasar dan beberapa yang halus. Peralatan pemecahan atau pengecilan

ukuran zat padat dapat dibedakan berdasarkan bagaimana tenaga pemecah

dilakukan, yaitu sebagai berikut:

Antara dua permukaan padatan, seperti crushing dan shearing.

Pada satu permukaan padatan, seperti pukulan (impact).

Tidak pada permukaan padatan tertentu tetapi sebagai media disekitar

padatan, seperti

coloid mill.

Tidak dengan energi mekanik melainkan menggunakan thermal shock,

explosive shattering, electrohydroulyc.

Berdasarkan ukuran zat padat yang akan dikecilkan (umpan) maka peralatan

pemecah atau pengecil ukuran zat padat dibedakan atas:

1. Primary crusher

Merupakan tahap penghancuran yang pertama. Mampu beroperasi untuk

segala ukuran feed. Produk yang dihasilkan mempunyai ukuran 4 – 6 inch.

2. Secondary crusher

Merupakan tahap penghancuran kelanjutan dari primary crushing. Mampu

beroperasi dengan ukuran feed, seperti di produk primary crusher dengan ukuran

< 4 inch.

3. Tertier Crusher / Fine Crusher (Milling)

Milling merupakan proses kelanjutan dari primary crushing dan secondary

crushing. Beda antara milling (fine crushing) dengan crushing adalah terletak

pada proses penghancurannya, dimana pada crushing lebih banyak menggunakan

compressive stress, sedangkan pada milling menggunakan shearing stress. Hal ini

dilakukan apabila dipandang perlu untuk mengolah mineral dengan proses

konsentrasi, dimana dibutuhkan butiran mineral dengan ukuran yang halus.

Tertiary crushing umumnya dilakukan dengan menggunakan alat giling (mill),

yaitu silinder dari baja yang di dalamnya diisi grinding media, dan apabila silinder

diputar pada as-nya akan terjadi grinding action.

Macam – macam Tertiary Crusher / Fine Crusher (Milling) :

1. Tumbling Mill

Tumbling Mill atau Revolving mill terdiri dari satu shell berbentuk silinder

yang pada dinding dalamnya dilapisi dengan liner (pelapis) dan dimuati

grinding media, kemudian diputar pada as-nya yang horizontal. Shell silinder

dibuat dari plat baja, pelapis liner yang dapat diganti-ganti dibuat dari baja

atau alloy, sedang grinding media terdiri dari bola-bola baja, bola keramik

atau batuan yang relatif bulat atau batang-batang baja. Kalau shell silinder

yang berisi bola-bola baja dan yang berputar pada as-nya ke dalamnya

dimasukkan batuan yang akan dihancurkan melalui lubang pemasukan pada

salah satu ujung silinder, maka produknya keluar melalui lubang pengeluaran

pada ujung yang lain. Kecepatan perputaran shell silinder dibuat sedemikian

rupa, sehingga bola-bola baja terangkut pada dinding silinder dan kemudian

jatu bebas menimpa material yang ada di dalam shell silinder.

Karena perputaran shell silinder, maka grinding media mengadakan

gerakan:

a. Berputar menurut sumbunya yang sejajar dengan sumbu shell silinder.

b. Cascading action, menggelundung (berguling) ke bawah.

c. Cataracting action, jatuh bebas menurut arah parabola dan menimpa

material yang ada dibawahnya. Perputaran shell silinder dan gerakan

grinding media mengakibatkan tenaga tumbukan dan menggiling yang akan

menghancurkan partikel yang ada dalam Tumbling mill. Proses

penghancuran (grinding) dapat dilakukan dalam keadaan kering atau basah.

Partikel-partikel yang sudah halus dapat keluar dari shell silinder secara

overflow (overflow discharge mill) atau melalui grade, yaitu plat yang

berlubang-lubang pada ujung pengeluaran (grade discharge mill).

Klasifikasi Tumbling mill ini dilakukan berdasarkan grinding media,

perbandingan ukuran shell silinder dan metoda pengeluaran (discharge).

2. Ball Mill

Ball Mill adalah Tumbling mill yang mempunyai ukuran panjang kira-kira

sama dengan diameternya dan berisi grinding media berupa bola-bola baja atau

alloy. Bentuknya dapat berupa silinder disebut cylindrical Ball Mill atau

berbentuk Cone disebut conical Ball Mill. Posisi grinding media pada Cylindrical

ball mill terbagi rata sepanjang shell, sedangkan pada conical ball mill terbagi

menurut bola-bola baja yang sama dengan diameter shell. Jadi bola-bola baja yang

besar berada pada diameter shell yang besar untuk menghancurkan partikel besar,

sedang bola-bola baja yang kecil (sudah aus) berada pada cone section dekat

ujung pengeluaran untuk menghancurkan partikel yang sudah halus. Feed

(umpan) untuk ball mill dapat berukuran 3 inci (max) dan digiling sampai menjadi

50 mesh (0,29 mm). kalau feed (umpan) makin kecil, maka produknya dapat lebih

halus lagi (200 mesh = 0,074 mm). Dalam operasi ball mill kecepatan perputan

shell silinder harus dibuat setinggi mungkin, tetapi dihindarkan agar muatanya

(grinding media dan batuan) tidak ikut berputar bersama shell silinder.

3. Rod Mill

Rod Mill bentuknya hamper sama dengan Ball mill, berbentuk shell

silinder dengan ukuran panjangnya lebih besar dari diameternya (1 1/3 – 3 kali),

dimuati dengan grinding media berupa batang-batang baja (stel rod) pengganti

bola-bola baja.

4. Tube Mill

Tube Mill lebih mirip Ball Mill yang panjangnya dan diameternya relative

lebih kecil, ukuran standar 5 ft.6 in. diameter dan 22 ft. panjang. Grinding media

biasanya dipakai pebbles (bola-bola keramik) atau bola-bola besi.

5. Ball Mill Clasifier Cirkuit

Pada pemakaian Ball Mill di pabrik pengolahan biasanya dirangkaikan

secara tertutup dengan alat classifier. Alat Clasifier ini akan mengklasifikasikan

produk hasil giling alat mill menjadi 2 bagian, yaitu underflow (yang kasar) dan

overflow (yang halus). Underflow partikel yang masih kasar dikembalikan

kedalam Ball Mill untuk digiling kembali, sedangkan overflow partikel yang

sudah memenuhi ukuran kehalusan yang diinginkan, dialirkan ke proses

selanjutnya. Material dikembalikan ke dalam Ball Mill disebut juga dengan

“Circulating load” sedangkan perbandingan berat antara material yang

dikembalikan dengan umpan (feed) yang baru masuk kedalam Mill disebut

circulating Load Ratio.

TEKNOLOGI PARTIKEL

“Size Enlargement”

Disusun oleh :

Babay 3335071548

Robby Martin 3335071597

Syamsurizal 3335080250

Zulfikar 3335080254

Asep Budi 3335082696

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON – BANTEN

2012

Size Enlargement

Pembesaran ukuran adalah proses dimana partikel yang lebih kecil yang

disatukan untuk membentuk massa yang lebih besar di mana partikel-partikel asli

masih dapat diidentifikasi. Ukuran pembesaran adalah salah satu langkah proses

tunggal yang paling penting melibatkan partikulat padatan dalam industri proses.

Pembesaran ukuran terkait dengan , farmasi, industri pertanian dan makanan,

tetapi juga mempunyai peran penting di industri lain termasuk mineral, metalurgi

dan keramik.

Ada banyak alasan mengapa kita ingin meningkatkan ukuran rata-rata

dari produk, termasuk pengurangan bahaya debu (bahaya ledakan atau bahaya

kesehatan), untuk mengurangi penggumpalan dan pembentukan benjolan, untuk

meningkatkan aliran properti, peningkatan bulk density untuk penyimpanan,

tidak memisahkan campuran bahan dari ukuran aslinya yang berbeda, untuk

menyediakan ukuran didefinisikan kuantitas bahan aktif (misalnya formulasi obat

farmasi), dan kontrol dari permukaan terhadap volume (misalnya dalam katalis

mendukung).

Metode pembesaran ukuran termasuk granulasi (misalnya pemadatan

tablet), ekstrusi, sintering, spry drying dan prilling. Aglomerasi adalah

pembentukan aglomerat atau agregat dengan saling menempel partikel yang lebih

kecil dan granulasi adalah aglomerasi oleh agitation methods, dalam bab ini akan

dibahas tentang metode-metode size enlargement, diantaranya sebagai berikut:

1. Granulasi

Pembentukan partikel-partikel besar dengan mekanisme pengikatan tertentu,

dapat juga diartikan, granulasi adalah proses pembuatan ikatan partikel-partikel

kecil membentuk padatan yang lebih besar atau agregat permanen melalui

penggumpalan massa, sehingga dapat dibuat granul yang lebih homogen dari segi

kadar, massa jenis,ukuran serta bentuk partikel. Gambar alat dari granulasi ini

dapat ditunjukkan dari gambar 1.1 dibawah ini.

Gambar 1.1 Alat Granulasi

Metode granulasi dapat dibedakan menjadi dua metode, diantaranya :

a. Granulasi Basah

Granulasi basah yaitu memproses campuran partikel zat aktif dan

eksipien menjadi partikel yang lebih besar dangan menambahkan cairan

pengikat dalam jumlah yang tepat sehingga terjadi massa lembab yang dapat

digranulasi. Metode ini biasanya digunakan apabila zat aktif tahan terhadap

lembab dan panas. Umumnya untuk zat aktif yang sulit dicetak langsung

karena sifat aliran dan kompresibilitasnya tidak baik. Prinsip dari metode

granulasi basah adalah membasahi masa tablet dengan larutan pengikat

tertentu sampai mendapat tingkat kebasahan tertentu pula, kemudian masa

basah tersebut digranula. Adapun keuntungan dan kerugian dari metode

granulasi basah ini, diantaranya:

Keuntungan metode granulasi basah

Memperoleh aliran yang banyak

Meningkatkan kompressibilitas

Mendapatkan berat jenis yang sesuai

Mengontrol pelepasan

Mencegah pemisahan komponen campuran selama proses

Distribusi keseragaman kandungan

Meningkatkan kecepatan ditribusi

Kerugian metode granulasi basah

Banyak tahap dalam proses produksi yang harus divaliadasi

Biaya cukup tinggi

Zat aktif yang sensitif tehadap lembab dan panas tidak dapat

dikerjakan dengan cara ini.

b. Granulasi kering

Granulasi Kering disebut juga slugging, yaitu memproses partikel

zat aktif dan eksipien dengan mengempa campuran bahan kering menjadi

massa padat yang selanjutnya dipecah lagi untuk menghasilkan partikel

yang berukuran lebih besar dari serbuk semula (granul). Prinsip dari metode

ini adalah membuat granul secara mekanis, tanpa bantuan bahan

pengikat dan pelarut, ikatannya didapat melalui gaya. Teknik ini

yang cukup baik, digunakan untuk zat aktif yang memiliki dosis efektif

yang terlalu tinggi untuk dikempa langsung atau zat aktif yang

sensitif terhadap pemanasan dan kelembaban. Adapun keuntungan dan

kerugian dari metode ini, diantaranya :

Keuntungan metode granulasi kering

Peralatan lebih sedikit karena tidak menggunakan larutan pengikat,

mesin pengaduk berat dan pengeringan.

Baik untuk zat aktif yang sensitif terhadap panas dan lembab.

Mempercepat waktu hancur karena tidak terikat oleh pengikat.

Kerugian metode granulasi kering

Memerlukan mesin tablet khusus untuk membuat slug.

Tidak dapat mendistribusikan zat warna seragam.

Proses banyak menghasilkan debu sehingga memungkinkan

terjadinya kontaminasi silang

2. Sintering

Teknik sintering digunakan untuk meningkatkan kerapatan keramik

sesuai dengan mikrostruktur dan komposisi fasa yang diinginkan. Metode ini

meliputi manipulasi rencana sintering (sintering schedules) dan dalam beberapa

kasus digunakan tekanan. Kontrol dari atmosfir sintering (sintering dalam udara

bebas) termasuk hal yang penting, dan dalam banyak kasus dengan kontrol yang

tepat dalam mengatur tekanan penggunaan oksigen dan nitrogen sebagai fungsi

temperatur terkadang dapat memberikan keuntungan atau bahkan merupakan hal

yang sangat penting. Insoluble gas yang terjebak didalam pori-pori yang tertutup

dapat menghambat proses densifikasi akhir atau membawa pada pertambahan

densifikasi, dan, dalam kasus ini menunjukkan adanya perubahan atmosfir

sintering atau vakum sintering (sintering dalam keadaan non-oksida). Dalam

definisi diatas dapat ditunjukkan pada gambar 1.2 dibawah ini.

Gambar 1.2 Proses Size Enlargement Metode Sintering

Praktek sintering meliputi kontrol dari karakteristik partikel, struktur

padatan muda, dan perkiraan struktur kimia yang terbentuk sebagai fungsi dari

kondisi selama proses sintering berlangsung.

Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam proses sintering beserta

hal yang terjadi selama proses sintering :

1. Pada tahap ini terjadi pelepasan ikatan, penghilangan cairan yang

terkandung dalam sampel seperti air, dan konversi zat additif seperti

organometallic atau polimer. Secara tipikal biasanya penahanan

temperatur pertama ini dilakukan dalam temperatur yang masih rendah

yaitu hanya sekitar beberapa ratus derajat. Peningkatan laju temperatur

harus dikontrol secara hati-hati, selain itu jika dillakukan proses

pemanasan dengan cepat maka akan mengakibatkan sampel mendidih

dan penguapan dari bahan organik, menjadikan sampel tersebut

menggembung atau bahkan dapat memusnahkan sampel tersebut.

2. Meningkatkan terjadinya proses homogenisasi kimia atau terjadinya

reaksi pada komponen serbuk.

3. Peningkatan temperatur untuk menuju keadaan isothermal sintering

(proses sintering dalam temperatur yang sama).

4. Isothermal sintering, dalam proses ini terjadi densifikasi utama dan

pengembangan mikrostruktur yang kemudian diikuti oleh pendinginan

secara lambat.

5. Penahan temperatur untuk untuk pendinginan akhir dari tahap

pendinginan selanjutnya

6. Mengurangi internal stress atau memberikan kesempatan pada presipitasi

(penyisipan) atau reaksi yang lainnya.

3. Prilling

Merupakan proses yang biasa terjadi pada industri pupuk, dimana cairan

yang akan diubah bentuk menjadi sebuah padatan. Contoh prosesnya : Kristal

Urea keluaran Centrifuge dikeringkan sampai menjadi 99,8 % berat dengan udara

panas, kemudian dikirimkan kebagian atas prilling tower untuk dilelehkan dan

didistribusikan merata ke distributor, dan dari distributor dijatuhkan kebawah

sambil didinginkan oleh udara dari bawah dan menghasilkan produk Urea butiran

(prill). Produk Urea dikirim ke Bulk Storage dengan Belt Conveyor. Proses

prilling dapat dilihat pad gambar 1.3 dibawah ini.

Gambar 1.3 Proses Prilling

Proses prilling gas amoniak dan asam nitrat direaksikan dalam sebuah

reaktor dengan reaksi netralisasi. Reaksi bersifat eksotermis yang menghasilkan

steam. Suhu maksimum rektor dibatasi 200 0C. Konsentrasi produk keluaran

reaktor sebesar 86% berat. Larutan amonium nitrat tersebut kemudian dipekatkan

dengan falling film evaporator. Untuk menghasilkan high density amonium nitrat

maka larutan dipekatkan hingga mendekati 99.8% berat (untuk keperluan industri

peledak). Larutan kemudian dipompa ke prilling tower, prill amonium nitrat yang

terbentuk dikeringkan, didinginkan diayak untuk mendapatkan butiran yang

seragam kemudian dilapis dengan kalsium tri pospat dan di packing.

4. Ekstrusi

Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap.

Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang

yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya

bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama

sekali. Aluminium, tembaga, kuningan, baja dan plastik adalah contoh bahan yang

paling banyak diproses dengan ekstrusi. Contoh barang dari baja yang dibuat

dengan proses ekstrusi adalah rel kereta api.

Proses ekstrusi adalah proses dimana logam dibentuk dengan cara

menekannya melalui rongga cetakan. Tekanan yang digunakan sangat besar.

Proses ini dapat digunakan untuk membuat batang silinder, tabung atau profil-

profil tertentu. Ada dua jenis proses ekstrusi, yaitu ekstrusi langsung (direct

extrusion) dan ekstrusi tidak langsung (indirect extrusion, back extrusion) : Pada

ekstrusi langsung, logam dan penekan bergerak sepanjang kontainer, sedangkan

pada ekstrusi tidak langsung kontainer dan logam yang diekstrusi bergerak

bersama, sehingga tidak ada gerakan relatif antara logam dengan dinding

kontainer. Dengan demikian, gesekan antara kontainer dengan logam dapat

dihilangkan.

Faktor-faktor utama yang berperanan dalam proses ekstrusi adalah: (a)

Jenis proses ekstrusi (langsung/tidak langsung), (b) Rasio ekstrusi (extrusion

ratio), (c) Temperatur, dan (d) Gesekan antara logam dengan kontainer dan antara

logam dengan cetakan. Tekanan ekstrusi adalah gaya ekstrusi dibagi dengan luas

penampang logam yang diekstrusi. Kenaikan tekanan ekstrusi dengan cepat pada

awal proses disebabkan oleh adanya gesekan antara logam dengan kontainer.

Dalam proses ekstrusi langsung aliran logam melalui cetakan terjadi sesaat setelah

tekanan maksimum dicapai. Kemudian tekanan ekstrusi berkurang karena logam

menjadi semakin pendek dan permukaan gesek semakin berkurang. Dapat dilihat

alat ekstrusi dibawah ini.

Gambar 1.4 Alat Ekstrusi

Pada proses ekstrusi tidak langsung, aliran logam melalui cetakan terjadi

sesaat setelah tekanan maksimum dicapai, tetapi karena pengaruh gesekan sangat

kecil, maka tekanan ekstrusi tidak berubah banyak selama proses berlangsung.

Mendekati akhir proses, tekanan ekstrusi naik dengan cepat sekali, karena itu

ekstrusi harus dihentikan dengan meninggalkan sebagian kecil dari benda kerja

yang belum diproses.Rasio ekstrusi adalah perbandingan antara luas permukaan

logam sebelum dan sesudah diekstrusi. Harga rasio ekstrusi dapat bervariasi dan

bergantung pada jenis material yang digunakan.

5. Spray drying

Metode spray drying merupakan metode yang paling banyak digunakan

dalam industri terutama industri makanan. Metode ini mampu menghasilkan

produk dalam bentuk bubuk atau serbuk dari bahan-bahan seperti susu, buah

buahan, dll. Proses dari spray drying ini sndiri terdiri dari 3 tahapan : atomisasi,

penyemprotan udaran yang berputar dan penguapan moisture, dan pemisahan

pada produk kering dengan udara keluar. Kondisi Operasi pada Spray Drying,

Kondisi operasi antara lain udara pengering yang masuk berkisar pada temperatur

170 0C dan bahan diatur dengan temperatur 96

0C. Sebelum masuk spray dryer

susu kedelai dikentalkan terlebih dahulu dengan evaporator sampai mempunyai

kadar 45-50% untuk mempercepat pengeringan dan meningkatkan kapasitas

pengeringan. Feed yang diumpankan menggunakan atomisasi dengan diameter

tertentu dan atomizer tersebut berputar dengan kecepatan tinggi yakni 5.000-

10.000 rpm. Adapun alat spray drying, dapat dilihat pada gambar 1.5 dibawah ini.

Gambar 1.5 Alat Spray Drying

Prinsip kerja dari pengeringan dengan metode spray (spray drying) ini

cairan yang akan dikeringkan dihilangkan kadar airnya. Bahan yang bisa

dikeringkan berupa bahan yang organik yang larut dalam pelarutnya. Dasar dari

proses pengeringan ini terdiri dari cairan/aqueous yang juga serta non aqueous

dalam sistem yang sama, cairan atau moisture yang keluar dari alat penyebar

jatuh ini terdiri dari dua bentuk yakni bound moisture dan unbond moisture yang

kemudian akan di alirkan dengan udara pengering. Secara alamiah pada padatan

dan cairan dapat membedakan karakteristik pengering ang digunakan untuk

menghasilkan produk. Kategori dari bond moisture terdiri dari air yang dapat

tertahan dalam pipa kapiler suatu padatan, air terabsorbsi dalam permukaan

padatan sebagai bond water sebagai kelarutan yang terdapat dalam sel atau

dinding tipis (fiber).

Water bond ini sendri menggunakan keseimbangan tekanan uap yang lebih

rendah daripada air murni pada temperatur yang sama. Kategori dari unbond

moisture dapat di diskribsikan sebagai moisture berlebih dalan bond moisture.

Sebuah material higroskopik terdiri hanya undbond moisture saja. Keseimbangan

dari tekanan uap untuk undbond water sama atau sederajad dengan air murni pada

temperatur yang sama. Free moisture dalam partikel merupakan moisture

berlebih pada kesetimbangan moisture dan mungkin terdiri dari unbond moisture

dan beberapa bond moisture. Hanya moisture bebas yang dapat di hilangkan

dengan evaporasi selama proses pada spray drying. Secara umum proses spray

drying mempompakan umpan cair ke dalam pengering dalam single operasi.

Fluida yanga masuk di atimisasikan menggunakan pedal pemutar atau nozzel, dan

menyemprotkan sehingga feed yang masuk jatuh secara perlahan dalam chamber

dan dikontakan dengan udara panas sebagai medium pemanas. Spray drying

digunakan untuk pengeringan obat-obatan kimia, makanan, kebutuhan keseharian,

senyawa kimia inorganik dan organik, dan deterjen.

Keunggulan pada spray drying dapat di tunjukan pada hal berikut : sifat

pruduk yang dihasilkan dan kualitas nya efektif untuk di kontrol; produk makanan

yang dihasilkan berupa sensitif terhadap panas, produk obat-obatan, dapat

dikeringkan pada kondisi tekanan atmosferik dan tekanan rendah, produk pada

spray drying ini relatif seragam, berbentuk spheris. Sedangkan kelemahan pada

spray drying antara lain : spray drying gagal jika hasil bulk densitas nya tinggi,

dab secara umum tidak fleksibel, penangkapan ulang produk pada dust collection

meningkatkan biaya yang di perlukan. Mekanisme dari laju moisture dalam titik

kecil selama proses spray drying sebagian besar dilengkapi secara difusional dan

laju kapiler. Ketika difusi dan laju kapiler tidak dapat mempertahankan kondisi

tersebut , titik kritis tercapai dan drying rate akan turun sampai keseimbangan

moisture tercapai kembali. Penguapan dari bond moisture yang kuat ini

bergantung secara alami pada padatan yang jatuh pada penyemprot (spray).