bab 3 pemecahan dan penghalusan zat padat

7/23/2019 BAB 3 Pemecahan Dan Penghalusan Zat Padat

http://slidepdf.com/reader/full/bab-3-pemecahan-dan-penghalusan-zat-padat 1/43

By:

Tri Hartono, M.Chem.Eng.

Cretaed By Tri Hartono1

Bab III. Pengecilan UkuranPartikel



3.1 Pendahuluan


Dalam industri kimia, pengecilan ukuranpartikel si!e reduction" #iasa dilakukanuntuk meningkatkan permukaansinggung karena hampir semua reaksiyang mencakup partikel padat, la$u suatureaksi #er#anding lurus dengan luas

permukaan kontak %asa yang lain. &uatucontoh: la$u pem#akaran #ahan #akarpadat adalah #er#anding lurus antra luaspermukaan kontak !at padat dengan

gas'!at pem#akar.



Cretaed By Tri Hartono(

Bongkahan #i$ih mentah dihancurkanmen$adi padatan #erukuran le#ih kecil agar

mudah ditangani, #ahan sintetis kimiadigiling men$adi tepung po)der",lem#aran*lem#aran plastik polimer"dipotong*potong men$adi ku#us*ke#us kecilgranulate", dan lain se#againya.

+engecilan'pemecahan !at padat terse#utdapat dilakukan dengan #er#agai cara

didalam mesin pemecah*penggilinggrinding*crashing machine" dan yangpaling umum diantaranya:



Cretaed By Tri Hartono

a. Mesin pemecah dengan cara tekanan

compression"Contoh untuk pemecahan #i$ih*#i$ihan dengan menggunakan

Mesin +emecah -ahang Blake a) Crusher" dan Mesin+emecah -oll /icin. Hasil pemecahan !at padat yang kerasdapat #er#entuk kasar dan halus.

#. Mesin pemecah dengan cara pukulan impact"Contoh dengan menggunakan Mesin +emecah 0iratori

0yratory Crusher" dengan hasil pemecahan kasar, sedang,dan halus.

c. Mesin pemecah dengan cara gesekan a##rassion"d. Mesin pemecah dg cara pemotongan cutter"

Contoh dg mengg Mesin +emecah -ol Bergerigi yg dapat

menghasilkan produk dg ukuran ttt.




3.2 Prinsip Kominusi (ComminutionPrinciple)

Comminution adalah istilah umum ygdigunakan untuk operasi penghancuran, misalcrusher pemecah" dan grinder penggiling".

Mesin pemecah'penggiling yg ideal harus:

Memiliki kapasitas #esar

Daya masuk yg diperlukan pe)rsatuan hasil

kecilMenghasilkan produk dg satu ukuran ttt atau

dg distri#usi ukuran ttt sesuai dg ygdikehendaki.




(.( Kebutuhan nergi dan Bia!a "alamKominusi

Biaya daya merupakan pengeluaran ter#esar dalampemecahan' penggilingan sehingga setiap %aktoryang mengendalikan daya ini sangatlah penting.

&elama operasi pemecahan atau peghalusan,partikel*partikel dalam #ahan umpan mula*mulamengalami distorsi, kemudian regangan. 3er$a yangdiperlukan untuk meregangnya disimpan sementaradidalam !at padat itu se#agai energi mekanik

tegangan seperti pegas gulung". Denganditam#ahkannya daya yang kecil lagi pada partikelterse#ut, partikel akan pecah men$adi %ragmen*%ragmen.




Dengan demikian akan ter#entuk

permukaan*permukaan #aru. 5leh karenaitu setiap satuan luas !at padat mempunyaise$umlah energi permukaan tertentu.

+ermukaan #aru terse#ut memerlukan ker$adari pem#e#asan energi tegangan padasaat partikel itu pecah. &esuai dengankekuatan energinya, semua energitegangan yang le#ih #esar dari energipermukaan yang #aru ter#entuk harusmuncul se#agai kalor atau panas.




(. E7siensi +emecahan Crushing E8ciency", c

-asio antara energi permukaan yang #aruter#entuk terhadap energi yang diserap oleh !atpadat dise#ut e7siensi pemecahan.

ika, es 9 energi permukaan persatuan luas 'm2"

p 9 luas permukaan masa hasil m2"

% 9 luas permukaan masa umpan m2"

;n 9 energi yang diserap persatuan masa hasil "

Maka,

( )

n

f p s

cW

A Ae −=η (1.1)



Cretaed By Tri Hartono<

tau,

&ecara umum e7siensi pemecahan itusangatlah kecil atau rendah, karena energipermukaan yang ter#entuk saat pemecahan itukecil di#anding dengan total energi mekanik

yang tersimpan dalam #ahan saat pecah.Energi yang diserap oleh !at padat ;n le#ihkecil dari yang diumpankan kedalam mesin itusendiri. &e#agian dari masukan total energi

digunakan untuk mengatasi gesekan*gesekandalam #antalan #earing" dan #agian*#agian#ergerak lainnya dalam mesin sehingga hanyasisanya yang dipakai dalam pemecahan

( )

c

f p s

n

A AeW

η

−= (1.2)



Cretaed By Tri Hartono1=

E7siensi mekanik, m# adalah rasio antara

energi yang diserap oleh #ahan terhadapmasukan energi.

adi $ika ;n adalah masukan energi, maka

tau,

ika m adalah la$u umpan #ahan makadaya yang diperlukan mesin tiap kg umpanadalah

( )W

A Ae

W

W

c

f p snm

⋅

−==

η η

( )

mc

f p s

m

n A AeW

W η η η ⋅

−==

(1.3)

(1.4)

( )

mc

f p s A AemmW P

η η ⋅

−⋅⋅=⋅= (1.5)




&edang p dan % dapat dihitung dengan

persamaan #erikut:

&ehingga,

adi,

p s

p

s

d A

Ad

ρ ϕ

ρ ϕ

⋅⋅=

⋅⋅=

6

6

p sf

f

p sp

p

d A

d A

ρ ϕ

ρ ϕ

⋅⋅=

⋅⋅=

6

6

(1.6)

(1.7)

⋅−

⋅⋅⋅⋅⋅

= sf f sp p pmc

s

d d

em P

ϕ ϕ ρ η η

116 (1.8)




Dimana,

m 9 la$u umpan #ahanes 9 energi permukaan persatuan luas

ηc 9 e7siensi pemecahan

ηm 9 e7siensi mekanik

ρp 9 densitas partikel

ψ p, ψ % 9 sperisitas produk dan umpan

dsp, ds% 9 mean sur%ace diameter produk dan

umpan

+'m 9 energi k;h'kg

+ 9 daya po)er", k;



Cretaed By Tri Hartono1(

(. Hu#ungan Empirik: Hukum -ittinger dan 3ick

Hukum pemecahan yang diusulkan oleh -ittingertahun 164 menyatakan #ah)a ker$a yangdiperlukan untuk pemecahan !at padat se#andingdengan permukaan #aru yang ter#entuk. Hukumini se#enarnya tidak le#ih dari suatu hipotesisyang #erarti #ah)a ηc adalah tetap untuk mesin

dan umpan tertentu, serta ηc tidak tergantung

pada ukuran umpan maupun hasil.

ika ψ pdan ψ % sama dan ηc, ηm, ρp adalah konstanta

maka konstanta*konstanta terse#ut diga#ungkanmen$adi 3 - yaitu Tetapan -ittinger sehingga dapat

ditulis se#agai #erikut:




+ersamaan -ittinger

+enggunaan hukum rittinger ini #erlaku untukukuran padatan d > =.= mm.

+ada tahun 166 3ick mengusulkan satuhukum lagi, yang didasarkan atas analisistegangan de%ormasi plastis dalam #ataselastis, yang menyatakan #ah)a ker$a yang

diperlukan untuk pemecahan #ahan adalahkonstan untuk setiap rasio pengecilan yangsama, yaitu rasio ukuran partikel a)alterhadap partikel akhir dan menghasilkan:

−= sf sp R d d K m

P 11 (1.9)




+ersamaan 3ick

3 3 9 Tetapan 3ick

+enggunaan hukum kick ini #erlaku untuk

ukuran padatan d ? = mm.

Hu#ungan umum kedua persamaan diatas

adalah persamaan di%erensial se#agai#erikut:

( )n

s

s

d

d d Kk

m

P d ⋅−=

(1.10)

( )n

s

s

d

d d K

m

P d ⋅−=

(1.11)




@ntuk n 9 2 diperoleh persamaan -ittinger

@ntuk n 9 1 diperoleh persamaan kick

( )

−⋅=

⋅−=

∫ ∫

sf sp

R

s

s

p

f

d d K

m

P

d d d K

m P d

11

2

( )

sp

sf

K

s

s

p

f

d

d K

m

P d

d d K

m

P d

ln

1

⋅=

⋅−=

∫ ∫




Baik hukum rittinger maupun kick, 3 - dan 3 3

ditentukan secara perco#aan melalui u$i dg mesin

yg se$enis dg yg akan dig dan dg #ahan yg samadg #ahan yg akan dihancurkan. Dg demikianpenggunaannya ter#atas untuk ukuran padatan

1. Hukum+emecahan Bond dan Andek 3er$a, $i

&atu metode yg agak realistik untuk menaksirdaya yg diperlukan mesin pemecah diusulkan

oleh Bond pada tahun 1<2, yg menyatakan#ah)a ker$a yg diperlukan untuk mem#uatpartikel dg diameternya ds dari umpan




yang sangat #esar adalah se#anding denganakar pangkat dua dari rasio permukaanterhadap olume hasil yang #ersangkutan,yaitu

Bila

tau

&ehingga

p

p

V

S

p p

p

S d

V

⋅

⋅= 6

ϕ

ϕ ⋅=

p p

p

d V

S 6

p p p

p

d K

d V

S 16=

⋅=

ϕ

(1.12)



Cretaed By Tri Hartono1<

tau untuk n 9 1, akan diperoleh persamaan #ond

+enggunaan hukum #ond ini #erlaku untuk ukuranpadatan = mm ? d ? =.= mm

−⋅=

sf sp

B

p

d d K

m P

d K

m

P

11

1 α

(1.13)

( )

−⋅=

⋅−=

∫ ∫

sf sp

B

s

s

p

f

d d K

m

P

d d d K

m P d

11

5,1



Cretaed By Tri Hartono2=

Indek Kerja, W i, yaitu ke#utuhan energi

#ruto dalam k;h per ton umpan untuk

menghancurkan umpan yang sangat #esarsehingga 6= dari hasilnya dapat le)atayak 1==µm. De7nisi terse#utmenghasilkan hu#ungan antara 3 B dan ;i .

ika, ds 9 mm

+ 9 k;

m 9 ton'$am

maka,ii B W W K ⋅=⋅×= −

3162,0101003

(1.14)




Ta#el 1.1 di#a)ah menun$ukkan contohumum nilai ;i untuk #er#agai #ahan. Data

ini tidak #anyak #er#eda diantara #er#agaimesin dan #erlaku untuk pemecah keringmaupun penggiling #asah. @ntuk

penggiling kering daya yang dihitung harusdikalikan dengan %aktor '(



Ta#el 1.1 Andek ker$a ;i untuk pemecahan

kering'penggilingan #asah.


Bahan Specific gravity Wi

Bauksit

Klinker semen

Bahan semen

Lempungtanah liat

Batu !ara

K"kas

#ranit

Kerikil

Batu kapur

Kuarsa

2,10

3,15

2,6$

2,51

1,%

1,31

2,66

2,66

2,66

2,65

&,$&

13,%5

10,51

6,3

13

15,13

15,13

16,06

12,$%

13,5$



Contoh %oal

Cretaed By Tri Hartono2(

Berapakah daya yang diperlukan untukmenghancurkan #atu kapur se#anyak 1==ton'$am, $ika 6= umpan le)at ayak #erdiameter2 inchi dan 6= hasil dalam ayak 1'6 inchi.

%olusi

Ta#el, #atu kapur ;i 9 12,4

m 9 1== ton'$am

ds% 9 2 inchi 9 2 2, cm 9 =,6 mmdsp 9 1'6 inchi 9 1'6 2, cm 9 (,14 mm




&ehingga daya yang diperlukan mesinsesuai persamaan 1.1" adalah

hpkW P

P

d d W

m

P

sf sp

i

22$ 6,16'

&,50

1

1$5,3

1$%,123162,0100

113162,0

==

−⋅⋅⋅=

−⋅=




(.4 +eralatan pengecilan partikel dalam industri

Crusher adalah suatu mesin yg dig untuk

memecah #ongkahan padatan m$d padatan#erukuran le#ih kecil sesuai dg yg dikehendaki.

Crusher #iasanya diklasi7kasikan tingkatdimana mampu mengecilkan #ahan a)al,

yaitu:Coarse crusher: hanya mampu memecah

#ahan padatan tidak terlalu kecil.

Antermediate crusher: kemampuan pemecahan#ahan padat cukup kecil'signi7kan.

0rinders: mampu memecah #ahan padatmen$adi partikel #erukuran halus po)der".




Dari sisi pandangan metalurgi, tdp per#edaan ygcukup $elas antara crushing grinding. Crushing

merup langkah a)al utk memperoleh hasil ukuranpadatan tidak le#ih dari yg ditentukan, sedanggrinding merupakan alat utk memperoleh ukuranpartikel padat halus dan seragam. &alah satu tipeaplikasi penggunaan alat*alat diatas dlm industri

pertam#angan adalah pengg coarse crusher ygdiikuti dengan &0 Mill Ball Mill.

&ipe Crusher ' rinder

Tipe coarse crusher yg paling umum dan dikenal luasadalah a) Crusher dan 0yratory Crusher. Famunselain kedua $enis crusher diatas $uga tdp #e#erapatipe lain seperti: impact crusher dan roller crusher



Jaw Crusher


a) crusher terdiri dari suatu set rahangertikal, dimana salah satu rahangdipasang tetap sedang rahang yang lain#ergerak ma$u dan mundur sesuai

mekanisme cam. arah kedua rahang padasisi atas adalah le#ih #esar di#anding $arakranhan #agian sisi #a)ah mem#entukkonis" dan gerakan rahang tidak #egitu

#esar kuat" karena complete crushingtidak hanya #erlangsung dalam satulangkah.




Gambar 2.1 Ja Cr!"#er



Cretaed By Tri Hartono2<

Grame

Crushing Cham#er

&)ing a) MainBearing Housings

Gly)eel

Eccentric &ha%t

Bearings

Hydraulic Cylinder

&him Toggle Block

Tension -od ;ith &pring

Toggle +lates

Check +lates

a) plates

Gambar 2.2 Ba$ian%ba$ian da&amJa Cr!"#er



Gyratory Crusher

Cretaed By Tri Hartono(=

0yratory crusher serupa dengan $a) crusher,#agian dalam dan luar crusher #er#entuk konister#alik dimana #agian atas konis memilikicelah le#ih #esar di#anding #agian #a)ah.

-ahang konis #agian dalam, memilki gerakputar yang lam#at aki#at adanya cam sedang.&ama dengan $a)a crusher dimana umpanmasuk dari sisi atas ke#a)ah dan terpecahkan

melalui celah kedua rahang #er#entuk koniskemudian keluar se#agai hasil dengan ukuransesuai le#ar celah rahang konis #agian #a)ah.



Cretaed By Tri Hartono(1

Gambar 2.3 Gyratory Cr!"#er




Gambar 2.4 Ba$ian%ba$ian Gyratory Cr!"#er



Impact Crusher

Cretaed By Tri Hartono((

Ampact crusher meli#atkan penggunaanimpact #ukannya pressure untuk memecahpadatan. Bahan padat dipecah dalam ruangyang ter#atas dimana dilengkapi dengan

#ukaan untuk mengeluarkan hasil denganukuran sesuai #ukaan yang dipasang. eniscrusher ini #iasanya digunakan untukpemecahan #ahan*#ahan lunak seperti

#atu#ara coal" atau #ongkahan logam lunak. ang termasuk crusher $enis ini antara lain:

#all mill, hammer mill, dan stamp mill.




Ball Mill

&irkuit ter#uka dan

tertutup)et and dry grinding

air*s)ept grindingsystems

com#ined drying andgrinding systems

+reliminarycomminutionsystems

0rinding systems %ornon*%errous grinding

Gambar 2.5 Ba&& 'i&&




plikasi*

+igment* and 7llerindustry

Fatural stoneindustry

Andustry o% #uildingmaterials

Coal preparation

5re dressing

Ceramic industry+o)er plant

industry



+ammer ,ill


Termasuk penggiling

$enis impact

plikasi:

limestone

dolomite

gypsum anhydrite

chalk

clay

#entonite #roken #ricks

coal

phosphate




Combined $rindin$ and dryin$ &antit# Birotor #ammer mi&&

Grindin$ &ant it# B*+T+*#ammer mi&& and dynami, "earator




Gambar 2.7 -ro"e" er/a Hammer'i&&



%tamp ,ill

Cretaed By Tri Hartono(<

&tamp mill adalah mesin pemecah #ahan padat

dg cara hentakan yg #iasanya diaplikasikan untukproses lan$utan atau pemecahan #i$ih logam



Cretaed By Tri Hartono=

Contoh mesin diatas adalah mesin pemecah #i$ih

tem#aga di ri!ona dimana roda yang #esar#erputar digerakkan oleh penggerak" sehinggamenggerakkan poros engkol agar pemecah dapat#ergerak naik turun gerak putar diu#ah men$adigerak lurus".



Roller Crusher


Crusher $enis ini

termasuk intermediatecrusher yang memililkisepasang roller#er#entuk silinder

mendatar dimanadiantara kedua celahsilinder ini #ahandimasukkan. 3eduaroller #erputar dengan

arah #erla)anan, yangakhirnya men$epit danmemecah #ahanpadat.



/atihan &oal 0a#ungan

&uatu mesin pemecah digunakan untuk

memperkecil diameter klinker semesn ρ 9 22=g'cm(" dari 2= mm umpan ke produk sepertitertera dalam ta#el analisa ayakan #erikut

Tentukan:

1. Diameter partikel yang sering muncul

2. Diameter partikel tengah

(. /uas permukaan spesi7k partikel denganmenga#aikan partikel yang tertahan di +an.

. Daya yang diperlukan mesin pemecah atas dasar

produk Idiameter partikel yang sering munculJdengan menggunkan persamaan Bond $ika 3 B 9

,2( dan la$u umpan 9 1= ton'$am




Ta#el nalisa yakan

Bukaan (yak )mm* +asa partikel iatas ayakan )g*

0,$1

0,250,125

0,0%5

-an

13,'

120,1$6,3

3%,5

11,0

bab 3 pemecahan dan penghalusan zat padat

Documents