Kiln (proses pembuatan semen)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Panas hingga suhu 1500°C dimana bata ini memiliki kemampuan tahan panas dan air yang baik. Dalam proses pembakaran di kiln terjadilah proses perpindahan panas secara alamiah baik secara konduksi, konveksi dan radiasi. Dalam perpindahan panas ini mambahas perpindahan panas secara konduksi, dimana panas yang terjadi antara didalam dan diluar kiln itu berbeda. Dalam hal ini membahas perpindahan yang terjadi dari dalam hingga ke luar kiln dengan suhu bagian dalam 1500°C yang dalam prosesnya melewati beberapa hambatan baik dari material yang di panaskan hingga dinding isolasi bata tahan api dan baja st 400 kemudian barulah kita bisa mengetahui panas akhir setelah melewati hambatan-hanbatan tadi menggunakan perhitungan perpindahan panas secara konduksi. Proses pembakaran yang terjadi pada tanur kiln ini disebabkan karena adanya perpaduan antara bahan bakar batubara dengan udara atau oksigen yang betekanan tinggi dimana batubara yang digunakan adalah batubara yang telah dihaluskan hingga berbentuk seperti tepung yang dapat menghasilkan semburan api hingga suhu 1500°C .

 Kiln memiliki dua lapisan yaitu lapisan luar dan lapisan dalam dimana pada lapisan luar dilapisi dengan baja st 400 sedangkan pada lapisan dalam menggunakan bata tahan api jenis CAST-15ES yang berfungsi sebagai isolasi untuk menahan panas yang terjadi pada saat proses pembakaran terjadi untuk menahan.

Panas yang dihasilkan didalam tungku kiln tidak serta merta berimbas keluar dikarena pada dinding kiln dilapisi oleh bata tahan api yang mampu menahan panas yang sangat tinggi hingga 1600 0C sehingga lingkungan yang disekitar kiln tidak terlalu panas pada saat kita berada disekitar area kiln. Di dalam proses pembakaran pada kiln menggunakan bahan bakar Idustrial Diesel Oil (IDO) dan batubara yang menjadi bahan bakar utama dalam proses pembakaran dengan kapasitas 15,40 ton per-jam untuk membakar material yang ada didalam kiln, sedangkan untuk IDO digunakan sebagai bahan bakar pemantik awal pada saat kiln hendak dinyalakan setelah shut down. Pada dasarnya mengapa batu bara yang digunakan sebagai bahan bakarnya karena biaya prosuksi nya lebih murah sehingga dapat mengurangi cos dibandingkan menggunakan bahan bakar IDO.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Uraian Proses

            Pada saat material telah masuk ke kiln, terdapat empat zona proses pemanasan diantaranya calsinasi zone diamana pada proses ini material yang baru masuk kedalam kiln, material tersebut terkalsinasi dikarenakan mendapatkan panas yang lebih tinggi dari pada di dalam SP berkisar antara 1100-1200 0C sehingga mengakibatkan perubahan bentuk pada material tersebut yang tadinya berupa serbuk-serbuk padat menjadi serbuk-serbuk yang mulai terlihat meleleh, kemudian ada lagi yang namanya transisi zone dimana pada proses ini bahan material mandapatkan pemanasan yang lebih tinggi berkisar antara 1200-1300 0C dimana pada proses ini material hampir mendekati cair dan yang terakhir terdapat proses burning zone dimana pada prose ini material benar-benar mendapatkan pemanasan secara penuh dari kiln hingga material tersebut mencair dan panasnya mencapai 1400–1600 0C kemudian proses yang terakhir adalah proses cooling zone, pada proses ini material yang telah masuk ke cooler mendapatkan pendinginan secara cepat atau proses pendinginan yang dikagetkan karena pada cooler ini panas pada material harus lebih dingin dibandingkan didalam kiln dimaksudkan supaya klinker tersebut tidak lengket pada great plat dan panas pada cooler mencapai 150- 200 0C. Panas yang dihasilkan didalam tungku kiln tidak serta merta berimbas keluar di karena pada dinding kiln dilapisi oleh bata tahan api yang mampu menahanpanas yang sangat tinggi hingga 1600 0C sehingga lingkungan yang disekitar kiln tidak terlalu panas pada saat kita berada disekitar area kiln.

            Kiln memiliki tiga penyangga / support untuk dapat menahan berat kiln tersebut diantaranya ada di ujung sebelah kanan dan kiri dan juga

ditengah, ketiga penyangga ini sangat berperan penting untuk menahan tanur kiln agar tidak jatuh dan di salah satu suppor tersebut terdapat satu motor yang berfungsi untuk memutar kiln saat beroprasi. Berikut spesifikasi dari kiln beserta gambarnya dapat dilihat dibawah ini:

Kiln

- Diameter : 5,5 meter

- Panjang : 87 meter

Motor Penggerak

- Ukuran kiln drive

- 1500 KW (2 x750 KW )

- Jumlah support : 3       

· Maximum speed : 3,5 rpm

Di dalam proses pembakaran pada kiln menggunakan bahan bakar Idustrial Diesel Oil (IDO) dan batubara yang menjadi bahan bakar utama dalam proses pembakaran dengan kapasitas 15,40 ton per-jam untuk membakar material yang ada didalam kiln, sedangkan untuk IDO digunakan sebagai bahan bakar pemantik awal pada saat kiln hendak dinyalakan setelah shut down. Pada dasarnya mengapa batu bara yang digunakan sebagai bahan bakarnya karena biaya prosuksi nya lebih murah sehingga dapat mengurangi cos dibandingkan menggunakan bahan bakar IDO. Kemudian pada dinding kiln dilapisi oleh bata tahan api yang berfugsi untuk melindungi dinding kiln dari panas yang terbuat dari besi dimaksudkan agar tidak meleleh pada saat proses pembakaran berlangsung dimana untuk pemasangan bata tahan api kita menggunakan alat yang disebut DAT dimana alat ini berfungsi untuk menekan bata agar dapat padat dan rapat satu sama lainnya, berikut gambar proses pemasangan bata tahan api pada dinding kiln.

            Material yang telah mengalami kalsinasi sebesar 80-90% masuk ke dalam rotary kiln secara perlahan-lahan untuk untuk dilakukan pembakaran sehingga menyempurnakan reaksi kalsinasi dan pembentukan clinker. Pembakaran material di dalam rotary kiln sampai mencapar temperatur 1450°C. Rotary kiln merupakan slinder bundar dengan diameter 4,4 m dengan panjang 68 m. diletakkan pada bidang horizontal dengan kemiringan 5 ° dan kecepatan putaran maksimum 3 rpm. Rotary kiln dilapisi dengan batu tahan api (fire brick) yang ketebalannya 0,2 m dan berfungsi untuk menjaga ketahanan film shell dan mengurangi kehilangan panas selama terjadinya pembakaran.

Batu tahan api ini terdiri dari berbagai jenis yang letaknya tergantung pada temperatur, kondisi kimia, dan sifat – sifat fisik bahan yang melalui dinding bagian dalam kiln. Secara garis besar, proses pembakaran di dalam kiln terdiri dari tiga derah zone, yaitu:

1.    Daerah kalsinasi (calsinacing zone 820 - 900°C)

Kalsinasi akan sempurna di dalam kiln dengan naiknya suhu sehingga dapat menguraikan CO₂.

2.    Daerah pembentukan clinker (Sintering Zone 900 - 1400°C)

Pada daerah ini terjadi pembentukan senyawa- senyawa: C₂S, C₃S, C₄AF dan C₃A.

3.    Daerah pendinginan (cooling zone 1400-110°C)

Daerah pendinginan terletak di ujung keluar material kiln. Di daerah ini material mengalami pendinginan karena bercampur dengan udara sekunder dari cooler yang masuk ke kiln.

Reaksi yang terjadi pada proses pembentukan clinker di dalam rotary kiln sebagai berikut:

1.    Kalsinasi dari CaCO₃ dan MgCO₃ atau pelepasan carbon dioxide (CO₂) dari bahan baku yang terjadi pada temperatur 450 - 900°C

            CaCO₃                                     CaO + CO₂

            MgCO₃                                   MgO + CO₂

2.    Pembentukan dicalsium silicate (C₂S) yang terjadi pada temperatur 900-1400°C

2CaO +SiO₂                           2CaO.SiO₂

Reaksi berlangsung sampai SiO₂ habis

3.    Pembentukan tricalsium aluminat (C₃A) dan tetracalsium aluminate ferrite (C₄AF) yang terjadi pada temperatur 1100 - 1338°C.

-          Pembentukan C₃A

3CaO  +  Al₂O₃                         3CaO. Al₂O₃

-          Pembentukan C₄AF

4CaO  + Al₂O₃ + FeCO₃                          4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃

4.    Pembentukan tricalsium silicate (C₃S) dan pengurangan kadar calcium monoksida (CaO) bebas yang terjadi pada temperatur 1420 - 1450°C.

Reaksinya yaitu:

2CaO.SiO₂ + CaO + SiO₂                           3CaO.SiO₂

Bahan bakar yang digunakan untuk proses pembakaran dalam kiln dan calciner (dual decarbonation Furnace (DDF)) adalah batu bara (coal) dan minyak solar (diesel oil). Minyak solar digunakan pada saat pembakaran awal dan untuk selanjutnya digunakan bahan bakar batu bara, bahan bakar batu bara sebelum dimasukkan ke DDF dan kiln terlebih dahulu digiling di dalam coal mill.

Kebutuhan oksigen untuk pembakaran minyak dan batu bara ini berasal dari primary air fan dan cooling fan, batu bara di giling di dalam coal mill sampai pada kehalusan tertentu. Batu bara ini dikeringkan dengan udara panas sisa pembakaran dari kiln yang dialirkan pada preheater dengan temperatur 400°C. pada aliran udara panas terdapat aliran udara masuk dan aliran udara keluar serta aliran udara recycle. Hal ini bertujuan menjaga temperatur udara panas yang masuk ke coal mill.

2.2. Dasar-dasar Perpindahan Panas Pada Pembakaran Klinker

Perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu tempat ke tempat lainnya yang disebabkan perbedaan temperatur antara tempattempat tersebut. Bila dalam suatu sistem terdapat gradien temperatur atau bila dua sistem yang temperaturnya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi yang disebut panas (heat). Energi ini tidak dapat diukur atau diamati secara langsung tetapi arah perpindahan dan pengaruhnya dapat diamati dan diukur. Pada umumnya terdapat tiga proses perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Ilmu perpindahan panas tidak hanya membahas bagaimana energi itu berpindah dari suatu bagian ke bagian lainnya tetapi juga meramalkan laju perpindahan energi pada suatu kondisi-kondisi tertentu. Ilmu perpindahan panas berbeda dari ilmu termodinamika. Dalam perpindahan panas membahas masalah laju perpindahan panas sedangkan pada termodinamika membahas sistem dalam keseimbangan. Termodinamika dapat digunakan untuk meramalkan energi yang diperlukan untuk mengubah sistem dari keadaan setimbang satu ke keadaan setimbang lainnya, tetapi tidak dapat meramalkan kecepatan perpindahan panas tersebut. Keadaan ini disebabkan pada waktu perpindahan panas itu berlangsung, sistem tidak berada dalam keadaan setimbang. Perpindahan kalor merupakan fenomena alam yang seringkali kita dapatkan pada kehidupan sehari-hari. Saat menanak nasi, mandi dengan air hangat, minum kopi dan lain sebagainya. Sebelum lebih jauh membahas perpindahan panas, akan dibahas terlebih dahulu tantang beberapa

istilah:

Fluks kalor (heat fluks),

q = didefinisikan sebagai besarnya laju perpindahan kalor persatuan luas bidang normal terhadap arah perpindahan kalor. Konduktivitas thermal,

k = merupakan konstanta kesetaraan, yang merupakan karakteristik thermal dari material atau benda.

2.3 Pembentukan Klinker

Proses pembakaran untuk menghasilkan klinker diawali dengan menyiapkan bahan bakarnya terlebih dahulu baru kemudian melakukan pembakaran. Tujuan dari proses pembakaran ini ialah untuk menghasilkan klinker bermutu baik dengan pemakaian energi serendah mungkin dan operasi pembakaran berlangsung stabil dalam waktu yang lama.  Salah satu faktor utama untuk mendapatkan hasil pembakaran yang baik ialah rancangan kiln feed (raw mix design) yaitu menentukan komposisi kimia dan ukuran partikel atau kehalusan dari raw mix.  Raw mix dirancang untuk menghasilkan klinker bermutu baik (mempunyai senyawa alite C3S, belite C2S, aluminate C3A, ferrite C4AF dalam jumlah cukup dan mudah digiling). Proses pada tahap ini meliputi pemanasan awal umpan baku di preheater (pengeringan, dehidrasi dan dekomposisi), pembakaran di kiln (klinkerisasi) dan pendinginan di grate cooler (quenching).  Selanjutnya klinker yang dihasilkan disimpan di clinker silo. Beberapa reaksi kimia yang berlangsung dalam proses pembuatan klinker yaitu:
1.    proses Pemanasan Awal

Proses pemanasan awal adalah proses penguapan air dan proses calsinasi pada umpan kiln (raw meal) pada suhu 600-800 oC.

    CaCO3        CaO + CO2        Proses calsinasi
                  MgCO3        MgO + CO2        Proses calsinasi
            

Proses ini terjadi dalam peralatan preheater.
2.    Proses Klinkerisasi

Proses klinkerisasi dalam pembuatan semen adalah proses pengikatan antara oksida-oksida yang terkandung dalam material untuk membentuk senyawa C3S, C2S, C3A, dan C4AF. Reaksi pembentukan senyawa-senyawa tersebut berlangsung di dalam kiln pada suhu 900-1450 oC.  Pada Tabel berikut dapat dilihat range suhu terjadinya reaksi-reaksi pada proses pembentukan klinker.

2.4 Jenis kiln

            Dalam istilah luas, ada dua jenis kiln, keduanya berbagi karakteristik dasar yang sama sebagai sebuah kotak terisolasi dengan suhu terkontrol dan suasana batin. Dalam menggunakan kiln intermiten, ware untuk ditembakkan dimuat ke kiln. Kiln tertutup, dan suhu internal meningkat sesuai dengan jadwal. Setelah proses pembakaran selesai, baik kiln dan ware yang didinginkan. Sebuah kiln terus menerus, kadang-kadang disebut kiln terowongan, adalah struktur yang panjang di mana hanya bagian tengah secara langsung dipanaskan. Dari pintu masuk dingin, ware secara perlahan diangkut melalui kiln, dan suhunya meningkat terus saat mendekati bagian, tengah terpanas kiln. Dari sana, transportasi terus dan suhu berkurang sampai keluar kiln pada suhu kamar dekat. Sebuah kiln kontinyu adalah yang paling hemat energi, karena panas yang dilepaskan selama pendinginan didaur ulang untuk pra-panas ware masuk.

Jenis khusus dari kiln, yang umum dalam pembuatan peralatan makan dan ubin, adalah roller kiln-perapian, di mana gudang ditempatkan pada kelelawar dilakukan melalui kiln di rol. Perkembangan kiln dari parit tanah sederhana diisi dengan pot dan bahan bakar, pembakaran pot, dengan metode modern terjadi secara bertahap. Salah satu perbaikan adalah untuk membangun ruang tembak di sekitar pot dengan baffle dan lubang memicu, ini panas yang diizinkan untuk dilestarikan dan digunakan lebih efisien. Penggunaan tumpukan cerobong meningkatkan aliran udara atau menarik dari kiln, sehingga membakar bahan bakar lebih lengkap. Contoh-contoh awal dari kiln ditemukan di Inggris termasuk yang dibuat untuk pembuatan genteng selama pendudukan Romawi. Ini kiln dibangun ke sisi lereng, sehingga api bisa menyala di bagian bawah dan panas akan bangkit ke kiln.

Dengan munculnya era industri, kiln yang dirancang untuk memanfaatkan listrik dan bahan bakar lebih halus, termasuk gas alam dan propana. Sebagian besar, tembikar industri kiln sekarang menggunakan gas alam, karena umumnya bersih, efisien dan mudah untuk mengontrol. Kiln modern dapat dilengkapi dengan kontrol komputerisasi, memungkinkan untuk penyesuaian halus selama siklus pembakaran. Seorang pengguna dapat memilih untuk mengendalikan laju naik suhu atau jalan, terus atau rendam suhu pada suatu titik tertentu, atau mengontrol laju pendinginan. Kedua listrik dan pembakaran gas yang umum untuk produksi skala kecil di industri dan kerajinan, pekerjaan buatan tangan dan patung.

2.5 Gambar serta dimensi Pada Kiln

    

Gambar 2.5.1 Kiln secara keseluruhan

Spesifikasi pada kiln

- Diameter : 5,5 meter

- Panjang : 87 meter

Motor Penggerak

- Ukuran kiln drive

- 1500 KW (2 x750 KW )

- Jumlah support : 3       

· Maximum speed : 3,5 rpm

Gambar 2.5.2 Kiln tampak luar

Gambar 2.5.3 Kiln tampak dalam

Gambar Burner Pipe

Gambar kiln food

Gambar 2.5.4 Kiln Tyre

Gambar 2.5.5 Roller Station

BAB III

PERHITUNGAN

Perhitungan Massa Pada Kiln Feed 

SiO2               = SiO2 dari SP feed Kiln + SiO2 pada abu batu bara SP

=  (32 761,85 + 14,32) kg

=  32 776,17 kg

Al2O3             =  (9 188,71 + 6,87) kg

=  9 195,58 kg

Fe2O3            = (5 412,2 + 2,64) kg

= 5 414,84 kg

CaCO3 sisa   = 27 378,35 kg

MgCO3 sisa    = 666,78 kg

CaO                      =  CaO yang terkalsinasi + CaO abu batu bara SP

= (90 741,52 + 18,84) kg

                =  90 760,36 kg

MgO                     = (1 950,46 + 0,91) kg

                = 1 951,37 kg

SO3                = 2,54 kg

BAB IV

PENUTUP

4.1  Kesimpulan

Proses pembakaran yang terjadi didalam kiln itu terjadi karena adanya proses pembakaran dimana kiln menggunakan bahan bakar batubara sebagai bahan bakar utamanya dan oksigen yang disemburkan dengan tekanan tinggi sehingga dapat menghasilkan api yang besar yang kemudian menimbulkan panas hingga suhu 1400°C -1500°C .

Panas yang dihasilkan didalam tungku kiln tidak serta merta berimbas keluar dikarena pada dinding kiln dilapisi oleh bata tahan api yang mampu menahan panas yang sangat tinggi hingga 1600 0C sehingga lingkungan yang disekitar kiln tidak terlalu panas pada saat kita berada disekitar area kiln. Di dalam proses pembakaran pada kiln menggunakan bahan bakar Idustrial Diesel Oil (IDO) dan batubara yang menjadi bahan bakar utama dalam proses pembakaran dengan kapasitas 15,40 ton per-jam untuk membakar material yang ada didalam kiln, sedangkan untuk IDO digunakan sebagai bahan bakar pemantik awal pada saat kiln hendak dinyalakan setelah shut down.

DAFTAR PUSTAKA

1.Duda, Walter H. 1984. “Cement Data Book”, International Process Engineering in the Cement Industry, 2 nd Edition. Boverlag Gm Bh. Weis Baden anfBerum, Mc Donald and Evan. London

2.Bermasconi, G 1995. “Teknologi Kimia”. Terjemahan Lienda Hanjojo. Pt. Prandnya Paramita, Jakarta.

3.http://www.indocement.com (12 maret 2009) http://www.google.com/ pembuatan semen/ jenis-jenis pembuatan semen. (12 maret 2009) http://www.ebooks.com/ conductivity thermal properties (24 juni 2009) http://www.google.com/ konduckivitas termal semen portland tipe 1 (18 agustus 2009)

4.Kumpulan Makalah Diskusi Kinerja Mechanical ( meintanance ) di PT.ITP, Tbk, 1999 diselenggarakan 19-20 Agustus 1999, digedung Institut

Cement dan beton Indonesia Dangsana, Bogor.