56 BAB IV PERANCANGAN UNIT PENGERING PABRIK TEKNOLOGI PENINGKATAN KUALITAS BATUBARA SKALA KOMERSIAL KAPASITAS 150 TON/JAM 4.1. Peralatan yang Dirancang Peralatan-peralatan utama yang ada dalam unit pengering pabrik Teknologi Peningkatan Kualitas Batubara skala komersial kapasitas 150 ton/jam (untuk selanjutnya disebut CCP) ditunjukkan dalam Gambar 4.1. Dalam gambar tersebut terlihat beberapa komponen bed pengering (plenum, pipa internal heater, dan distributor) serta pipa transfer padatan (standpipe) yang digunakan untuk mengalirkan padatan ke dalam maupun ke luar bed. Peralatan yang akan dirancang dalam tulisan ini adalah silo sementara (TS), bed pengering (FB1 dan FB2), siklon (C1 dan C2), serta pipa transfer padatan (standpipe). Peralatan blower (B1 dan B2), flap gate (FG1 dan FG2), dan rotary valve (RF1) tidak dirancang tetapi dipilih dari peralatan yang dijual di pasaran. Peralatan-peralatan lain dalam Gambar 4.1 (yang tidak disebutkan di atas) tidak dirancang/ dipilih dalam tulisan ini karena pertimbangan beberapa hal (Tabel 4.1). 4.2. Metodologi Perancangan Gambar 4.2 menunjukkan diagram alir perancangan awal unit pengering. Sebelum perancangan peralatan dilakukan, maka beberapa aspek rancangan dipilih berdasar kajian literatur dan kebutuhan rancangan unit pengering CCP. Peralatan yang pertama dirancang adalah silo sementara yang merupakan peralatan pertama dalam unit pengering yang dilewati batubara yang keluar dari subsistem pengolahan awal. Perancangan silo sementara juga meliputi pemilihan beberapa komponen yang berada di antara silo sementara dan bed 1 yaitu rotary valve, flap gate, dan standpipe. Setelah geometri silo sementara didapatkan, maka perancangan bed pengering dapat dilakukan. Perancangan bed pengering meliputi perhitungan kondisi operasi dan geometri bed pengering (termasuk pipa internal
33
Embed
BAB IV PERANCANGAN UNIT PENGERING SKALA …digilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-arifhadiya-31997-5... · PERANCANGAN UNIT PENGERING PABRIK TEKNOLOGI PENINGKATAN KUALITAS
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
56
BAB IV
PERANCANGAN UNIT PENGERING
PABRIK TEKNOLOGI PENINGKATAN KUALITAS BATUBARA
SKALA KOMERSIAL KAPASITAS 150 TON/JAM
4.1. Peralatan yang Dirancang
Peralatan-peralatan utama yang ada dalam unit pengering pabrik
Teknologi Peningkatan Kualitas Batubara skala komersial kapasitas 150 ton/jam
(untuk selanjutnya disebut CCP) ditunjukkan dalam Gambar 4.1. Dalam gambar
tersebut terlihat beberapa komponen bed pengering (plenum, pipa internal heater,
dan distributor) serta pipa transfer padatan (standpipe) yang digunakan untuk
mengalirkan padatan ke dalam maupun ke luar bed.
Peralatan yang akan dirancang dalam tulisan ini adalah silo sementara
(TS), bed pengering (FB1 dan FB2), siklon (C1 dan C2), serta pipa transfer
padatan (standpipe). Peralatan blower (B1 dan B2), flap gate (FG1 dan FG2), dan
rotary valve (RF1) tidak dirancang tetapi dipilih dari peralatan yang dijual di
pasaran. Peralatan-peralatan lain dalam Gambar 4.1 (yang tidak disebutkan di
atas) tidak dirancang/ dipilih dalam tulisan ini karena pertimbangan beberapa hal
(Tabel 4.1).
4.2. Metodologi Perancangan
Gambar 4.2 menunjukkan diagram alir perancangan awal unit pengering.
Sebelum perancangan peralatan dilakukan, maka beberapa aspek rancangan
dipilih berdasar kajian literatur dan kebutuhan rancangan unit pengering CCP.
Peralatan yang pertama dirancang adalah silo sementara yang merupakan
peralatan pertama dalam unit pengering yang dilewati batubara yang keluar dari
subsistem pengolahan awal. Perancangan silo sementara juga meliputi pemilihan
beberapa komponen yang berada di antara silo sementara dan bed 1 yaitu rotary
valve, flap gate, dan standpipe. Setelah geometri silo sementara didapatkan, maka
perancangan bed pengering dapat dilakukan. Perancangan bed pengering meliputi
perhitungan kondisi operasi dan geometri bed pengering (termasuk pipa internal
57
heater) serta kondisi operasi preheater tiap bed pengering. Kondisi operasi bed
pengering sedapat mungkin disesuaikan dengan spesifikasi blower yang
berhubungan dengan bed tersebut. Kondisi operasi ketiga rangkaian unit
pengering (subsistem pengering CCP) yang telah didapatkan, bersama dengan
beberapa peralatan dalam subsistem pembangkit daya, kemudian disimulasi
menggunakan perangkat lunak Cycle Tempo untuk menunjukkan keterkaitan
rancangan antara kedua subsistem tersebut. Setelah simulasi dilakukan, maka
perancangan awal siklon dan distributor tiap bed CCP dapat dilakukan.
batubara basah dari siklon kedua pneumatic conveying
+kumpulan batubara halus
dari unit operasi lain
P1
C2
standpipe
plenum
three way valve (damper)
FB1
distributor
pipa internal heater
FG2
TS
ke A
batubara kering kehopper mesin briket
batubara basah dari cyclone pertama
pneumatic conveying
C1
B1
FB2
P2
B2
FG4
FG5
three way valve (damper)
SG1
RF2
A
P3
FG3
SG2
FG1
RF1
standpipe
Gambar 4.1. Peralatan utama unit pengering CCP.
58
Tabel 4.1. Peralatan dalam unit pengering yang tidak dirancang
Peralatan Simbol dalam Gambar 4.1
Pertimbangan peralatan tidak dirancang dalam perancangan awal
preheater P1, P2
perancangan geometri peralatan dilakukan dalam tahap detil desain CCP. Dalam perancangan ini, hal yang dilakukan
hanyalah penentuan kondisi operasi kedua preheater tersebut
preheater P3 flap gate FG5
rotary vane RF2 slide gate SG1, SG2
Perancangan peralatan memerlukan data hasil perancangan subsistem pengolahan
awal
Gambar 4.2. Diagram alir perancangan
start
Kajian literatur
Kebutuhan desain
Pemilihan desain
Perancangan silo sementara
selesai
Perancangan siklon dan distributor bed
Simulasi unit pengering dan beberapa peralatan dalam subsistem pembangkit daya
(simulasi perancangan)
Perancangan bed pengering
59
4.2.1 Kebutuhan Rancangan
Kebutuhan rancangan merupakan dasar pemilihan rancangan dan dasar
penyusunan perhitungan dalam perancangan peralatan. Kebutuhan rancangan unit
pengering antara lain :
1. Kapasitas pengolahan batubara total subsistem pengering CCP adalah 150
ton/jam dengan kandungan air batubara masuk proses pengeringan adalah
30% (terhadap massa kering) dan bertemperatur 30°C. Proses pengolahan
batubara tersebut dibagi menjadi 3 jalur proses paralel yang masing-
masing dilayani oleh satu unit pengering. Jadi, kapasitas pengolahan
batubara tiap unit pengering adalah 50 ton/jam.
2. Proses pengolahan batubara dalam unit pengering ditujukan untuk
pengeringan dan pemanasan batubara. Kondisi batubara saat keluar dari
unit pengering adalah berkadar air 5% (terhadap massa kering) dan
bertemperatur 210°C.
3. Uap yang diperlukan untuk proses pengeringan dan pemanasan batubara
diusahakan serendah mungkin. Kebutuhan uap tersebut dipenuhi oleh
boiler yang ada dalam subsistem pembangkit daya CCP. Sebagai catatan,
kebutuhan uap untuk proses pengeringan dan pemanasan batubara pada
rancangan awal CPP adalah 0,7 kg uap/kg kandungan air batubara yang
menguap.
4.2.2 Pemilihan Rancangan
1. Proses pengeringan dan pemanasan batubara dilakukan dalam 2 tingkat
proses menggunakan 2 bed pengering yang berbeda. Meskipun demikian,
geometri kedua bed pengering tersebut sedapat mungkin dibuat serupa dan
disusun satu sama lain seperti dalam Gambar 4.1.
2. Sketsa geometri bed pengering CCP ditunjukkan dalam Gambar 4.3.
Ruang fluidisasi berupa kubus yang terletak dalam satu tabung. 2 sisi
vertikal kubus yang saling berhadapan merupakan tempat pipa inlet dan
pipa outlet batubara, sedang sisi vertikal lain merupakan tempat
pemasangan pipa internal heater. Pipa internal heater yang digunakan
berupa pipa horizontal yang disusun secara staggered.
60
3. Diameter batubara saat mengalami proses pengeringan berkisar antara 0,6–
1,5 mm dengan diameter rata-rata 1 mm.
4. Kondisi uap dari boiler yang digunakan sebagai uap pengering ditentukan
berdasar spesifikasi turbin yang digunakan CCP (turbin uap tipe impuls–
kondensing dengan daya output 6 MW). Kondisi uap yang digunakan oleh
unit pengering sama dengan uap yang digunakan oleh turbin tersebut,
yaitu uap bertemperatur 435°C dengan tekanan 34,32 bar (lihat Lampiran
B.4).
5. Tekanan maksimum proses fluidisasi dibatasi oleh spesifikasi flap gate.
Flap gate yang digunakan dalam perancangan awal ini mampu menahan
beda tekanan hingga 30 psi [19].
6. Kecepatan gas fluidisasi merupakan salah satu parameter yang berperan
dalam menentukan daerah fluidisasi (Gambar 4.4). Kecepatan uap
pengering dalam bed pengering CCP diatur sedemikian rupa sehingga
proses fluidisasi batubara berada dalam daerah bubbling fluidized bed.
Gambar 4.3. Geometri bed pengering
61
Gambar 4.4. Berbagai daerah fluidisasi [9]
4.2.3 Perancangan Silo Sementara
Perancangan silo sementara ditujukan untuk mendapatkan geometri
peralatan tersebut. Penentuan tersebut dilakukan berdasar:
1. pemilihan peralatan transfer padatan antara silo sementara dan bed pengering
(rotary valve, flap gate, dan standpipe). Pemilihan ini akan mempengaruhi
jumlah silo serta panjang dan lebar tiap silo tersebut
Tabel 4.17. Kondisi operasi penukar panas setelah deaerator dalam subsistem
pembangkit daya
Skema No. Material/fluida P (bar) T(°C) m& (kg/s)
1 air 34,32 109 16,089 2 air 34,32 193 16,089 3 air 18 212 8,034 4 air 18 130 8,034 2 1
4
3
4.3.6 Blower
Blower yang digunakan tiap bed pengering dipilih berdasar kebutuhan
debit dan penurunan tekanan yang terjadi dalam siklus uap pengering (Tabel
4.18). Tabel 4.19 menunjukkan spesifikasi blower yang digunakan. Katalog
blower yang digunakan tersebut ada dalam lampiran B.5. Besarnya debit yang
harus ditangani blower menyebabkan blower yang digunakan disusun secara
paralel seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.18.
86
Tabel 4.18. Tekanan yang harus disuplai blower
Faktor penurunan tekanan Satuan Bed 1 Bed 2
bed Pa 5243 4771 distributor Pa 1573 1431
siklon Pa 54 76 komponen lain Pa 1000 1000
total Pa 7870 7278 Keterangan : *) Yang dimaksud komponen lain adalah preheater bed, three way valve/damper, dan jalur perpipaan uap pengering
Tabel 4.19. Spesifikasi blower yang digunakan CCP
Spesifikasi Satuan Bed 1 Bed 2
Jumlah buah 3 2
Manufakturer - Spencer Turbine
Company Spencer Turbine
Company
Jenis - Multistage
centrifugal blower Multistage
centrifugal blower Model - 50 series 50 series
Daya tiap blower* HP 150 150 Debit tiap blower CFM 13000 15000
Keterangan : *) karena hanya ada data daya blower maksimum untuk jenis blower tertentu dan tidak ada data kurva performansi blower maka kebutuhan daya tiap blower diasumsikan sama (besar daya tersebut hanya digunakan untuk perkiraan kebutuhan daya).
Gambar 4.18. Susunan blower bed 1 (kiri) dan blower bed 2 (kanan) dalam unit
pengering CCP
87
4.3.7 Siklon
Dimensi siklon tiap bed ada dalam Lampiran C.2 dan Lampiran C.3.
Prediksi efisiensi dari tiap siklon tersebut ditunjukkan dalam Gambar 4.19. Dari
gambar tersebut, dapat dilihat bahwa siklon bed 1 mampu menangkap partikel
batubara berukuran lebih dari 116 µm sedang siklon bed 2 mampu menangkap
batubara berukuran lebih dari 126 µm.
0
20
40
60
80
100
120
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
ukuran partikel (mikrometer)
efis
ien
si (
%)
siklon bed 1
siklon bed 2
Gambar 4.19. Prediksi efisiensi tiap siklon bed pengering.
4.3.7 Kebutuhan Unit Pengering
Rincian kebutuhan daya tiap unit pengering CCP ditunjukkan dalam Tabel
4.20. Kebutuhan daya tersebut disusun berdasar katalog peralatan yang akan
digunakan unit pengering CCP.
Tabel 4.20. Kebutuhan daya peralatan utama unit pengering
Peralatan Jumlah (buah) Daya Satuan (kW) Daya Total (kW)
Rotary valve 3 0.373 1,12 Blower bed 1 3 112 336 Blower bed 2 2 112 224
total 561,12
Dari hasil simulasi tiap unit pengering menggunakan program Cycle
Tempo, terlihat bahwa kebutuhan uap untuk proses pengeringan dan pemanasan
88
batubara dalam tiap unit pengering adalah 2,623 kg/s. Uap tersebut digunakan
untuk mengurangi kandungan air batubara sebesar 25% (terhadap massa kering),
atau dengan kata lain, kebutuhan uap unit pengering adalah 0,982 kg uap/kg
kandungan air batubara yang menguap.
Simulasi ketiga unit pengering dan subsistem pembangkit daya dalam
Lampiran D.3 menggunakan boiler dengan efisiensi 100%. Kebutuhan kalor
boiler tersebut adalah 52,1 MW. Bila diasumsikan bahan bakar boiler tersebut
adalah batubara biasa dengan nilai kalor 4500 kcal/kg (18841 kJ/kg) dan efisiensi
boiler adalah 80%, maka kebutuhan batubara CCP adalah