Pengayakan ( screening ( screening ) dan Size Reduction
A. Pengayak Pengayakan an ( Screening ( Screening ) ) A.1 Pengertian
Pengayakan merupakan pemisahan berbagai campuran partikel padatan yang mempunyai berbagai ukuran bahan dengan mengunakan ayakan. Proses pengayakan disebut juga sebagi alat pembersih, pemisah kontaminan yang ukurannya berbeda. Dengan demikian pengayakan juga dapat didefinisikan sebagai suatu metoda pemisahan berbagai campuran partikel padat sehingga didapat ukuran partikel yang seragam dan terpisah dari kontaminan yang memiliki ukuran berbeda dengan menggunakan alat pengayakan. Ukuran butiran tertentu yang masih bisa melintasi ayakan, dinyatakan sebagai butiran batas (Voigt, 199!. "eknik pemisahan dengan menggunakan pengayakan, merupakan teknik yang tertua, teknik ini dapat dilakukan dilakukan untuk campuran campuran heterogen khususnya campuran dalam fasa padat. #enurut #enurut ($ello%s, ($ello%s, 199&! 199&! pengayakan adalah suatu unit operasi dimana suatu campuran dari berbagai jenis ukuran partikel padat dipisahkan kedalam dua atau lebih bagian'bagian kecil dengan cara mele%atkannya di atas screen (ayakan!. etiap fraksi tersebut menjadi lebih seragam dalam ukurannya dibandingkan campuran aslinya. creen adalah suatu permukaan yang terdiri dari sejumlah lubang'lubang yang berukuran sama. Permukaan tersebut dapat berbentuk bidang datar (hori)ontal atau miring!, atau dapat juga berbentuk silinder. creen yang berbentuk datar yang mempunyai kapasitas kecil disebut juga ayakan*pengayak (sie+e!.creening atau pengayakan secara umum merupakan suatu pemisahan ukuran berdasarkan kelas'kelasnya pada alat sortasi. s ortasi. Prinsip percobaan dari proses pengayakan pada bahan pangan adalah berdasarkan ukuran partikel bahan yang mempunyai ukuran lebih kecil dari diameter mesh agar lolos dan bahan yang mempunyai ukuran lebih besar dari diameter mesh akan tertahan pada permukaan ka%at ayakan. Pengayakan merupakan metode pemisahan dan klasifikasi partikel semata'mata hanya berdasarkan ukuran. Untuk pengayakan menggunakan ayakan ukuran tunggal, dikenal dua macam produk yaitu (a!. Undersize atau Undersize atau fine fine,, yaitu pr oduk yang lolos lubang ayak ayakan an,, dan dan (b!. (b!. Oversize Oversize at atau tails, tails, yaitu yaitu prod produk uk yang yang tert tertah ahan an oleh oleh ayak ayakan an.. Untu Untuk k peng pengay ayak akan an menggunak menggunakan an dua jenis ayakan, ayakan, akan diperoleh diperoleh dua tiga macam ukuran produk, produk, yaitu (a!. Undersize Undersize (b!. On-size, On-size, dan (c!. Oversize. Oversize. -ambar diba%ah menjelaskan kedua hal diatas.
atu set ayakan biasanya tersusun atas ayakan'ayakan tunggal denga n berbagai ukuran lubang (lihat standar "yler mesh!.
MHD. Aidil Rahid 201525006, Teknik Kimia, ISTA
A.2 Metode dalam Proses Pengayakan :
1.
#etode ayakan dengan gerakan melempar
ara pengayakan dalam metode ini, sampel terlempar ke atas secara +ertikal dengan sedikit gerakan melingkar sehingga menyebabkan penyebaran pada sampel dan terjadi pemisahan secara menyeluruh, pada saat yang bersamaan sampel yang terlempar keatas akan berputar (rotasi! dan jatuh di atas permukaan ayakan, sampel dengan ukuran yang lebih kecil dari lubang ayakan akan mele%ati saringan dan yang ukuran lebih besar akan dilemparkan ke atas lagi dan begitu seterusnya. ie+e shaker modern digerakkan dengan electro magnetik yang bergerak dengan menggunakan sistem pegas yang mana getaran yang dihasilkan dialirkan ke ayakan dan dilengkapi dengan kontrol %aktu (/ulfikar, 0&1&!.
0.
#etode ayakan dengan gerakan hori)ontal ara Pengayakan dalam metode ini, sampel bergerak secara horisontal (mendatar! pada bidang permukaan sie+e (ayakan!, metode ini baik digunakan untuk sampel yang berbentuk jarum, datar, panjang atau berbentuk serat. #etode ini cocok untuk melakukan analisa ukuran partikel aggregat (/ulfikar, 0&1&!.
.
#etode pengayakan yang digunakan untuk pengukuran partikel diameter 2& nm'2&& nm.
#etode ini menggunakan satu seri ayakan standar yang telah dikalibrasi oleh 3ational 4ureau of tandards. #enurut metode UP untuk menguji kehalusan serbuk, suatu massa sampel diletakkan pada ayakan yang sesuai dalam suatu alat penggojog mekanis (shaker!. erbuk digojog selama beberapa %aktu tertentu dan bahan yang lolos dari satu ayakan, berikutnya dapat diayak pada ayakan yang lebih halus, kemudian dikumpulkan, dan ditimbang ( udjas%adi, 0&&0!. #etode pengayakan digunakan untuk mengetahui ukuran partikel berdasarkan nomor mesh. #etode ini merupakan metode langsung karena ukuran partikel dapat dilhat secara dua dan tiga dimensi. #etode ini menggunakan suatu seri ayakan standar yang dikalibrasi oleh "he 3ational 4ureau of tandard. 5yakan umumnya digunakan untuk memilih partikel'partikel yang lebih kasar, tetapi jika digunakan dengan sangat hati'hati, ayakan'ayakan tersebut bisa digunakan untuk mengayak bahan sampai sehalus mikrometer (ayakan no.02!. Partikel yang lolos dari ayakan adalah partikel yang lebih kecil dari ukuran bukaan, dan partikel yang tertinggal adalah partikel yang lebih besar. ebagai contoh, mesh 0&& menyatakan ada 0&& ka%at per inchi atau 1067m jarak antar pusat ka%at, ukuran mesh ini menggunakan ka%at yang berukuran 20 7m, sehingga ukuran bukaan adalah 62 7m. "eknik pengayakan biasa digunakan untuk menganalisis partikel yang lebih besar dari 8 7m (mallman dan 4ishop, 1992!. untuk teknik
MHD. Aidil Rahid 201525006, Teknik Kimia, ISTA
pengayakan diperlihatkan pada "abel. 5 . 5nalisis pengayakan tersusun dalam formasi bukaan besar menuju kecil dalam susunan dari atas ke ba%ah, seperti diperlihatkan pada -ambar 5. Tabel .A Ukuran tandar "eknik Pengayakan(mallman dan 4ishop, 1992!
!kuran Mes"
#ukaan μm
!kuran Mes"
#ukaan μm
1$
1&&&
12%
12&
2%
82&
1'%
1%
2&
61&
1&%
1%%
%
&&
1*%
+%
&
2&&
2%%
*&
'%
02
2%
'&
22
2*%
&
&%
&&
2&
'&
%
02&
'%%
$
*%
010
'&%
2
%$18&
&%%
2&
1%%
1&%
%%
2%
ambar A. 5nalisis pengayakan dalam susunan dari bukaan besar ke kecil dalam susunan +ertikal(diadopsi dari mallman dan 4ishop,
MHD. Aidil Rahid 201525006, Teknik Kimia, ISTA
A. ,enis ,enis Ayakan 1. -ri))ly merupakan jenis ayakan statis, dimana material yang akan diayak mengikuti aliran pada posisi kemiringan tertentu.
-ambar 0. 5yakan -ri))ly
0. Vibrating screen yaitu ayakan dinamis dengan permukaan hori)ontal dan miring digerakkan pada frekuensi 1&&& sampai 6&&& :). 5yakan jenis ini mempunyai kapasitas tinggi, dengan efisiensi pemisahan yang baik, yang digunakan untuk range yang luas dari ukuran partikel.
-ambar . Vibrating creen
. ;eciprocating screen yaitu ayakan dinamis dengan gerakan menggoyang, pukulan yang panjang (0&' 0&& :)!. Digunakan untuk pemindahan dengan pemisahan ukuran .
-ambar .
MHD. Aidil Rahid 201525006, Teknik Kimia, ISTA
pengayakan material basah atau kering. . .;e+ol+ing screen, ayakan dinamis dengan posisi miring, berotasi pada kecepatan rendah (1&'0& rpm!. Digunakan untuk pengayakan basah dari material'material yang relatif kasar, tetapi memiliki pemindahan yang besar dengan +ibrating screen
-ambar . ;e+ol+ing creen
6. haker creen
haker screen ini akan menghasilkan 0 output yaitu o+er si)e, dan under si)e. Untuk o+er si)e merupakan ukuran yang lebih besar dari lubang ayakan yang berada diatas lubang ayakan dan under si)e adalah ukuran lebih kecil dari lubang ayakan sehingga produk dapat lolos melalui lubang'lubang kecil ayakan yang berada diba%ah dari ayakan tersebut. 0
aringan yang digunakan memiliki nilai mesh yang menyatakan jumlah lubang per 1 mm . aringan yang digunakan pada alat shaker screen memiliki nilai mesh 2&, 6& dan 1&&. aringan bertingkat dengan nilai mesh sama akan memperbaiki kualitas dan keseragaman hasil, sedangkan saringan bertingkat dengan nilai mesh berbeda akan menghasilkan beberapa produk dengan keseragaman berbeda. Pada dasarnya prinsip kerja dari alat shaker screen adalah proses pengayakan dengan cara menggoyangkan atau mengayunkan. creen yang sering kita sebut pengayakan dan shaker yaitu goyangan. 4ahan yang diayak akan bergerak'gerak diatas ayakan, berdesakan melalui lubang kemudian terbagi menjadi fraksi'fraksi yang berbeda. :al ini dapat terjadi sebagai akibat dari perubahan posisi permukaan ayakan atau melalui pergeseran bahan yang diayak.
MHD. Aidil Rahid 201525006, Teknik Kimia, ISTA
-ambar . haker screen
A.' -aasitas Ayakan dan Pemili"an ,enis Ayakan
=apasitas beberapa jenis ayakan industri dapat dilihat pada tabel diba%ah ini (5sumsiayakan digunakan untuk padatan berat, misalnya bijih logam!.
Dalam memilih ayakan, ada b eberapa parameter yang perlu dipertimbangkan. Diagram diba%ah memberikan guidelin e dalam memilih ayakan yang cocok berdasar kan ukuran partikel yang akan diayak.
MHD. Aidil Rahid 201525006, Teknik Kimia, ISTA
A.& /eraca Massa ada Ayakan dan 0isiensi Ayakan
-ambar diba%ah menjelaskan neraca partikel pada sebuah ayakan tunggal.
$raksi massa bahan 4 (yaltu bahan dengan ukuran yang diinginkan* undersi)e product pada umpan, o+ersi)e dan undersi)e streams masing'masing adal ah (1' > $!, (1' > D! dan (1' > 4!. 3eraca massa padatan total F = D + B 3eraca massa bahan 5 Fx F = Dx D + Bx B =ombinasi dua persamaan diatas dan substitusikan dengan persamaan neraca bahan 4 memberikan
D Xf − XB = F XD − XB dengan cara yang sama dapat diperoleh
B XD − XF = F XD − XB
?fisiensi ayakan (atau sering disebut sebagai efekti+itas ayakan! merupak an ukuran kesuksesan ayakan dalam memisahkan bahan berukuran 5 dengan bahan berukuran 4. @ika ayakan bekerja sempurna, maka semua bahan 5 akan berada pad a o+ersi)e, sedangkan semua 4 ada dala m undersi)e (clear'cut separation!. ?fisiensi ayakan didefinisikan sebagai perbandingan bahan 5 yang ada pad a o+erflo% terhadap bahan 5 pada um pan. @umlah ini masing'masing adalah Dx D dan Fx F . ehingga,
?5A
DXd Fxf
dimana ?5 adalah efisiensi ayakan berdasarkan pada produk o+ersi)e. Dengan cara yang sama dapat didefinisikan efisiensi berbasis 4
?4A
B ( 1− XB ) F ( 1− XB )
?fisiensi keseluruhan (o+erall effecti+eness! dari ayakan didefinisikan sebagai kombinasi dari dua efisiensi diatas
? A ?5?4 A
DB xD ( 1− X B ) 2
F X F ( 1− X F )
ubstituls rasio (D*$! dan (4*$! dengan persamaan diatas, memberikan 2
X D − X F ¿ X F ( 1 − X F )
? A
¿ ( X F − X B )( X D − X F ) X D ( 1− X B ) ¿
A. aktor3aktor yang memengaru"i roses engayakan antara lain : 1.
Baktu atau lama pengayakan. Baktu atau lama pengayakan (%aktu optimum!, jika pengayakan terlalu lama akan menyebabkan hancurnya serbuk sehingga serbuk yang seharusnya tidak terayak akan menjadi terayak. @ika %aktunya terlalu lama maka tidak terayak sem purna.
0.
#assa sampel. @ika sampel terlalu banyak maka sampel sulit terayak. @ika sampel sedikit maka akan lebih mudah untuk turun dan terayak.
.
Cntensitas getaran. emakin tinggi intensitas getaran maka akan semakin banyak terjadi tumbukan antar partikel yang menyebabkan terkikisnya partikel. Dengan demikian partikel tidak terayak dengan ukuran tertentu.
.
Pengambilan sampel yang me%akili populasi. ampel yang baik me%akili semua unsur yang ada dalam populasi, populasi yang dimaksud adalah keanekaragaman ukuran partikel, mulai yang sangat halus sampai ke yang paling kasar.
-euntungan dari metode engayakan antara lain. 1.
ebih cepat dan praktis.
0.
Dapat diketahui ukuran partikel dari kecil sampai besar.
.
Dalam %aktu relatif singkat dapat diperoleh hasil yang diinginkan.
.
"idak bersifat subyektif.
2.
ebih mudah diamati.
.
"idak membutuhkan ketelitian mata pengamat.
-erugian dari metode engayakan antara lain. 1.
"idak dapat mengetahui bentuk partikel secara pasti seperti pada metode mikroskopi.
0.
Ukuran partikel tidak pasti karena ditentukan secara kelompok (berdasarkan keseragaman!. "idak dapat menentukan diameter partikel karena ukuran partikel diperoleh berdasarkan nomor mesh ayakan.
.
5danya agregasi karena adanya getaran sehingga mempengaruhi +alidasi data. "idak dapat melihat bentuk partikel dan dapat menyebabkan erosi pada bahan'bahan granul.
#. Size Reduction #.1 Pengertian Pengecilan ukuran (si)e reduction! artinya membagi bagi suatu bahan padat menjadi bagian'bagian yang lebih kecil dengan menggunakan gaya mekanis atau menekan. i)e reduction merupakan salah satu operasi dalam dunia industri dimana komoditi pertanian dikecilkan ukurannya untuk menghasilkan suatu produk yang memiliki nilai mutu dan nilai tambah yang tinggi.
- Ukuran umpan - i)e reduction ratio - Distribusi ukuran partikel dii arus produk - =apasitas - ifat bahan seperti hardness, abrasi+eness, stickiness, densitas, flammability. - =ondisi basah atau kering.
#.2 ,enis3,enis size reduction 1. rusher #esin crusher (pemecah! bertugas sebagai pemecah bongkahan besar menjadi kepingan kecil. rusher terbagi menjadi dua yaitu Primary crusher dan econdary crusher. Primary crusher digunakan untuk mengerjakan bahan mentah hasil tambang dan dapat menampung segala macam yang keluar dari mulut tambang dan memecahkannya menjadi kepingan E kepingan berukuran '1& inchi. edangkan secondary crusher bertugas memecah lagi kepingan E kepingan dari pemecah primer menjadi partikel yang berukuran menjadi sekecil F inchi. 0. -rinder #esin pemecah sekunder mesin giling (-rinder! bertugas memperkecil umpan yang berasal dari mesin pemecah hingga menjadi serbuk. :asil pemecahan intermediate grinder dapat lolos dai ayakan & mesh. =ebanyakan hasil penggiling halus (fine grinder! akan lolos ayakan 0&& mesh. . Ultrafine -rinder #esin giling ultra halus (ultrafine grinder! menampung partikel umpan yang lebih besar dari F inchi dan hasilnya biasanya berukuran tertentu yaitu 1' 2& 7m. . utting machine
#esin potong (cutting machine! menghasilkan partikel atau material yang mempunyai ukuran dan bentuk tertentu dengan panjang 0 hingga 1& 7m.
#. #eberaa istila" 4ariable oerasi size reduction : 1.#oisture content ( =andungan airan !. G Di ba%ah ' H ( Hberat! cairan dalam bahan, ; tidak mengalami kesulitan. G Di atas H bahan menjadi ticky (lengket!, cenderung menyumbat mesin*alat. G Di 5tas 2& H %et i)e reduction , biasanya untuk padatan halus. 0.;eduction ;atio rasio diameter rerata umpan dengan diameter rerata produk G #esin penghancur ukuran besar atau crusher mempunyai rasio s*d 6. G #esin penghancur ukuran halus atau grinder mempunyai rasio s*d 1&&. .$ree rushing , proses penghancuran dimana produk yang dihasilkan langsung segera dikeluarkan dalam %aktu singkat tinggal di dalam alat. Pengeluaran produk dapat dengan cara a. -aya -ra+itasi. b. Dihembuskan udara bertekanan. c. Dicuci dengan air d. Dilemnparkan dengan gaya sentrifugal. $ree crushing ini untuk memecah pembentukan kelebihan jumkah padatan yang ukurannya halus. .hoke feeding, kebalikan dari free crushing. 5lat penghancur dilengkapi hopper (pengumpan! dan terisi terus sehingga produk tidak dapat bebas keluar dari alat. ara ini untuk meningkatkan produk dengan ukuran halus. 2.losed circuit. 5lat pereduksi di lengkapi dengan unit pengayakan, produk yang tidak lolos ayakan didaur ulang. .
#.' -ebutu"an 0nergi Alat Size Reducton: ?nergi yang dibutuhkan crusher*grinder digunakan untuk a. mengatasi friksi mekanis. b. #enghancurkan bahan. ?nergi ini proporsional terhadap luas permukaan baru yang terbentuk. ;ittinger melakukan percobaan tentang hal ini, menggunakan I a drop %eight crusherJ seperti $ig. (4ro%n!. :asil percobaannya dinyatakan dalam
luas permukaan baru yang terbentuk rittingerKs number A
energi mekanis yang dibutuhkan
"abel 9 (4ro%n!, ;ittinger number
#ineral
;ittingerLs number 0
0
0
in *(ft. lb!
cm * (ft. lb!
cm *(=g. cm!
Muart) (i<0!
6.6
0
16.2
Pyrite ($e0!
8.6
1
00.26
phalerite (/n!
101.&
68&
2.0
alcite (a<!
1.
1&2
62.9
-alena (Pb!
0&1.2
1&&
9.8
ontoh Nuart) , setiap energi 1 kg'cm akan memberikan luas permukaan baru sebersar 16,2 cm 0. Iuas permukaan baru A selisih luas permukaan sebelum dihancurkan dan setelah dihancurkanJ ?nergi yang dibutuhkan crusher biasanya lebih besar daripada kebutuhan yang ditunjukkan pada bilangan rittinger, hal ini disebabkan energi alat harus mengatasi friksi dan efek enersia.
"otal energi alat tergantung dari jenis alat dan beban alat, seperti yang disajikan di tabel 1& (4ro%n!
Table 1%. 05erimental 4alues o ne6 surace roduces er unit energy o 7uartz. 0
"otal %eight of ball in ball
cm *(ft. lb!
mill, lb
61
2
10
80
168
9
09
68
Drop %eight method
0
ontoh "able 1& menyajikan 4all mill dengan berat bolaA lb, setiap 1 =g cm akan membentuk luas permukaan baru sebesar 0, cm0. edangkan dari percobaan drop %eight method, setiap 1 =g cm energi akan membentuk luas permukaan sebesar 16,2 cm0.
;asio perbedaan ini dinyatakan dalam luas permukaan baru energi total crusher crushing effecti+eness
luas permukaan baru energi teoritis ;ittingerKs nu.
;ittingerLs nu. #enunjukkan efekti+itas maksimum dari crusher. ontoh table 1& menunjukkan energi
uatu 4all mill (aktual!A 9 cm 0*(ft.b!. Drop %eight method (teoritis! A 0 cm 0*(ft.b!. @adi efekti+as crhusing A 9*0 A &,86. elain hukum ;ittinger, ada teori lain yang dapat digunakan untuk memprediksi energi yang dibutuhkan alat si)e reduction.
Pada dasarnya, hukum yang digunakan untuk merubah partikel sebesar d>
dE dX
A'
C n
X
(1!
> A diameter partikel, n, A konstanta tergantung tipe dan ukuran material, serta tipe mesin. ?A energi teorits untuk menghancurkan dan membentuk luas permukaan baru.
=ondisi batas ?A& , >A >1O diameter partikel pada umpan alat. ?A ? , > A >0 O diameter partikel pada arus produk alat.
#.& 0isiensi alat SR: Energi Aktual =( Energi Teoritis )/ Effektifitas Rittinger (1$&*) ? sebanding dengan luas permukaan baru yang terbentuk, maka persamaan (1! dengan n A 0 akan mengikuti hukum ;ittinger.
dE dX
A'
C n
X
4uktikan 1
?A
−
1
X 2 X 1 C ¿
!
? untuk mengecilkan dari 1&& mm menjadi 2& mm akan sama dengan ? untuk mengecilkan dari 2& mm menjadi , mm. @adi persamaan ;ittinger cocok untuk grinding fine po%der.
