Buku Ajar Bahan Bakar dan Tanur - omp.unsyiahpress.id
Transcript of Buku Ajar Bahan Bakar dan Tanur - omp.unsyiahpress.id
BUKU AJAR
BAHAN BAKAR DAN TANUR
Prof. Dr. Ir. Khairil, MT
SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS
2019
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang keras memperbanyak, memfotocopy sebagian atau seluruh isi
buku ini, serta memperjual belikannya tanpa mendapat izin tertulis dari
penerbit.
Diterbitkan oleh Syiah Kuala University Press Darussalam –
Banda Aceh, 23111 Judul Buku : BUKU AJAR BAHAN BAKAR DAN TANUR
Penulis : Khairil Penerbit : Syiah Kuala University Press
Telp : (0651) 801222
Email : [email protected]
Cetakan : 2019ISBN : 978-602-5679-52-0
Anggota IKAPI 018/DIA/2014Anggota APPTI 005.101.1.09.2019
Buku ini
Ditulis sebagai salah satu bentuk ibadah kepada Allah S.W.T
Dalam rangka meneruskan perjuangan Rasulullah S.A.W
Untuk mencerdaskan kehidupan bangsa.
Saya hadiahkan kepada isteri tercinta
Dewi Mutia
Dan Anak-anak yang ku sayangi
Rizki Novridawati, Rachmat Fajri, Rais Maulana,
Rafiq Al Muttaqin dan Rayyan Akhbar.
PENGANTAR PENERBIT
Buku Tanur dan bahan bakar yang ditulis oleh Prof. Dr. Ir. Khairil,
MT, merupakan sebuah buku yang unik dan menarik untuk dibaca terutama
bagi mahasiswa yang mengambil mata kuliah Bahan Bakar dan Tanur. Buku
ini disusun berdasarkan hasil dari penelitian oleh penulis sendiri dan hasil
dari peneliti sebelumnya yang dikemas dalam bahasa dan gambar - gambar
yang mudah dipahami dan dimengerti oleh pembaca.
Menurut Prof. Khairil, masih banyak mahasiswa merasa kesulitan
untuk memahami dan mengerti tentang teknik peleburan besi, baik dengan
cara peleburan menggunakan tanur tiup, reduksi langsung dan peleburan
langsung. Teknik peleburan yang diarahkan nantinya berbasis batubara
dipandang perlu dicermati terutama oleh mahasiswa yang sedang mendalami
mata kuliah Bahan bakar dan Tanur pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik UNSYIAH. Barangkali hal ini juga demikian terasa oleh para
mahasiswa di Universitas lainnya.
Penerbit
Buku ini kami nilai sangat praktis untuk dipelajari dan mudah
dipahami, karena dalam uraianya dilengkapi dengan contoh-contoh soal dan
soal-soal latihan. Sehingga para pembaca diharapkan dapat memahami dan
mengetahui pengetahuan dasar teknik peleburan besi sehingga dapat
mengaplikasinya pada kasus-kasus yang sederhana pada teknik peleburan
besi.
i
KATA SAMBUTAN
Penulisan buku ajar di Universitas Syiah Kuala telah dimulai sejak
awal perguruan tinggi didirikan. Dari data yang ada pada laporan program
bantuan buku ajar, sudah ada kecenderungan peningkatan penerbitan buku
ajar yang ditulis oleh para staf pengajar Universitas Syiah Kuala dalam
periode akhir-akhir ini.
Universitas Syiah Kuala terus mendukung dan mendorong para staf
pengajar untuk menulis buku ajar, sehingga dapat digunakan oleh para
mahasiswa sebagai referensi bacaan. Untuk mensukseskan program
penulisan buku ajar tersebut, maka Universitas Syiah Kuala telah
meluncurkan program bantuan baik berupa dana insentif penulisan buku ajar
maupun buku panduan lainnya.
Tidak dapat dipungkiri bahwa dalam penyusanan buku ajar ini telah
banyak tenaga dan pikiran yang dicurahkan oleh penulis untuk menghasilkan
sebuah buku ajar yang baik dan mudah dimengerti oleh para mahasiswa baik
yang ada di lingkungan Universitas Syiah Kuala maupun di Perguruan
Tinggi lainnya.
Kami mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Khairil, MT
yang telah banyak meluangkan waktu dan tenaga dalam menyusun buku ajar
Bahan Bakar dan Tanur. Semaga hasil karya ini dapat berguna untuk
mencerdaskan kehidupan bangsa yang tercinta.
Rektor Universitas Syiah Kuala
Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M. Eng.
ii
PENGHORMATAN DAN UCAPAN
TERIMA KASIH
Penghormatan penulis dan Terima kasih tanpa batas kepada yang
mulia ayahanda M. Daud Abdullah (Alm) dan Ibunda Ruhamah atas
ketulusan usaha dan perjuangan serta do’a tiada henti yang dipanjatkan untuk
tercapainya cita-cita penulis. Penulis juga menyampaikan terima kasih
khusus kepada dosen pembimbing program sarjana S1 (Teknik Mesin
Unsyiah) yaitu Ir. Machrouzar Manan dan Ir. Iskandar. Dosen Pembimbing
program magister Teknik Mesin ITB yaitu Prof. Dr. Ir. Ariyadi Suwono serta
dosen pembimbing program doktor di TUT Japan, yaitu Prof. Dr. Eng
Kazutomo Ohtake, Prof. Dr. Eng Ichiro Naruse, Prof. Iddi Mkilaha (Tanzania
University) yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan
studinya.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Samsul
Rizal, M. Eng sebagai Rektor Universitas Syiah Kuala dan seluruh sivitas
akademika yang turut terlibat dan membantu penulis dalam proses
penyusunan penulisan Buku Ajar ini. Penulis juga turut berdoa kepada
pembimbing yang sudah mendahului meninggalkan dunia ini, semoga amal
baik beliau-beliau dapat diterima di sisi Allah S.W.T dan bagi yang masih
hidup semoga Allah S.W.T selalu melindunginya. Amin ya rabbal alamin.
Akhirul kalam, puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah
S.W.T, atas nikmat hidayah, dan semua nikmat lainnya yang tidak ternilai
akibat penyusunan buku ajar yang penulis terima, ini hanya dapat terjadi
karena anugerah-Nya semata. Semoga penulis diberi kekuatan dalam
mengembankan amanah ini dan dimasukkan dalam hamba-Nya yang pandai
bersyukur.
PENULIS
iii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kita ucapkan kehadirat Allah S.W.T yang telah
memberikan berkah dan ilmu kepada kita semua, sehingga penulis telah
menyelesaikan penyusunan buku ajar untuk mahasiswa. Selawat dan Salam
kita panjatkan kepada Nabi Besar Muhammad S.A.W. dengan berkat
perjuangan beliaulah kita telah menikmati iman dan islam serta telah
merubah peradaban manusia dari alam kebodohan menjadi alam yang penuh
ilmu pengetahuan.
Mengingat kebutuhan yang sangat diperlukan oleh mahasiswa yang
sedang mendalami mata kuliah Bahan Bakar dan Tanur pada Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik UNSYIAH khususnya dan para pembaca di
Universitas lainnya maka penulis terdorong keinginan untuk menyusun buku
ajar yang berjudul “ Bahan Bakar dan Tanur ”.
Penulisan buku ajar ini disusun atas 10 bab, supaya mahasiswa mudah
memahaminya dan mengerti tentang langkah-langkah yang diperlukan untuk
teknik peleburan besi. Baik dari prilaku sebagai bahan baku berupa batubara,
kokas dan biji besi maupun sebagai proses dalam bentuk reaksi kimia dasar
peleburan besi. Harapannya mahasiswa dapat mengerti dan memahami
tentang konsep-konsep pembakaran sebagai penyedia energi thermal dan
penyedia gas CO untuk keperluan reduksi biji besi dan sekaligus bisa
membantu dalam menyelesaikan kasus-kasus sederhana dalam berbagai
aplikasi teknik peleburan besi berbasis bahan bakar batubara.
Adapun cakupan pembahasannya dalam buku ini sebagai berikut.
Pendahuluan tentang dasar peleburan besi akan di bahas pada Bab 1, Bab 2,
Bab 3 dan Bab 4 akan dibahas mengenai sifat-sifat dasar bahan baku untuk
proses peleburan besi meliputi batubara, biji besi dan pembakaran bahan
bakar. Bab 5 dan Bab 6 akan dibahas kokas dan prilaku interaksi abu dari
batubara terhadap permuakaan kokas. Bab 7 dan Bab 8 akan dibahan tentang
teknik peleburan besi dengan menggunakan tanur tiup, reduksi langsung dan
peleburan langsung. Pada Bab 9 akan dibahas tentang kenetika reduksi biji
besi. Sedangkan Bab 10 akan dibahas tentang emisi dari hasil pembakaran
serta teknik penurunan emisi pada tanur peleburan.
Dalam penyusunan buku ajar ini penulis sudah berusaha
mengumpulkan beberapa informasi penting dari hasil penelitian penulis
sendiri dan beberapa informasi tambahan dari sumber peneliti lainnya, tentu
dalam penyusunannya masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu
iv
dengan segala keterbukaan penulis dengan senang hati menerima masukan,
kritikan dan saran untuk perbaikan buku ajar ini. Akhirnya penulis juga tidak
lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu
dalam penyusunan buku ajar ini
Semoga Allah S.W.T dapat membalas segala jasa dan bantuan yang telah
diberikan dalam persiapan penulisan buku ajar ini.
Prof. Dr. Ir. Khairil, MT
v
Darussalam, Agustus 2019
Penulis
DAFTAR ISI
Hal
PENGANTAR PENERBIT ii
SAMBUTAN REKTOR iii
PENGHORMATAN DAN UCAPAN TERIMA KASIH iv
KATA PENGANTAR PENULIS v
DAFTAR ISI vi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1. Pengantar Tentang Besi 1
1.2. Sejarah Pembuatan Besi 3
1.3. Reaksi Kimia Ekstraksi biji Besi 4
1.4. Prinsip Dasar Peleburan Besi 8
Daftar Istilah 12
Soal-soal Latihan 13
Daftar Kepustakaan 14
BAB 2 Biji Besi (IRON ORE) 15
2.1. Klasifikasi Biji Besi 15
2.2. Sifat-sifat dasar biji besi 18
2.3. Potensi biji besi Indonesia 19
Soal-soal Latihan 24
Daftar Kepustakaan 25
BAB 3 BAHAN BAKAR 27
3.1. Bahan bakar batubara 27
3.1.1. Karakteristik Batubara 29
3.1.2. Analisa Proksimasi 30
3.1.3. Analisa Ultimasi 32
3.2. Bahan bakar gas alam 33
3.2.1. Gas kota 34
3.3. Bahan bakar cair 35
3.3.1. Sifat-sifat bahan bakar minyak 36
Soal-soal Latihan 41
Daftar Kepustakaan 42
vi
BAB 4 PEMBAKARAN BAHAN BAKAR 43
4.1. Keperluan udara pembakaran 44
4.2. Produk pembakaran bahan bakar 49
4.3. Kegunaan praktis dari komposisi gas asap 53
4.4. Pembakaran dibawah reaksi ideal 54
Soal-soal Latihan 59
Daftar istilah 60
Daftar Kepustakaan 61
BAB 5 KOKAS (COKE) 63
5.1. Sifat-sifat Kokas 65
5.1.1. Sifat fisik 65
5.1.2. Sifat kimia 66
5.2. Teknologi Pembuatan Kokas 66
5.2.1. Kokas sebagai bahan bakar 66
5.2.2. Briket kokas 71
5.3. Kualitas kokas 73
5.3.1. Kekuatan kokas 74
Soal-soal Latihan 77
Daftar Kepustakaan 78
BAB 6 PRILAKU ABU BATUBARA PADA PERMUKAAN 79
KOKAS
6.1 Prilaku Dasar Interaksi Abu Cair dengan Kokas 79
6.2. Temperatur abu diatas permukaan kokas 81
6.3. Perubahan massa kokas selama interaksi 86
6.4. Komposisi material akibat interaksi 87
Daftar Kepustakaan 88
BAB 7 TANUR TIUP 89
7.1. Teknologi peleburan dengan tanur tiup 90
7.1.1. Sejarah peleburan besi dengan tanur tiup 91
7.1.2. Mekanisme peleburan besi dengan tanur tiup 92
7.1.3. Reaksi kimia proses peleburan 93
7.2. Teknologi injeksi serbuk batubara pada tanur tiup 96
7.3. Pengembangan Teknologi Produksi besi cair
berbasis batubara 99
Daftar Kepustakaan 102
vii
BAB 8 REDUKSI LANGSUNG DAN PROSES
PELEBURAN 103
8.1. Sejarah teknologi reduksi langsung biji besi 104
8.2. Reaksi kimia reduksi langsung biji besi 105
8.3. Effektivitas reduksi langsung biji besi 106
8.4. Proses peleburan langsung 108
Daftar Kepustakaan 110
BAB 9 KINETIKA REDUKSI BIJI BESI 111
9.1. Fraksi penurunan massa selama reduksi 112
9.2. Konstanta laju reduksi biji besi 113
9.3. Aktivasi energi proses reduksi 119
Daftar Kepustakaan 121
BAB 10 EMISI DARI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR 123
10.1. Efek rumah kaca 125
10.2. Emisi karbon dioksida 125
10.3. Emisi karbon monoksida 128
10.4. Oksida nitrogen 128
10.4.1. Nitrogen di udara 129
10.4.2. Bahan bakar – ikatan nitrogen 131
10.5. Teknologi penurunan emisi NOX 132
10.5.1. Disain burner rendah NOx 133
10.5.2. Teknologi injeksi bahan bakar susulan 134
10.6. Oksida sulfur 137
10.7. Desulfurisasi gas asap 140
Daftar Kepustakaan 142
viii
PENDAHULUAN
1.1. Pengantar Tentang Besi
Besi adalah sebuah elemen logam, dimana logam ini termasuk dalam
kumpulan logam-logam group VII dalam tabel sistem periodik dengan simbul
Fe dan dalam bahasa latin disebut dengan Ferrum. Besi memiliki nomor atom
26 dengan berat atom sekitar 55.847 dan memiliki temperatur didih sekitar
1535 oC (2975 oF), atau bisa lebih rendah dari itu, tergantung dari pada
kemurnian metal tersebut. Besi secara kimia memiliki sifat yang dapat
menyatu dengan logam lain atau yang lebih dikenal sebagai logam paduan.
Variasi persentase campuran logam lainnya ke dalam besi dapat meningkatkan
sifat dan kualitas dari paduan tersebut. Besi turut berkontribusi dalam
komposisi sekitar 5 % dari isi bumi, material tersebut merupakan jumlah
terbanyak yang kedua setelah alumunium dan jumlah terbanyak keempat
setelah oksigen, silicon dan alumunium diantara logam lainnya (Wakelin D.H.
and Ricketts J. A., 1999).
Sebagai mana diketahui bahwa logam besi tidak bisa terjadi sendiri
atau berdiri sendiri (stabil) dalam bentuk logam murni di bumi. Biasanya
selalu ditemukan sebagai bentuk oksida besi atau dikenal dengan biji besi (iron
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar kimia dan fisika
material besi.
b. Mengetahui sejarah dasar-dasar teknologi pembuatan besi.
c. Dapat memahami prinsip dasar reaksi kimia ektraksi biji besi.
d. Dapat memahami teknologi dasar peleburan besi.
BAB
1
1
14
Daftar Kepustakaan
1. Dept. Agama RI, (2009), Mushaf Al Qur’an dan Terjemahan, CV.
Pusaka Al-Kausar, Jakarta Timur.
2. Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral, (2004), Sumber daya
dan Cadangan Nasional Mineral, Batubara dan Panas Bumi Tahun,
2003, ESDM, Jakarta, Indonesia.
3. Hanby V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating
Systems, Springer-Verlag, London.
4. Http://theglobejournal.com, “Berkah Bijih Besi Lhoong”, di akses 25
Juli 2015.
5. Khairil, (2001), Study on Coal Combustion Characteristics and Ash
Deposition Behaviours for Pulverized Coal Injection Technology in
Blast Furnace, Doctor of Engineering Disertasion, Toyohashi
university of Technology, Japan.
6. Uchida H., (1995), Short History of Japanese Technology, The History
of Technology Library, Mitaku, Tokyo.
7. Wakelin D.H. and Ricketts J. A., (1999), The AISE Steel Production,
Pittsburgh, PA.
15
BIJI BESI (IRON ORE)
2.1. Klasifikasi Biji Besi
Biji besi merupakan batuan yang mengandung mineral-mineral besi
dan sejumlah mineral tambahan lainya berupa paduan seperti silika, alumina,
magnesia, dan lain-lain. Biji besi yang terkandung dalam batuan tersebut dapat
diekstraksi dengan teknologi tertentu seperti yang telah dijelaskan pada bagian
Bab 1 terdahulu sehingga secara ekonomis dapat menjadi nilai tambah.
Berdasarkan data dari sistem periodik, maka unsur besi (Fe) terdapat pada
golongan VIII B yang mempunyai nomor atom 26.
Biji besi merupakan bahan baku utama dalam pembuatan besi dan baja.
Indonesia memiliki potensi sumber daya biji besi yang cukup besar yang
selama ini belum pernah dimanfaatkan secara optimal. Hal ini barangkali
disebabkan dikarenakan berbagai kendala baik dari segi teknologi
penambangan, lingkungan dan juga masih ada biji besi dengan rendahnya
kandungan unsur besinya. Berdasarkan peneliti sebelumnya (Jensen M. L. and
Bafeman A. M., 1981) biji besi dapat diklasifikasi beberapa jenis biji besi yang
berdasarkan kandungan mineral Fe, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.1 di
bawah ini.
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Dapat mengetahui perbedaan masing-masing jenis biji besi
b. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar biji besi
c. Mengetahui sebaran potensi biji besi di Indonesia.
BAB
2
25
Daftar Kepustakaan
1. Bambang Pardiarto, (2011), Peluang Bijih Besi Dalam Pemenuhan
Kebutuhan Komoditas Mineral Strategis Nasional, Makalah Ilmiah
Buletin Sumber Daya Geologi, volume 6, nomor 2, Bandung, 2011.
2. Direktorat Inventarisasi SDM, (2004), Sumber daya dan Cadangan
Nasional Mineral, Batubara dan Panas Bumi Tahun 2003, Direktorat
Inventarisasi Sumber Daya Mineral, Indonesia.
3. Euro inox, (2007), Stainless Steel: Tables of Technical Properties, Second
Edition, Mechanical properties of stainless steel.
4. https://www.google.com/search?q=magnetite+iron, diakses 06-Febuari-
2018).
5. https://www.scribd.com/doc/208506386/Mineral-Siderite, diakses 07-
Febuari-2018).
6. https://id.wikipedia.org/wiki/Bijih_besi), diakses 07-April-2018).
7. Iron & Ferro alloy Metals, 1981; Economic Mineral Deposits, in (ed) M.
L. Jensen & A. M. Bafeman, P. 392.
8. Serambi Indonesia, Bijih Besi di Aceh Bermineral Tinggi,
serambinews.com Banda Aceh, Kamis, 16 Januari 2014 19:26.
9. Sumber Daya Geologi, (2008), Sumber Daya dan Cadangan Besi Primer
di Kalimantan Selatan, Direktorat Sumber Daya Geologi, Indonesia.
27
BAHAN BAKAR
Bahan bakar sudah lama digunakan oleh manusia sebagai sumber energi
panas untuk kelangsungan hidupnya. Penggunaan bahan bakar umumnya
untuk keperluan mamasak, sebagai pemanas ruangan, pembangkit tenaga
listrik, proses peleburan besi dan lain sebagainya. Jenis bahan bakar yang
dapat digunakan sebagai sumber energi panas adalah bahan bakar padat, gas
dan cair. Sumber bahan bakar baik yang berasal dari fossil misalnya batubara,
gas dan minyak bumi maupun berasal dari bukan fossil seperti biomassa
(limbah hasil perkebunan dan pertanian).
3.1 Bahan Bakar Batubara
Batubara adalah bahan bakar organik yang tidak homogen, terbentuknya
batubara tersebut sebagian besar dari komposisi dan metamorphosis sisa–sisa
tumbuhan yang lama yaitu ribuan bahkan puluhan ribu tahun yang sudah
memadat. Karena adanya faktor alamiah seperti penuaan atau bencana alam,
tumbuh–tumbuhan itu kemudian terkumpul menjadi satu. Kumpulan ini
kemudian mengalami proses perubahan bentuk awal yang berupa pelapukan
dan terdegradasi oleh jamur dan bakteri, serta oksidasi. Proses ini kemudian
dilanjutkan dengan proses sekunder berupa proses penuaan, yang merupakan
akibat dari tekanan dan temperatur tinggi dan cenderung berubah–ubah, serta
temperatur yang tidak konstan (Smoot L.D., 1993).
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar bahan bakar padat,
gas dan cair.
b. Memahami dasar-dasar analisa kualitas bahan bakar.
c. Dapat menentukan nilai kalor dari bahan bakar.
BAB
3
42
Daftar Kepustakaan
1. Archie, W., C., 1991. Prinsip-prinsip Konversi Energi. Terjemahan oleh
Darwin Sitompul, Penerbit Erlangga, Jakarta.
2. Bermkowizt, N., 1979. An Introduction to Coal Technology, Academic
Press, New York, USA.
3. British Standards Institution (1983). BS 2869: Specification for fuel oils for
oil engines and burner for non-marine use. BSI, London.
4. Hanbay V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating Systems,
Springer-Verlag, London.
5. Hendrickson. T., A, 1975. Synthetic Fuels Data Handbook, Cameron
Engineers, Inc., Denver, Colorado.
6. Indonesia Energy Outlook and Statistics, 2006. Minister of Energy and
Mineral Resources, Jakarta.
7. Khairil, Daisuke KAMIHASHIRA, Katsuya NAKAYAMA and Ichiro
NARUSE, 2001. “Fundamental Reaction Characteristics of Pulverized
Coal at High Temperature”, ISIJ International, Vol. 41, No. 2, pp. 136-
141.
8. Khairil, 2002. “Teknologi Batubara Bersih dan Prospek Penggunaanya
Sebagai Pembangkit Tenaga Listrik di Nanggroe Aceh Darussalam”,
Seminar Energi dam Managemen 2002, FT. UNSYIAH, Banda Aceh.
9. Khairil, Aryadi Suwono and Ichiro Naruse, 2007. “Effect of Biomass
Addition on Combustion Characteristics of Bio-briquette”, Jurnal
Teknik Mesin, Volume 7, Nomor 2, Hal 107-114.
10. Khairil dan Irwansyah, 2010. “Kaji Eksperimental Teknologi pembuatan
kokas dari batubara sebagai sumber panas dan karbon pada tanur
Tinggi (blast furnace)”, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin
(SNTTM) ke-9, Palembang.
11. Smoot L.D., (Ed). 1993. Fundamentals of Coal Combustion for Clean and
Efficient Use, Elsevier, New York, USA.
12. Sujay Kumar Dutta and Rameshwar Sah, (2016), Direct Reduced Iron:
Production, In Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys. Taylor
and Francis: New York, Published online: 30 Mar 2016; 1082-1108.
43
PEMBAKARAN
BAHAN BAKAR
Ada dua aspek penting dalam pemakaian persamaan ideal pembakaran
yang telah diperkenalkan pada bab sebelumnya. Pertama, persamaan ideal
(stoikhiometrik) dimana bahan bakar digabungkan dengan oksigen yang
digunakan sebagai dasar untuk menentukan jumlah udara yang sebenarnya
untuk proses pembakaram bahan bakar. Kedua pengetahuan tentang
komposisi produk yang dihasilkan dari pembakaran. Dimana gas produk
tersebut dapat digunakan sebagai penyedia energy termal dan media penyedia
gas reduksi untuk peleburan biji besi.
Komposisi gas asap merupakan informasi yang penting jika suatu
sistem gas buang ingin dirancang secara benar. Pengukuran komposisi gas
asap selama pembakaran dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan
operasional yang benar dari suatu proses pembakaran pada saat pembangkit
tenaga bekerja. Monitoring komposisi gas asap dapat dilakukan secara terus
menerus dan juga dapat dikontrol selama alat pembakaran bekerja secara
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu menghitung jumlah udara yang diperlukan untuk
pembakaran yang ideal.
b. Mampu menghitung komposisi produk dari hasil pembakaran.
c. Mampu menghitung jumlah kelebihan udara untuk pembakaran
yang nyata/real.
d. Mampu menghitung komposisi produk pembakaran dengan basis
basah dan basis kering.
e. Memahami karakteristik pembakaran dibawah stoikhiometrik.
BAB
4
61
Daftar Perpustakaan
1. Hanby V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating Systems,
Springer-Verlag, London.
2. Khairil, Daisuke KAMIHASHIRA and Ichiro NARUSE, 2001. “Reaction
Behavior of Coke Lump in High-Temperature Pulverized Coal
Reaction”, 11th International Conference on Coal Science, San
Francisco, California.
3. Naruse, ICHIRO, Katsuya NAKAYAMA and KHAIRIL, 2000. “Ash
Deposition Characteristics in Pulverized Coal Reaction under High
Temperature Conditions”, Journal of Chemical Engineering of Japan,
Vol.33, No. 3, pp.359-364.
63
KOKAS (COKE)
Kokas merupakan hasil dari proses karbonisasi batubara pada
temperatur tertentu tanpa menggunakan udara. Proses pembuatan kokas dapat
dilakukan dengan cara pemanasan pada temperatur rendah dan pemanasan
pada temperatur tinggi. Proses karbonisasi pada temperatur rendah biasanya
sekitar 450 oC sampai 760 oC sedangkan proses karbonisasi pada termperatur
tinggi yaitu sekitar 900 oC sampai 1050 oC (AISE Steel Foundation, 1999).
Perbedaan temperatur karbonisasi biasanya dikaitkan dengan jenis
penggunaan kokas itu sendiri, seperti misalnya kokas untuk penggunan pada
proses metalurgi digunakan kokas hasil karbonisasi pada temperatur tinggi.
Selama proses karbonisasi dalam hal ini sebagai akibat dari kenaikan
temperatur maka material yang terkandung dalam batubara sebagian akan
terlepas keluar. Umumnya sekitar 20 – 30 % dari massa bongkahan batubara
akan terbuang keluar. Material - material yang keluar dari bongkahan batubara
selama proses karbonisasi merupakan uap air, zat-zat mudah terbang (volatile
matter) seperti campuran gas hidrokarbon (CH4, C2H4 dan turunan lainnya),
kandungan zat organik yang mengalami proses kondensasi (tar), cairan
amoniak (amoniacal liquor) serta hidrokarbon lain dalam bentuk gas akan
terbuang keluar. Gas-gas yang keluar gari hasil karbonisasi dapat didinginkan
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar kokas.
b. Memahami teknologi pembuatan kokas.
c. Dapat menentukan nilai kekuatan kokas.
d. Dapat mengetahui penggunaan kokas untuk industri logam.
BAB
5
78
Daftar Kepustakaan
1. AISE Steel Foundation, (1999), Ironmaking Volume, Pittsburgh, PA, USA.
2. Hardashan S.Valia, (2000), Coke Production for Blast Furnace Iron
Making, Ispat Inland Inc.
3. Heribert Bertling, (1999), Coal and Coke for Blast Furnace, ISIJ
International, Vol.39, No. 7, pp 617-624.
4. http://www.chem-is-try.org. Diakses tanggal 12 Februari 2015.
5. http://www.steel.org. Diakses tanggal 12 Februari 2015.
6. Khairil dan Irwansyah, (2010), “Kaji Eksperimental Teknologi Pembuatan
Kokas Dari Batubara Sebagai Sumber Panas Dan Karbon Pada Tanur
Tinggi (Blast Furnace)”, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin
(SNTTM) ke-9, Palembang, 13-15 Oktober 2010.
7. Khairil, Ibrahim dan Irwansyah, (2011), “Kajian Dasar Karakterisasi
Karbonisasi Batubara Muda Pada Temperatur Rendah”, Seminar Nasional
Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke - X, Jurusan Teknik Mesin UB,
Malang, Indonesia, 2 – 3 November 2011.
8. Khairil, Mahidin, Iskandar dan Ibrahim, (2014), “Kaji Eksperimental Effek
Prilaku Briket Kokas Dengan Menggunakan Material Perekat Berbasis
Dapat Diperbaharui”, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM)
ke-13, Kampus UI, 15-16 Oktober 2014.
9. Sunahara, K., Inada, T. and Iwanaga, Y., (1993), Ironmaking and
Steelmaking, 20, 3, p.207.
79
PRILAKU ABU BATUBARA PADA
PERMUKAAN KOKAS
6.1 Prilaku Dasar Interaksi Abu Cair dengan Kokas.
Salah satu cara untuk meningkatkan produksi besi cair (liquid iron)
dan sekaligus mengurangi biaya bahan bakar dengan cara mengurangi
pemakaian kokas, maka teknik injeksi serbuk batubara (Pulverized coal
injetion technology) telah digunakan pada tanur tiup (Shimizu, 1995).
Penggunaan teknologi ini memerlukan perhatian yang serius tentang
pemilihan jenis serbuk batubara yang akan diinjeksi kedalam tanur tiup,
karena temperatur udara tiup yang diperlukan lebih tinggi dari pada pemakaian
udara pada proses pembakaran biasa seperti pada pembakaran ketel
konvensional.
Persyaratan kualitas serbuk batubara yang diperlukan selain dari
kandungan zat-zat yang mudah menguap (volatile matter) dan juga komposisi
kimia dari kandungan mineral dalam serbuk batubara. Pertimbangan tersebut
diatas diperlukan karena pembakaran pada temperatur tinggi sebagian unsur
abu atau mineral dalam serbuk batubara akan meleleh dan sebagian menjadi
uap atau phasa gas yang terbang dalam ruang bakar. Abu yang meleleh atau
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu memahami prilaku dasar interaksi antara abu cair dengan kokas.
b. Mampu memahami komposisi tumpukan abu pada permukaan kokas.
c. Mampu memahami prilaku degradasi kokas akibat tumpukan abu cair.
BAB
6
88
Daftar Kepustakaan
1) M. Shimizu: Research Group of Pulverized Coal Combustion in Blast Furnace-
1, JSPS54, (1995).
2) M. Ichida, T. Orimoto, T. Tanaka and F. Ko izumi: ISIJ Intl., 41, (2001), p.325.
3) H. Haraguchi, T. Nishi, Y. Miura, Y. Ushikubo and T. Noda: Tetsu-to-Hagane,
70, (1984), p.2216.
4) Y. Ishikawa, M. Kase, Y. Abe, K. Ono, M. Sugata and T. Nishi: AIME Iron
making Proceedings, 42, (1983), p.357.
5) Y. Iwanaga: Ironmaking and Steelmaking, 16, (1989), p.101.
6) D. J. Haris and D. J. Young: Ironmaking and Steelmaking, 16, 6(1989), p.339.
7) K. Yamaguchi, T. Uno, T. Yamamoto, H. Ueno, Y. Konno and S. Matsuzaki:
Tetsu-to-Hagane, 82, (1996), p.641.
8) R. Noda, I. Naruse and K. Ohtake: J. Chem. Eng. Jpn., 29, 2 (1996), p.235.
9) Unsworth J. F., Barratt D. J., and Roberts P.T., Coal Science and technology 19,
Elsevier, New York, 1991, p.20.
89
TANUR TIUP
Sejarah mulanya metode yang digunakan oleh manusia untuk
mengektraksi besi dari biji besi (iron ore) tidak begitu jelas, namun dari
literature (AISE Steel Foundation, 1999) menyebutkan bahwa metode yang
digunakan oleh manusia berdasarkan pembelajaran dari kejadian secara tiba-
tiba. Kejadian ini mungkin terjadi ketika terjadi perubahan kandungan isi perut
bumi yang ditumpu oleh unsul logam besi mengalami perubahan akibat dari
kenaikan temperatur yang tinggi.
Berdasarkan informasi dari peneliti sebelumnya dikatakan bahwa
secara umum teknologi pengolahan besi mencakup tiga rute proses yaitu
sebagai berikut (Plaul., F. J., Dkk, 2009):
1. Tanur tiup (Blast furnace)
2. Reduksi langsung (Dirrect reduction)
3. Peleburan Langsung (Smelting Reduction)
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Dapat memahami teknologi peleburan besi dari biji besi
b. Mampu memahami pengertian dasar peleburan besi dengan
tanur tiup.
c. Memahami dasar-dasar reaksi kimia peleburan besi dengan tanur tiup.
d. Dapat mengetahui teknologi sistem injeksi serbuk batubara
pada tanur tiup.
BAB
7
102
Daftar Kepustakaan
1. AISE Steel Foundation, (1999), The Nature of Iron Making,
Pittsburgh, PA, USA.
2. F.J. Plaul, C. Böhm, J.L. Schenk, (2009), Fluidized-bed technology for
the production of iron products for steelmaking, The Journal of the
Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Volume 108.
3. Heribert Bertling (1999), Coal and Coke for Blast Furnaces, ISIJ
International, Vol. 39, No. 7, pp 617-624.
4. Khairil (2001), “Study on Coal Combustion Characteristics and Ash
Deposition Behaviours for Pulverized Coal Injection Technology in
Blast Furnace, Doctoral Thesis, Toyohashi University of Technology,
Japan.
5. Khairil, Irwansyah dan Udink Aulia, (2011), Pengaruh Temperatur
Karbonisasi dan Gasifikasi Terhadap Kualitas Kokas Pada Industri
Peleburan Besi, Jurnal Teknik Mesin, Vol.6, No.3, Hal, 215 -221.
6. Kuniyoshi Ishii, (2000), Advanced Pulverized Coal Injection
Technology and Blast Furnace Opeartion, First Edition, Pergamon,
Elsevier Science Ltd, UK.
7. Sunahara, K., Inada, T. and Iwanaga, Y., (1993), Ironmaking and
Steelmaking, 20, 3, p.207.
103
REDUKSI LANGSUNG DAN
PROSES PELEBURAN
Selama lebih kurang seratus tahun yang lalu telah banyak usaha yang
dilakukan untuk proses pengembangan produksi besi dengan menggunakan
tanur tiup untuk keperluan bahan baku pada pembuatan baja. Banyak usaha
atau penelitian yang telah dilakukan untuk memenuhi keinginan agar supaya
dapat memproduksi besi yang berkualitas, efisien dan dapat mengurangi
danpak emisi terhadap lingkungan. Salah satu usaha yang sedang
dikembangkan adalah melebur biji besi dengan menggunakan batu bara
sebagai basis baik sebagai penyedia energi thermal dan sekaligus sebagai
penyedia gas pereduksi. Sebuah teknik yang sedang dikembangkan adalah
teknik mereduksi biji besi (iron ore) di bawah titik didih (melting point).
Teknologi tersebut dapat dikatagorikan sebagai proses reduksi langsung
(direct reduction), dimana produk-produk yang dihasilkan disebut dengan besi
sponge (besi padat berpori) dari reduksi langsung (direct reduction iron) atau
yang disingkat dengan DRI (AISE, 1999).
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu memahami pengertian dasar teknologi reduksi langsung.
b. Memahami dasar-dasar reaksi kimia reduksi langsung biji besi.
c. Mampu menghitung efektivitas reduksi langsung biji besi.
d. Mampu memahami pengertian dasar proses peleburan.
BAB
8
110
Daftar Kepustakaan
1. AISE Steel Foundation, (1999), The Nature of Iron Making,
Pittsburgh, PA, USA.
2. Giancarlo T., (2010), Energy Technology Sistem Analysis Program,
IEA Network, Technology Brief I02 - May 2010.
111
KINETIKA REDUKSI
BIJI BESI
Bab ini menjelaskan tentang pelajaran mengenai reaksi heterogen yang
terjadi antara phasa gas atau cair yang bersinggungan atau berkontak dengan
phasa padat dan kedua phasa tersebut akan bereaksi sehingga berubah menjadi
produk berupa padatan. Adapun gambaran reaksi hiterogen adalah sebagai
berikut (Octave L., 1999).
A (cair) + B (padat) → Hasil (cair) (9.1)
→ Hasil (padat) (9.2)
→ Hasil (cair dan padat) (9.3)
Sebagai mana diketahui bahwa kasus-kasus untuk reaksi hetoregen
tersebut diatas banyak dijumpai pada beberapa industry misalnya proses
peleburan besi seperti yang akan dibahas secara jelas pada bagian bab ini.
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Mampu memahami pengertian dasar reaksi campuran
(heterogeneous).
b. Mampu menghitung fraksi penurunan massa selama reduksi
biji besi.
c. Mampu menghitung nilai konstanta laju reduksi biji besi.
d. Mampu menghitung aktivasi energi untuk reduksi biji besi.
BAB
9
121
Daftar Kepustakaan
1. A.M. Taheri, A. Saidi, A.A. Nourbakhsh, (2010), The effective
parameters on thermal recovery and reduction of iron oxides in EAF
slag, International Journal of ISSI, Vol.7 (2010), No.1, pp.25-29.
2. Kenneth K. Kuo, (2005), Principles of Combustion; Second Edition,
John Wiley & Son, Inc, New Jersey.
3. Khairil, Mahidin and Iskandar, (2015), Fundamental Study of the
Effect of Iron Reduction on the Binder Type in Iron Ore Briquette,
International Journal of Science and Technology, Special Issue Vol.1
Issue1, pp. 159-168.
4. Khairil, (2013), Buku Ajar Teknik Pembakaran Bahan Bakar Padat,
Syiah Kuala University Press, Banda Aceh, Indonesia.
5. Octave Levenspiel, (1999), Chemical Reaction Engineering; Third
Edition, John Wiley & Sons, Inc., United States of America.
6. Theresa Coetsee, (2007), Non-isothermal reaction of iron ore-coal
mixtures, Philosophiae Doctor, Faculty of Engineering, Built
Environment and Information Technology, University of Pretoria.
South Africa.
7. Qu Yingxia, (2013), Experimental Study of the Melting and Reduction
Behaviour of Ore Used in the HIsarna Process; PhD thesis, Master of
Engineering in Ferrous Metallurgy Northeastern University,
Shenyang, China, 2013
123
EMISI DARI PEMBAKARAN
BAHAN BAKAR
Secara umum gas buang yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar
fosil sebagai contoh (bahan bakar batubara) dapat menghasilkan sumber polusi
terhadap lingkungan. Polusi udara sebagai akibat emisi bahan bakar tersebut
dapat mengalami dua tahap proses, yaitu tahap pertama dan kedua. Sumber
polusi tahap pertama adalah termasuk semua unsur-unsur yang ada dalam gas
buang hasil pembakaran yang dapat berkontaminasi terhadap udara
lingkungan. Sebagian besar sumber polusi tersebut adalah karbon monoksida,
hidrokarbon, SOX, NOX, unsur-unsur metal, dan CO2. Polusi dari CO2 dan
N2O dapat meningkatkan temperatur lingkungan atau disebut dengan “green
house effect”. Polusi dari SOX dan NOX dapat menyebakan hujan asam
sedangkan polusi dari zat organik (Volatile Organic Compound) dapat
mengurangi jarak pandang. Sumber polusi tahap kedua adalah didefinisikan
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:
a. Dapat memahami komposisi gas asap dari hasil pembakaran
bahan bakar sebagai penyedia energi thermal pada proses
peleburan.
b. Dapat mengetahui efek dari emisi gas asap terhadap makhluk
hidup dan tumbuh-tumbuhan.
c. Dapat mengetahui mekanisme efek rumah kaca.
d. Dapat mengetahui makanisme penurunan emisi NOX dan SOX.
BAB
10
142
Daftar Kepustakaan
1. Banchero JT, Verhoff FH (1971). J. Inst Fuel 34: 76.
2. Hanby V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating Systems,
Springer-Verlag, London.
3. IISI publication, (2007), World Steel in Figures, http:/worldsteel.org.
4. Khairil, (2000), Fundamental Investigation on NOX Emissions Control by
Using Bark as Reburning Fuel, Proc.The 9th Scientific Meeting PPI 2000
of Japan, Sept 2, hal. 252.
5. Khairil, Mahidin, Asri Gani and Ibrahim, Fundamental Study on
Desulfurization Characteristics of Bio-briquette at Low Temperature
Using Calcium Based Adsorbent, The 7th International Conference of
Chemical Engineering on Science and Applications, September 18-19,
2013, Banda Aceh, Indonesia.
6. Kundak M., Lazi J., Crnko J., (2009), CO2 Emissions In The Steel Industry,
METABK, 48(3), 193-197.
7. Liss PS, Crane AS (1983). Man-made Carbon Dioxide and Climate Chang.
Elsevier, Amsterdam.