BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Gambaran Umum Proses

Tahap akhir dari proses pembuatan semen adalah penggilingan

akhir. Penggilingan akhir bertujuan untuk menghasilkan semen dengan

kriteria dan spesifikasi tertentu. Dalam proses ini, klinker digiling

dihaluskan bersama gypsum serta aditif material (trass dan limestone)

sampai dengan kriteria dan kualitas tertentu.

Karena klinker sebagai bahan yang digiling memiliki sifat fisik

berupa kekerasan yang lebih tinggi dari pada limestone (di raw mill), maka

pada proses penggilingan semen memakai banyak energi listrik (± 2700

kWh). Proses penggilingan semen sangat dipengaruhi oleh mutu semen

yang diinginkan, mutu klinker, temperatur klinker dan kekerasan klinker

(grindability).

Pada proses penggilingan klinker ini material dalam tube mill

digiling menggunakan steel ball. Penggilingan di dalam tube mill terdiri

dari 2 proses dan 2 kompartemen. Kompartemen pertama terjadi proses

penghancuran material (cataracting) dan pada kompartemen kedua terjadi

proses penghalusan material (cascading). Pada kompartemen pertama bola

bola baja akan mengalami gerakan cataracting, sehingga material yang

terangkat bersama bola bola akan mengalami tekanan dan tubrukan

sehingga terjadi pengecilan ukuran dimana hampir semua energi

terpusatkan pada jatuhnya bola bola baja. Kemudian material yang kecil

memasuki kompartemen 2 melalui slot diafragma yaitu sebuah ayakan dan

pemisah antara kompartemen 1&2. Sementara itu, pada ruang

penggilingan halus bola bola baja mengalami gerkan cascading yaitu

gerakan seperti mengalir dan bergulir sehingga energi akan terdistribusi

pada luas permukaan dan tidak terpusatkan. Sehingga gerakan cascading

merupakan gerakan yang cocok untuk penghalusan material.

116

Setelah proses fine grinding di kopartemen 2, material semen

keluar melalui outlet mill menuju air slide kemudian menuju elevator lalu

dimasukan kedalam separator. Di separator, hasil penggilingan

dipisahkan menjadi 2 material yaitu material halus dan material kasar.

Material halus (fine) merupakan product mill dan dialirkan menuju cement

silo, material kasar (coarse atau grit) akan menjadi tailing separator dan

masuk kembali ke dalam mill untuk digiling ulang. Lalu udara yang ditarik

fan separator dilewatkan dulu melalui bag filter karena debu yang ikut

melalui gas merupakan product mill yang sangat halus dan merupakan

semen. Gas yang sudah bersih lalu dibuang ke lingkungan melewati

chimney.

Arus material yang terjadi pada separator ditunjukkan oleh gambar

2.2.1 berikut.

Gambar 2.2.1. Flow Diagram Separator

Dalam kondisi steady state, berdassarkan flow diagram separator

di atas dapat disusun neraca massa pada persamaan (1) sebagai berikut:

(1)

Lalu dari neraca massa di persamaan (1) dapat disusun neraca

massa komponen pada persamaan (2) sebagai berikut.

117

(2)

dengan,

A = kecepatan arus inlet feed, ton/jam

F = kecepatan arus outlet product, ton/jam

R = kecepatan arus reject/tailing, ton/jam

Σf = fraksi massa kumulatif partikel i arus produk

Σr = fraksi massa kumulatif partikel i arus reject (tailing)

Σa = fraksi massa kumulatif partikel i inlet

B. Air Separator

Air Separator adalah suatu sistem pemisah yang menggunakan

media udara dalam proses pemisahannya. Material dipisahkan ke dalam

dua fasa, yakni material halus yang merupakan produk dan material kasar

yang merupakan reject/tailing.

Dalam industri semen, air separator merupakan alat utama yang

berfungsi memisahkan material hasil proses penggilingan bahan baku

(raw mill) dan penggilingan akhir (finish mill) yaitu memisahkan material

berdasarkan ukuran partikel dengan tujuan untuk memperoleh kehalusan

atau luas permukaan material yang diharapkan.

Material hasil proses penggilingan pada awalnya ditebarkan dalam

aliran udara, sehingga masing-masing partikel akan memperoleh gaya dari

udara yang disebut gaya angkat (Fu) dan menimbulkan percepatan yang

berbeda-beda untuk masing-masing partikel tergantung dari luas

penampang masing-masing partikel tersebut. Kemudian akibat perputaran

dari blade separator, partikel yang berukuran lebih besar akan

memperoleh gaya sentrifugal (Fc) yang lebih besar juga. Di samping itu,

seluruh partikel juga akan mendapatkan gaya berat (Fm) yang sebanding

dengan massa dari partikel tersebut. Dari gambar 2.2.2 dapat dilihat

resultan gaya yang terjadi pada material di dalam separator.

118

Gambar 2.2.2. Resultan Gaya Material Dalam Separator

Dalam hal ini untuk mengatur seberapa banyak material dengan

ukuran tertentu yang terbawa sebagai produk, diperlukan adanya

pengaturan jumlah udara yang masuk dan kecepatan putaran blade

separator yang tepat. Jika udara yang masuk diperbesar maka akan

semakin banyak material yang terbawa sebagai produk, sehingga

kemungkinan produk kasar pun akan terbawa serta. Jika kecepatan putaran

blade separator diperbesar maka akan semakin banyak material yang

terbawa sebagai reject/tailing termasuk material yang telah halus.

C. Cyclone Air Separator

Cyclone Air Separator merupakan jenis dynamic separator yang

dikembangkan oleh KHD Humbolg Wedag AG. Dengan menggunakan

separator jenis ini, dapat memungkinkan satu unit separator untuk

mendapatkan produk sebesar 500 ton/jam. Penampakan alat cyclone air

separator ini dapat dilihat di gambar 2.2.3 berikut.

119

Gambar 2.2.3. Cyclone Air Separator

Material yang akan dipisahkan dialirkan ke permukaan distribution

plate dari separator kemudian didispersikan ke dalam aliran udara dari air

circulating fan (ACF) sehingga material akan mendapat gaya gravitasi dan

gaya angkat.

Partikel yang mendapatkan gaya angkat lebih besar dari gaya

gravitasi akan bergerak ke atas searah dengan aliran udara dan melewati

separator blade yang berotasi sehingga partikel tersebut juga akan

mendapatkan gaya sentrifugal yang besarnya bergantung kepada massa

dari partikel tersebut.

Material halus yang mempunyai massa lebih kecil akan

mendapatkan gaya sentrifugal yag lebih kecil dari gaya angkat, maka gaya

dari material tersebut searah aliran udara. Aliran udara dan material

tersebut akan diteruskan cyclone yang berada di luar separator yang

berfungsi memisahkan material dengan udara. Kemudian material tersebut

dialirkan keluar sistem sebagai produk dan udara akan disirkulasi kembali

ke separator.

Material kasar yang mempunyai massa lebih besar akan

mendapatkan gaya sentrifugal lebih besar yang akan melemparkan

material tersebut ke casing separator dan jatuh ke bawah oleh gaya

gravitasi sebagai reject untuk digiling kembali.

120

D. Particle Size Distribution

Particle size distribution atau PSD merupakan analisis sampel

material dalam industri semen. Hasil analisis ini digunakan para process

engineer untuk mengintepretasi kondisi proses, serta menilai kinerja alat

yang digunakan. Terdapat lima metode yang biasa digunakan untuk

mengintepretasi hasil analisis ukuran partikel, yakni metode linear,

metode linear + x-log scale, metode log-normal, metode Gaudin-

Schuhmann, dan metode Rosin-Rammler Distributions (RRD).

1. Linear Distribution

Merupakan distribusi paling sederhana karena nilai x dan y

terhubung secara linear.

Gambar 2.2.4. Kurva Distribusi Linier

(http://www.thecementgrindingoffice.com/particlesizedistribution.html)

Walau begitu, distribusi linear ini jarang digunakan dalam

industri semen karena sulitnya menginterpretasi hasil dari kurva

yang semacam ini.

2. Linear Distribution with x-log Scale Axis

Merupakan metode distribusi yang paling sering dipakai

dengan sumbu x memiliki log scale dan sumbu y memiliki

linear scale.

121

Gambar 2.2.5. Kurva Distribusi Linier with x-log Scale Axis

(http://www.thecementgrindingoffice.com/particlesizedistribution.html)

Namun, sama seperti metode distribusi linear, cukup sulit

menginterpretasi data dari kurva yang semacam ini.

3. Log-Normal Distribution

Dalam metode ini, sumbu y merupakan persentase kumulatif

material yang terlewat dan sumbu x memiliki tren logaritmik.

Gambar 2.2.6. Kurva Distribusi Log-Normal

(http://www.thecementgrindingoffice.com/particlesizedistribution.html)

4. Gaudin-Schuhmann Distribution

Gaudin-Schuhmann biasa disebut sebagai power fit

distribution. Untuk menentukan distribusi ukuran dengan

menggunakan metode ini, diperlukan persamaan Gaudin-

Schuhmann sebagai berikut:

122

(3)

dengan,

P = mass passing, %

x = ukuran partikel, mikron

k = size modulus – size saat P = 100

m = distribution modulus

= slope of the log-log plot P vs x

Jika diberi log pada kedua ruas persamaan pada persamaan (3),

maka persamaan akan menjadi:

(4)

dengan,

C = intersep pada garis

E. Circulating Load

Circulating load menunjukkan rasio partikel pada separator feed

dan separator product. Nilai circulating load dapat dicari dengan

menggunakan persamaan (5) berikut.

(5)

dengan,

u = circulating load

Σf = fraksi massa kumulatif partikel i arus produk

Σr = fraksi massa kumulatif partikel i arus reject (tailing)

Σa = fraksi massa kumulatif partikel i inlet

123

F. Separator Efficiency

Separator Efficiency adalah suatu nilai yang menunjang kinerja

dari separator dan ditunjukkan dalam satuan persen (%) dimana semakin

tinggi nilai separator efficiency maka semakin baik kinerja dari separator

tersebut.

Untuk menentukan efisiensi dari separator, maka dilakukan stream

analysis dari separator dengan cara menentukan distribusi partikel dari

separator feed, separator reject, dan separator product. Untuk suatu

ukuran partikel tertentu, efisiensi separator nya ditentukan dengan

persamaan (6) berikut:

(6)

dengan,

η = efisiensi separator, %

Σf = fraksi massa kumulatif partikel i product

Σa = fraksi massa kumulatif partikel i feed

u = circulating load

G. Tromp Curve

Tromp Curve adalah suatu kurva yang merepresentasikan

kemungkinan suatu partikel dalam proses pemisahan di separator. Kurva

tersebut menggambarkan kemungkinan suatu partikel dari separator feed

menjadi reject. Kemungkinan ini biasa disebut sebagai derajat selektivitas.

Nilai tromp dihitung dengan persamaan (7) sebagai berikut:

(7)

dengan,

TR = nilai tromp partikel i

Δr = fraksi massa partikel i reject

Δa = fraksi massa partikel i product

u = circulating load

124

Setelah didapat nilai tromp dari masing-masing ukuran partikel,

kurva dapat dibuat dengan menempatkan masing-masing partikel dan nilai

tromp-nya pada kurva.

Gambar 2.2.7. Tromp Curve

(http://www.thecementgrindingoffice.com/explaintromptheory.html#)

Beberapa parameter penilaian yang digunakan untuk mengevaluasi

sebuah tromp curve adalah:

1. Sharpness Separation

Separator yang baik performanya dapat memisahkan material

dengan optimal dimana partikel diatas cut size harus dihilangkan.

Kandungan partikel kasar dalam fraksi halus harus seminimal

mungkin untuk bisa mendapatkan homogenitas produk yang baik.

Sharpness separation (k) dapat dihitung dengan persamaan (8)

berikut.

(8)

125

Nilai k yang mendekati 1 bagus untuk membentuk sharp

separation, dimana nilai yang ideal adalah 1.

2. Imperfection

Imperfection memberikan informasi bagaimana kinerja suatu

separator. Dengan menghubungkan tiga buah titik, maka akan

diketahui bagaimana kinerja separator tersebut. Semakin kecil nilai

imperfection, maka kinerja separator akan semakin baik. Nilai

imperfection dapat dihitung menggunakan persamaan (9) berikut.

(9)

Standar acuan dalam menilai imperfection ini adalah sebagai

berikut.

- Excellent Separator < 0,2

- Good Separator 0,2 – 0,3

- Medium Separator 0,3 – 0,4

- Poor Separator 0,4 – 0,6

- Bad Separator 0,6 – 0,7

- Excecrable Separator > 0,7

3. Cut Size (D50)

Dapat diartikan sebagai pembatas ukuran partikel material dimana

kemungkinan untuk masuk pada fraksi halus dan kasar adalah

sama. Material yang mempunyai ukuran lebih besar dari diameter

batas (D50) akan kembali ke dalam mill sebagai reject material dan

yang lebih kecil akan menjadi separator product. Semakin kecil

nilai cut size, maka akan semakin halus separator product yang

dihasilkan.

4. Apparent Bypass

126

Pada proses separasi, partikel yang masuk separator memiliki

fraksi fraksi. Dari seluruh material yang masuk ke dalam separator,

ada sejumlah material yang tidak mengalami proses pemisahan,

melainkan langsung ter-bypass mengikuti aliran tailing. Nilai

persentase (%) feed yang mengalami bypass ini dapat dilihat pada

tromp curve. Dengan kata lain apparent bypass menunjukkan

persentase minimum material dengan dimensi tertentu (biasanya

sebesar acuity limit) yang masuk aliran tailing.

5. Acuity Limit

Adalah nilai absis dari bypass atau batas dimana pemisahan tidak

dapat melihat perbedaan antara ukuran partikel. Proses seleksi

pemisahan material dimulai pada titik ini.

Standar Acuity Limit untuk pemisahan separator yang baik sebagai

beikut:

1st Generation >20 µm

2nd Generation 15 - 20 µm

3rd Generation < 15 µm

127