Pik Cement

  • Published on
    25-Nov-2015

  • View
    19

  • Download
    7

DESCRIPTION

PROSES INDUSTRI KIMIA PROSES INDUSTRI KIMIA TKK -216 : 3 SKS SILABI Pengenalan industri kimia Proses-proses dalam industri Kimia (proses alkoholisis, aromatisasi, pembakaran,…

Transcript

PROSES INDUSTRI KIMIA PROSES INDUSTRI KIMIA TKK -216 : 3 SKS SILABI Pengenalan industri kimia Proses-proses dalam industri Kimia (proses alkoholisis, aromatisasi, pembakaran, halogenasi, dehidrogenasi/ hidrogenasi, esterifikasi, Fischer-Tropsch, nitrasi, kalsinasi, hidrolisis, oksidasi, polimerisasi, sulfonasi dan sulfatasi Industri Makanan Industri Farmasi Industri Kimia Dasar (Semen, pupuk, soda, asam sulfat,dll) Referensi Austin, R., Shreve’s Chemical Process Industries, Ali et al., Handbook of Industrial Chemistry – Organic Chemicals, 2005, Mc Graw Hill Book Kent, Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology, 2007, Springer INDUSTRI SEMEN Semen ‘Portland’  dipatenkan tahun 1824, disebut ‘Portland’ karena batuan yang digunakan dalam pembuatan semen berasal dari Pulau Portland, Inggris. Pabrik semen pertama 1871 di USA. Semen Portland Semen Portland : ‘produk yang diperoleh dari penghancuran klinker yang mengandung kalsium silikat dan umumnya terdiri dari lebih dari satu kalsium silikat.’ Bahan baku : material yang mengandung kalsium (batu kapur) dan material yang mengandung silika (clay/ tanah liat). Jenis Semen Portland Type 1 : Reguler Portland Cement Type II : Moderate heat of hardening and sulfate resisting Type III : High Early strength (HES) Portland Cement Type IV : Low Heat Portland Cement Type V : Sulfate Resisting Portland Cement Semen Portland Tipe I Digunakan untuk konstruksi umum yang tidak memerlukan persyaratan khusus terhadap panas hidrasi dan pada tanah/ air yang mengandung sulfat 0,0% - 0,10%. Dapat diklasifikasikan lagi menjadi : semen putih (mengandung ferri oksida lebih sedikit), quick-setting cement, oil-well cement. Semen Portland Tipe II Digunakan untuk konstruksi yang memerlukan ketahan terhadap sulfat tinggi (0,10%-0,20%) misalnya bangunan di pinggir laut, bangunan di tanah rawa, saluran irigasi, beton massa untuk dam-dam dan landasan jembatan. Panas hidrasi yang dikeluarkan dari semen jenis ini tidak boleh melebihi 295 J/g setelah 7 hari dan tidak boleh melebihi 335 J/g setelah 28 hari. Semen Portland Type III Dibuat dengan perbandingan rasio batu kapur-silika lebih besar dibandingkan dengan type I dan dengan tingkat kehalusan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tipe I. Mengandung trikalsium silikat (C3S) yang lebih tinggi. Digunakan untuk memenuhi kebutuhan bangunan yang memerlukan kekuatan tekan awal yang tinggi setelah proses pengecoran dilakukan dan memerlukan penyelesaian secepat mungkin. Misalnya digunakan untuk pembuatan jalan raya, bangunan tingkat tinggi dan bandar udara. 9 Semen Portland Tipe IV Mengandung persentase C3S dan trikalsium aluminate (C3A) yang rendah, sehingga menurunkan panas hidrasi. Panas hidrasi tidak boleh melebihi 250 J/g setelah 7 hari dan 295 J/g setelah 28 hari. Semen Portland Tipe V Semen yang tahan terhadap sulfat. Mengandung C3A lebih rendah. Dipakai untuk konstruksi bangunan-bangunan pada tanah/air yang mengandung sulfat tinggi dan sangat cocok digunakan untuk bangunan di lingkungan air laut BAHAN BAKU SEMEN PORTLAND Bahan yang banyak mengandung kalsium (Calcerous) : batu kapur, marmer, kulit kerang. Bahan yang banyak mengandung silika (argillaceous) : clay (tanah liat), pasir silika Besi : pasir besi Bahan lain : Fly ash, gypsum, bauksite BLOK DIAGRAM PEMBUATAN SEMEN Komposisi Raw Material Dry Raw Material Clinker made from the dry raw material SiO2 14.0 20.9 Al2O3 4.1 6.1 Fe2O3 1.6 2.3 CaO 43.2 64.5 Free lime - 1.0 C3S - 55 C2S - 18 C3A - 12.2 C4AF - 7 GRINDING dan BLENDING Proses grinding material dapat dilakukan dengan 2 proses yaitu : Wet Proses (Proses Basah) Dry Proses (Proses Kering) Grinding and Blending : WET PROCESS After crushing, powders are mixed with water (35-50% by mass) Panjang wet process kiln bisa mencapai 200m dan diameter 6m. Kiln harus panjang karena banyak air yang harus dievaporasi dan proses perpindahan panas sangat tidak efisien. ~ 1/8 “ Powder < 90 m 17 Prinsip WET PROCESS-KILN Grinding and Blending : DRY PROCESS Blended raw material masuk dalam kiln melalui pre-heater tower. Gas panas dari kiln digunakan untuk memanaskan umpan kiln sehingga umpan kiln sudah panas sebelum masuk kiln. Proses kering terdiri dari kiln dan preheater. Panjang kiln untuk dry proses 70 m dengan diameter 3-6 m. 19 CLINKERING : Dry vs Wet Process Dry proses lebih efisien dibandingkan dengan wet proses : Umpan kiln dalam kondisi kering sehingga tidak ada air yang perlu dievaporasi. Proses perpindahan panas lebih efisien Wet proces memerlukan 500 lb batubara untuk menghasilkan 1 ton semen (1400 kcal atau 5700 kJ energi/kg semen). Energy untuk dry process kurang dari setengeh energy wet process. Ukuran kiln lebih kecil Dalam kiln terjadi pembakaran raw material dan menghasilkan klinker dengan yang terdiri dari : Pada kiln terjadi evaporasi air dan reaksi kompleks yang lain sesuai dengan zone temperatur pada kiln. KILN dan KLINKER Skematik Diagram Temperatur Kiln Feed Temp,oC 50 600 1000 1350 1450 Reaksi-reaksi pada Kiln Temperatur, oC Reaksi Perubahan Panas 100 Evaporasi air bebas Endotermis > 500 Pembentukan air dari clay Endotermis > 900 Kristalisasi amorf dari produk dehidrasi clay Eksotermis > 900 Pembentukan karbon dioksida dari kalsium karbonat Endotermis 900-1200 Reaksi utama antar batu kapur dan clay Eksotermis 1250-1280 Awal pembentukan cairan Endotermis >1280 Pembentukan cairan lanjut dan penyelesaian komponen semen Kemungkinan endotermis dalam keseimbangan Zoning Reaksi Pembentukan Semen Zone 1: 0-35menit, 800-1100 oC Dekarbonasi. Pembentukan 3 CaO.Al2O3 di atas 900 oC. Pelelehan komponen Al2O3 dan Fe2O3. Zone 2: 35-40 menit, 1100-1300 oC Reaksi eksotermis dan pembentukan fase sekunder silika: Zoning Reaksi Pembentukan Semen Zone 3: 40-50 menit, 1300-1450-1300 oC Sintering dan reaksi pelelehan membentuk silika tersiser dan tetracalcium aluminoferrates: Zone 4: 50-60 menit, 1300-1000 oC Pendinginan dan kristalisasi. Komposisi Semen Portland C3S C2S C3A C4AF Type I 55 19 10 7 Type II 51 24 6 11 Type III 56 19 10 7 Type IV 28 49 4 12 Type V 38 43 4 9 PORTLAND CEMENT : klinker + ~ 5% gypsum (CaSO4.2H2O) (untuk mencegah’flash set’ semen  C3A.3CaSO4.31H2O (tricalcium aluminate tricalcium sulfate hydrate) PORTLAND POZZOLANT CEMENT : klinker + gypsum + fly ash C3S  early strength (7-8 hari) C2S dan C3S  final strength (1tahun) C3A  causes set but needs retardation by gypsum Setting dan Hardening Semen Dalam proses tersebut terjadi hidrasi dan hidrolisis. Kecepatan hidrasi masing-masing komponen semen : Tricalcium aluminate (C3A)> Tricalcium silicate (C3S)> Tetracalcium aluminoferrite (C4AF)> Dicalcium silicate (C2S) Tricalcium silicate is responsible for most of the early strength (first 7 days). Dicalcium silicate, which reacts more slowly, contributes only to the strength at later times. Hidrasi Tricalcium silicate (C3S) Tricalcium silicate + Water--->Calcium silicate hydrate+Calcium hydroxide + heat 2 Ca3SiO5 + 7 H2O ---> 3 CaO.2SiO2.4H2O + 3 Ca(OH)2 + 173.6kJ Pembentukan kalsium hidroksida dan kristal kalsium silikat hidrat membentuk ‘inti’ untuk pembentukan kalsium silika hidrat. Pertumbuhan kristal kalsium silikat hidrat yang tebal menyebabkan molekul air menjadi sukar untuk mencapai trikalsium silikat anhidrat . Kecepatan reaksi dikendalikan oleh kecepatan difusi molekul air melalui lapisan kalsium silikat hidrat. Ketebalan lapisan ini menyebabkan pembentukan kalsium silikat hidrat menjadi lebih kecil. Hidrasi belum terjadi (pori terisi air). Awal hidrasi Hidrasi lanjutan, ruang kosong terisi oleh air dan kalsium hidroksida. Semen yang hampir keras. Hidrasi Dicalcium silicate (C2S) Reaksi dikalsium silikat + air lebih lambat dibandingkan dengan reaksi trikalsium silikat + air dengan panas reaksi yang lebih kecil krn dikalsium silikat kurang reaktif. Dicalcium silicate + Water--->Calcium silicate hydrate + Calcium hydroxide +heat 2 Ca2SiO4 + 5 H2O---> 3 CaO.2SiO2.4H2O + Ca(OH)2 + 58.6 kJ Bahan Bakar Bahan bakar yang digunakan untuk pembuatan semen sekitar 6-8% dari konsumsi bahan bakar dunia. Biaya bahan bakar mencapai 40-60% dari manufacturing cost untuk pembuatan semen. Raw material : 10 % Bahan bakar yang digunakan : gas alam (2%),batubara (70%), minyak (7%), lainnya (20%).