NPK GRANULAR 2 (TEORI DRYING DAN COOLING)

Drying dimaksudkan untuk memisahkan kelebihan moisture dalam produk yang keluar granulator sampai dibawah 1.5%, dengan menghembuskan udara panas melewati dryer. Udara panas diperoleh dari reaksi pembakaran dengan menggunakan bahan bakar (Gas Alam atau Solar) didalam furnace, dengan reaksi sebagai berikut :
CnHn+2 + O2 à CO2 + H2O
Udara diperoleh dari hembusan Combustion Fan ke dalam furnace dan juga dibantu dari hisapan Dryer fan yang berfungsi untuk mengalirkan udara panas. Untuk melindungi batu tahan api dihembuskan udara pendingin dari dilution fan.
Tipe dryer yang digunakan untuk mengeringkan NPK granular dipilih Rotary Dryer. Rotary Dryer berbentuk silinder/drum yang berputar. Panjang drum biasanya 4 – 10 kali diameternya dimana biasanya diameter bervariasi antara 0.3 – 3 m. Solid feed masuk ke dryer dan melewati drum ke arah discharge karena adanya perputaran drum, head efek dan slope drum.

Pada Dryer, terdapat 4 kondisi padatan dalam bed yaitu : Static, Moving, Fluidized dan Dilute. Untuk proses pengeringan yang ada pada NPK granular Kujang adalah Moving solid bed menggunakan dryer tipe rotary. Padatan akan turun karena gaya gravitasi dan naik dengan adanya gerakan mechanical lifters sehingga pengadukan dapat terjadi dalam dryer.

Direct Rotary dryer
Direct rotary dryer biasanya dilengkapi dengan flight pada bagian dalam drum, untuk lifting dan showering (Penaburan) padatan dengan aliran gas selama melintas drum. Flights biasanya diletakkan 0.6 - 2 m untuk memastikan agar pergerakan solid-gas kontinyu dan seragam. Bentuk flight tergantung pada karakteristik solid. Untuk material yang mudah mengalir digunakan radial flight 90o lip, sedangkan material yang lembab digunakan flat radial flight tanpa lip. Jika material berubah karakteristik selama proses drying, design flight bisa berubah-ubah sepanjang drum. Contoh dryer dengan desain flat radial flight tanpa lip pada first end, flight dengan 45o lip pada middle end dan flight dengan 90o lip pada back end. Spiral flight biasanya diletakkan pada bagian awal atau akhir drum untuk mempercepat aliran forward dari bawah ke feed chute atau conveyor dan untuk mencegah kebocoran pada retainer feed end dan gas seal. Jika digunakan aliran gas-solid cocurrent, flight mungkin harus dikurangi/dihilangkan pada bagian akhir untuk mengurangi entrainment dry produk. Showering material basah pada feed end dryer countercurrent biasanya akan efektif karena untuk scrubbing dry entrained solid dari aliran gas sebelum keluaran drum.
Ada beberapa dryer yang dilengkapi dengan sawtooth flight untuk showering agar seragam, tetapi ada juga yang menggunakan length chain yang diletakkan pada underside flight untuk mengikis dan knock (pemukul) dinding drum. Pada prinsipnya untuk menghilangkan material basah/lembab yang lengket dan menempel pada dinding. Material padat lembab yang menempel pada dinding dan flight sangat efisien jika dihilangkan dengan external shell knockers (pemukul sheel eksternal).

Pada dryer dengan cross section besar, internal elemen atau partisi-partisi biasanya digunakan untuk menaikkan efektivitas distribusi material dan mengurangi debu dan impct grinding. Tetapi penggunaan internal elemen juga mempersulit pembersihan dan perbaikan karena free area antara partisi untuk kemudahan akses kecil. Penyusunan flight pada dryer :
Perhitungan Kebutuhan Udara
Untuk menghitung kebutuhan udara, terlebih dahulu harus dihitung jumlah kalor yang digunakan untuk memanaskan dan menguapkan air pada material padat serta panas yang hilang.
Kalor yang digunakan untuk memanaskan material padat
Q1 = G . Cp . (T2 – T1)
Dimana :
G = Berat partikel padatan NPK, (Kg)
Cp = Kapasitas Panas NPK, (0.33 Kcal/Kg.oC)
T1 = Temperatur masuk Dryer, (oC)
T2 = Temperatur keluar Dryer, (oC)
Kalor untuk menguapkan kandungan air dalam material
Q2 = W( λ + Cp(t2 – T1))
Dimana :
W = Berat air yang diuapkan, (Kg)
Λ = Panas laten air, (595 Kcal/kg)
Cp = Kapasitas air, (0.46 Kcal/Kg.oC)
T1 = Temperatur masuk Dryer, (oC)
t2 = Temperatur tail gas keluar Dryer, (oC)
Heat Loss
Panas yang hilang selama pengeringan sebesar 15%. Sehingga kalor yang hilang adalah :
Q3 = (Q1 + Q2) . 15%
Kalor yang terbawa oleh tail gas
Q4 = L((Cpu + Cpa.X0).(t2 – t0))
Dimana :
L = Udara kering, (Kg/h)
Cpu = Kapasitas panas udara, (0.24 Kcal/Kg.oC)
Cpa = Kapasitas panas air, (0.46 Kcal/Kg.oC)
X0 = Kandungan air dalam udara, (0.0223 Kg air/kg udara)
t2 = Temperatur tail gas keluar Dryer, (oC)
t0 = Temperatur ambient, (oC)
Kalor Keluar Furnace
Q0 = L((Cpu + Cpa.X0).(t1 – t0))
Dimana :
L = Udara kering, (Kg/h)
Cpu = Kapasitas panas udara, (0.24 Kcal/Kg.oC)
Cpa = Kapasitas panas air, (0.46 Kcal/Kg.oC)
X0 = Kandungan air dalam udara, (0.0223 Kg air/kg udara)
t1 = Temperatur udara panas, (oC)
t0 = Temperatur ambient, (oC)
Kebutuhan udara
Dihitung menggunakan kesetimbangan panas sebagai berikut :
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
L((Cpu + Cpa.X0).(t1 – t0)) = Q1 + Q2 + Q3 + L((Cpu + Cpa.X0).(t2 – t0))
L((Cpu + Cpa.X0).(t1 – t2)) = Q1 + Q2 + Q3
L = (Q1 + Q2 + Q3)/ ((Cpu + Cpa.X0).(t1 – t2))
Flow udara panas (m3/h)
V1 = L.(0.773+1.244X0).(273+t1)/273
Flow tail gas
V2 = L.(0.773+1.244X2).(273+t2)/273
Dimana X2 dapat dihitung,
X2 = (W + L.X0)/L
Kebutuhan Natural Gas
Heat value Natural Gas = 9000 Kg/Kcal
Natural Gas Usage = 75%
Kebutuhan Natural gas = Q0/(Heat Value X 75%)

Diameter Dryer dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
D = ((V2/3600)/0.785/2.5)0.5
dimana D dalam meter

Pada pengeringan produk NPK yang menjadi kontrol operasi adalah sebagai berikut :

a. Mass of Product
Sebagi indikasi digunakan ampere meter (Untuk mengukur ampere motor dryer) dan weigher. Naik turunnya ampere dryer dan weigher yang dipasang pada keluaran dryer menjadi indikator tonase produk yang tertampung didalamnya dan memberikan informasi konstan atau tidaknya recycle
b. Moisture of Product
Bila cenderung naik artinya ada perubahan bentuk granul dan/atau humidity. Karena humidity cenderung menaikkan tonase produk inside dryer pembacaan paralel ampere dan weigher akan memberikan informasi beban produk yang direcycle.

Cooler digunakan untuk mendinginkan material solid yang ada dalam proses dengan cara didinginkan dengan menggunakan udara dingin. Penyebaran panas terjadi melalui mekanisme konduksi dan konveksi. Kedua meklanisme tersebut sangat tergantung pada beda temperatur padatan, udara, dan karakteristik fisik material pada proses pendinginan.
Untuk mengetahui total pertukaran panas padatan dan udara, maka digunakan rumus perhitungan sebagai berikut :

Konduksi : Q = -k.A.dTs/dx
Konveksi : Q = h.A.∫T

Dimana :
k = Konduktifity padatan, tergantung pada spesific heat dan ukuran
Ts = Temperatur padatan
∫T = Diferensial temperatur antara padatan dan udara
h = Koefisien perpindahan panas, tergantung spesific heat, dan viskositas udara
A = Luas permukaan Cooler

Untuk mempermudah perhitungan, pada praktiknya untuk koefisien digunakan data percobaan.