📚 Eksplorasi & Komparasi Topik Dokumen
Pencarian topik
Hasil Dokumen
Ditemukan: 2 dokumenSTUDI PENGARUH TEMPERATUR DAN WAKTU PROSES TERHADAP REDUKSI BIJIH NIKEL SAPROLIT DENGAN REDUKTOR GAS 50% HIDROGEN–50% ARGON DALAM REAKTOR FIXED BED
Pengolahan bijih nikel saprolit umumnya dilakukan melalui jalur pirometalurgi menggunakan teknologi rotary kiln-electric furnace (RKEF) yang membutuhkan energi tinggi serta masih bergantung pada batu bara sebagai bahan bakar dan reduktor. Salah satu upaya alternatif untuk menurunkan emisi CO2 adalah substitusi batu bara dengan reduktor berbasis gas hidrogen. Hidrogen dapat mereduksi oksida logam dengan produk reaksi utama berupa uap air. Namun, reduksi bijih nikel saprolit dipengaruhi oleh stabilitas fasa mineral silikat. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh temperatur dan waktu proses terhadap reduksi bijih nikel saprolit menggunakan gas hidrogen dalam reaktor fixed bed dengan laju alir gas mendekati kondisi fluidisasi. Penelitian diawali dengan preparasi dan karakterisasi awal sampel bijih nikel saprolit menggunakan X-ray diffraction (XRD) dan X-ray fluorescence (XRF). Sebanyak 25 gram sampel direduksi di dalam reaktor fixed bed berbahan kuarsa yang ditempatkan dalam vertical tube furnace (VTF) menggunakan gas 50% H2– 50% Ar dengan laju alir 5 L/menit. Variasi temperatur proses dilakukan pada 500, 600, 700, 800, dan 900 °C selama 2 jam, sedangkan variasi waktu proses dilakukan pada temperatur 700 °C selama 0, 5, 10, 15, dan 120 menit. Pengaruh temperatur dan waktu proses dievaluasi melalui kehilangan berat, perubahan fasa, komposisi kimia, dan karakteristik mikrostruktur produk hasil reduksi menggunakan XRD, XRF, ICP, dan SEM-EDS. Produk reduksi kemudian dilebur menggunakan VTF pada temperatur 1550 °C selama 2 jam dalam atmosfer 1% H2–99% Ar, diquenching, dan dianalisis menggunakan SEM-EDS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kehilangan berat meningkat seiring kenaikan temperatur dan waktu proses. Loss on ignition (LOI) hilang sepenuhnya pada temperatur 700 °C, sedangkan kadar Ni dan Fe meningkat akibat pelepasan air bebas dan air terikat melalui dehidrasi dan dehidroksilasi mineral, serta penghilangan oksigen dari oksida logam. Peningkatan rasio Fe2+ terhadap Fe total menunjukkan bahwa reduksi Fe3+ menjadi Fe2+ semakin intensif pada temperatur yang lebih tinggi. Hasil XRD menunjukkan mulai terbentuknya taenit (logam Fe– Ni) pada 700 °C, dengan intensitas puncak logam yang meningkat seiring kenaikan temperatur. Analisis SEM-EDS mengidentifikasi fayalit (Fe2SiO4), forsterit (Mg2SiO4), kuarsa (SiO2), dan enstatit (MgSiO3) pada hampir seluruh variasi temperatur. Setelah proses peleburan, fasa logam dari produk reduksi pada 500– 700 °C didominasi oleh Ni dengan kadar Fe sekitar 9–14 wt%. Pada 800 dan 900 °C, kadar Fe dalam logam meningkat menjadi 34,73 wt% dan 64,60 wt%.
SIMULASI DINAMIKA DAN PENGENDALIAN SISTEM REGENERASI PADA FIX BED REACTOR DENGAN KONTROL PREDIKTIF BERBASIS MODEL
Regenerasi katalis pada reaktor fixed bed diperlukan untuk menghilangkan kokas yang menutupi katalis sehingga menurunkan efisiensi reaksi hingga lebih dari 30%. Proses ini harus dikendalikan secara tepat agar suhu reaktor tetap berada dalam batas aman untuk mencegah kenaikan suhu tak terkendali akibat reaksi eksotermis sehingga menyebabkan degradasi pada katalis dan kerusakan pada struktur reaktor. Pengendalian manual atau Propotional Integral Derivative sering gagal karena keterbatasan dalam menangani sistem multivariable nonlinear. Langkah pertama dalam penelitian ini adalah membangun model matematis berbasis persamaan neraca massa dan energi untuk memprediksi dinamika suhu gas (????????), suhu padatan (????????), fraksi kokas (????????), dan konsentrasi oksigen (????????2) di setiap segmen reaktor. Model kemudian didiskretisasi secara waktu (?t = 0,05 s) dan ruang (N = 3 segmen), diikuti oleh proses identifikasi parameter dan validasi menggunakan data Thermogravimetric Analysis (TGA) dan Derivative Thermogravimetric (DTG), dengan hasil RMSE sebesar 5,16% untuk TGA dan 9.44% untuk DTG. Setelah diperoleh model yang akurat, pengendali Model Predictive Control (MPC) dirancang untuk mengoptimalkan performa proses melalui pengaturan variabel manipulasi seperti ????????????????????????, ????????2????????????????, dan ????????????????????. Hasil simulasi yang dijalankan dalam kondisi ideal menunjukan bahwa MPC mampu menjaga distribusi suhu agar tetap berada pada batasan aman pada berbagai nilai fraksi kokas meskpun memiliki waktu pembakaran yang lebih lama dari pegendalian manual. Secara kuantitatif, MPC mampu mempertahankan operasi dibawah suhu yang berpotensi yang menyebabkan degradasi katalis (<973°????) sekaligus berada pada rentang efektif suhu pembakaran kokas (800?920 °????) selama 57,13%. MPC juga berhasil menunda kenaikan suhu berlebih sehingga degradasi katalis terhindarkan, sementara proses pembersihan kokas tetap efektif, ditunjukan oleh waktu penyelesaian, hingga fraksi kokas dibawah 0,1% dalam total kisaran waktu 6-8 jam. Selain itu, konsumsi oksigen total diukur melalui integral aliran O? didapatkan sebesar 16,57 (satuan ternormalisasi) menunjukkan pemakaian oksigen yang efisien.