Prinsip Pembakaran

Pembakaran adalah oksidasi bahan bakar secara cepat yang disertai dengan

produksi panas atau panas dan cahaya. Pelepasan panas dan cahaya ini ditandai

dengan terbentuknya api. Pembakaran yang sempurna terjadi hanya jika terdapat

pasokan oksigen yang cukup dan biasanya pembakaran dilakukan dengan udara

berlebih untuk menjamin pembakaran yang sempurna. Proses pembakaran juga

dapat diartikan sebagai reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara.

Hasil pembakaran utama adalah karbondioksida dan uap air serta energi panas.

Sedangkan hasil pembakaran yang lain adalah karbonmonoksida, abu (ash), NOx,

atau SOx, tergantung dari jenis bahan bakarnya.

(Pedoman Efisiensi Energy untuk Industry di Asia-www.energyefficiencyasia.org;

hal.11)

Di dalam kiln terjadi reaksi antara solid, gas dan liquid. Sedangkan pada ruang

bakarnya terjadi reaksi antara solid dan gas dengan fase solid berbentuk serbuk.

Kiln terbagi menjadi beberapa zona dengan range suhu dan komposisi yang

berbeda, sehingga dibutuhkan reaktor yang berjenis plug flow (silinder panjang).

Feed masuk pada salah satu ujung kiln dan keluar dari ujung yang lain dengan arah

yang sama. Konsentrasi fluida berbeda secara axial dan seragam secara radial.

  Rotary Kiln

(pembakaran)

Fungsi: memaksimalkan efisiensi dari perpindahan panas yang berasal dari pembakaran bahan bakar.

Cara Kerja: Alat utama yang digunakan adalah tanur putar atau rotary kiln. Ritary kiln adalah alat berbentuk silinder memanjang horizontal yang diletakkan dengan kemiringan tertentu. Dari ujung tempat material masuk, sedangkan diujung lain adalah tempat terjadinya pembakaran bahan bakar (burning zone). Jadi material akan mengalami pembakaran dari temperature yang rendah menuju temperature yang lebih tinggi. Diameter tanur putar adalah 5,6 meter dan panjangnya 84 meter, sedangkan kapasitas desainnya adalah 7800 ton/hari. Bahan bakar yang digunakan adalah batu bara, sedangkan untuk pemanasan awal digunakan Industrial Diesel Oil. Untuk mengetahui sistem kerja tanur putar, proses pembakaran bahan bakarnya dilengkapi dengan gas analyzer. Gas analyzer ini berfungsi untuk mengendalikan kadar O2, CO, dan NO

Pada gas buang terjadi kelebihan atau kekurangan, maka jumah bahan bakar di udara akan disesuaikan. Daerah proses yang terjadi di dalam tanur putar dapat dibagi empat bagian, yaitu: daerah transisi, daerah pembakaran, daerah pelelehan, daerah pendinginan. Di dalam tanur putar terjadi proses kalsinasi, sintering dan clinkering. Temperatur material yang masuk ke dalam tanur putar adalah 800-900 derajat celcius.

Proses Pembakaran dalam Kiln

Penentuan perbandingan udara dan bahan bakar sangatlah penting untuk

menghasilkan pembakaran yang sempurna dalam kiln. Di dalam kiln terjadi reaksi

pembakaran yang menghasilkan panas.

Kebutuhan oksigen dalam pembakaran kiln dipenuhi dari udara bebas yang telah

dipanaskan terlebih dahulu untuk meningkatkan efisiensi. Adanya kandungan

nitrogen dalam udara sebesar 79% dapat mengurangi efisiensi pembakaran karena :

Menyerap panas dari pembakaran bahan bakar

Mengurangi transfer panas pada permukaan gas buang

Meningkatkan volume hasil samping pembakaran

Pada suhu pembakaran yang tinggi, nitrogen dapat bereaksi dengan oksigen

untuk membentuk senyawa nitro oxide (NOx) yang merupakan pencemar

beracun.

(Pedoman Efisiensi Energy untuk Industry di Asia-www.energyefficiencyasia.org;

hal.12)

Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran dalam kiln antara lain :

C + O2 CO2 ∆HR= - 32.786 kJ /kg C

H + ¼O2 ½H2O ∆HR= - 121.000 kJ /kg H

S + O2 SO2 ∆HR= - 9.276 kJ /kg S

CO + ½O2 CO2 ∆HR= - 283 kJ /mol CO

H2 + ½O2 H2O ∆HR= - 242 kJ/mol H2

CmHn + (m+n/4) O2 mCO2 + n/2 H2O ∆HR < 0

Untuk produksi semen dalam kiln melalui beberapa reaksi antara lain :

1. H2O H2O range suhu = 0 – 100 °C

2. MgCO3 MgO + CO2 range suhu = 550 – 960 °C

3. CaCO3 CaO + CO2 range suhu = 550 – 960 °C

4. 2 CaO + SiO2 β-C2S range suhu = 600 – 1300 °C

5. 4 CaO + Al2O3 + Fe2O3 C4AF range suhu = 1.200 – 1.280 °C

6. 3 CaO + Al2O3 C3A range suhu = 1.200 – 1.280 °C

7. β-C2S + CaO C3S range suhu = 1.200 – 1.280 °C

8. clinker sol clinker liq range suhu > 1.280 °C

(F.Mintus,S.Hamel,W.Krumn; hal.117-118)

Proses perpindahan panas

Perpindahan panas (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energy yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Ilmi perpindahan panas tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energy kalor itu berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi kondisi tertentu. Kenyataan bahwa di sini yang menjadi sasaran analisis ialah masalah laju perpindahan, inilah yang membedakan ilmu perpindahan panas dari ilmu termodinamika.

Dengan melihat keadaan yang terjadi pada proses pendinginan klinker, dimana udara dilewatkan melewati media yang berbentuk butiran butiran, maka keadaan ini sama halnya dengan perpindahan panas secara konveksi yang melalui porous medium.

Cara yang paling mudah untuk memperoleh komponen utama dari persamaan energy untuk porous medium adalah dengan memperhitungkan model aliran fluida dan panas satu dimensi. Ruang kosong yang berbeda dalam elemen volume

(A.Δx) adalah Ap. Δx; elemen volume didefinisikan sedemikian rupa sehingga rasio (Ap. Δx) / (A. Δx) sesuai dengan rasio porousitas porous medium dimana volume dasarnya sudah tersendiri. Sehingga dalam sistem porousitas didefinisikan sebagai rasio:

Untuk memperoleh persamaan energy porous medium yang dianggap sebagai medium homogeny, kita mulai dengan persamaan energy untuk bagian fluida dan bagian padar dan merata-ratakan persamaan ini dengan volume dasar untuk bagian yang padat, diperoleh:

dimana (ρ,c,k)s adalah sifat – sifat matriks padat dan qs, adalah tingkatan pembangkit panas internal per unit volume material yang padat. Dengan asumsi bahwa tempertur T tidak bervariasi dalam volume yang solid, integral persamaan (2) terhadap ruang yang ditempati oleh zat padat itu menghasilkan:Sedangkan persamaan konversi energi pada setiap titik dalam ruang yang ditempati oleh fluida adalah:

dimana (ρ,Cp,k)f adalah sifat – sifat fluida.