Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
PEREKAYASAAN MENARA PENYERAP GAS HFPADA PROSES KONVERSI UF6 MENJADI U02 MELALUI JALUR AMMONIUM URANIL KARBONA T (AUK) Abdul Jami dan Marliyadi Pancoko
PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang
Selatan, 15310
ABSTRAK PEREKAYASAAN MENARA PENYERAP GAS HF PADA PROSES KONVERSI UF6 MENJAOI SERBUK U02 MELALUI JALUR AMMONIUM URANIL KARBONA T (AUK). Telah dilakukan perekayasaan menara penyerap gas HF melalui tahapan desain penentuan kurva kesetimbangan, jumlah pelarut minimum yang diperlukan, jumlah stage yang diperlukan, dan dimensi kolom absorbsi. Proses absorbsi gas HF menggunakan pelarut air bebas mineral, dan diperoleh hasH perhitungan , sebagai berikut : Kebutuhan pelarut minimum 3887.2015 kg/jam dan untuk proses operasi menggunakan pelarut sebanyak 11661 kg/jam dengan jumlah stage 4; diameter kolom 1.1 m dan tinggi kolom menara total 11.2 m; tebal shell 3/16 inchi; material konstruksi SS-316L; raschig ring ceramik dipilih sebagai bahan packing. Kata kunci: scrubbing, absorbsi, pelarut, air bebas mineral, gas HF
ABSTRACT HF GAS ABSORBER DESIGN FOR THE CONVERTION PROCESS OF UF6 GAS TO U02 POWDER THROUGH AMMONIUM URANYL CARBONA TE (AUC) ROUTE. The design of HF gas absorber through the design steps of determination of equilibrium curve, the solvent nominal and number stages to be used and calculation of absorber dimension. Absorbtion process uses deminerazed water as solvent and the results of calculation as follows: the minimum solvent needed as much as 3887,2015 kg/hour and for normal operating use the solvent as much as 11661 kg/hour; number of stages are 4; coloum diameter is 1,1 m and total coloum heigh is 11,2 m; shell thickness is 3/16 inch; material construction is SS-316 L; and raschig ring of ceramic is selected to be used as packing material. Key words: scrubbing, absorption, solvent, demineralized water, HF gas
1. PENDAHULUAN Proses konversi UF6 menjadi U02 melalui jalur Amonium menghasilkan
Uranil Karbonat (AUK)
gas beracun yaitu Hydrogen Fluoride HF. Gas ini mempunyai sifat fisik
antara lain: tidak berwarna, larut dalam air, mendidih pada suhu 19.5 aC. dan mengembun tepat di bawah suhu kamar. HF lebih ringan dari udara dan berdifusi relatif cepat melalui zat berpori [1]. Hydrogen fluoride sering disebut asam fluoride, yaitu asam yang sangat korosif dan beracun. Kemampuannya
untuk melarutkan kaca telah dikenal sejak abad ke-17 bahkan
- 47 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - SA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
sebelumnya telah disiapkan asam fluorida dalam jumlah besar oleh Carl Wilhelm Scheele pad a tahun 1771 [2]. Karena reaktivitas tinggi ke arah kaca dan reaktivitas terhadap banyak logam, asam fluorida biasanya disimpan dalam wadah plastic [1]. Gas hydrogen fluoride (HF) juga dikenal sebagai gas beracun yang berbahaya dan dapat merusak paru-paru dan dapat membutakan mata secara permanen. Pada konsentrasi yang tinggi (asam pekat), juga dapat menyebabkan toksisitas sistemik dan serangan jantung yang dapat menyebabkan kematian. Dengan mengingat sifat fisisnya tersebut, maka asam fluorida ini perlu diambil dan dipisahkan dari campuran gas lain. Asam fluorida (HF) dalam tulisan ini, adalah merupakan salah satu produk samping dari reaksi konversi
UF6
menjadi U02 melalui jalur AUK (Amonium Uranil Karbonat). Proses
pembentukan gas HF dimulai dari pembentukan Ammonium
Fluoride
NH4F yang terjadi
dalam reaktor bubble dengan reaksi sebagai berikut [1]: UF6
+ 5H20
+ 10
NH3
+ 3C02
----,;>-
(NH4)4U02
(C03h + 6NH4F
Produk utama reaksi berupa slurry AUK dan larutan NH4F sebagai produk samping dan sisa rektan adalah
UF6,
H20 dan CO2. Slurry AUK dan larutan NH4F selanjutnya dilakukan proses
pemisahan dalam Settling Tank dan pencucian dalam Washing dalam Spray Dryer menggunakan udara
(N2, O2)
Proses pengeringan
Tank.
panas pada tekanan 1 atm, suhu 280°C.
Pada suhu ini NH4F akan terdekomposisi membentukan gas HF dan NH3 [1]:
Sebagian AUK terdekomposisi
menjadi U03 menurut reaksi berikut [1]:
Gas HF ini masih tercampur dengan gas-gas lain diantaranya NH3
dan sisa umpan
UF6.
Untuk memisahkan
HF dari campuran
gas N2,
O2,
H2, CO2,
ini dilakukan dengan
cara diabsorbsi dengan solvent air demin yang berfungsi sebagai penyerapnya (absorber). Proses absorbsi dilakukan dalam kolom scrubbing
dan akan berjalan dengan baik jika
dilakukan secara multi stage dengan arus berlawanan arah yaitu gas masuk pada stage 1 dan solvent masuk pada stage ke N [3]. Perancangan
menara penyerap gas HF merupakan
bagian dari kegiatan Desain
Pabrik Elemen Sakar Nuklir Type PWR 1000 MW di lingkungan PRPN - SATAN Serpong 2013.
- 48 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
2.
Perangkat Nuklir
DASAR TEORI Untuk menyerap
dengan menggunakan
gas HF yang tercampur penyerap
dalam campuran
gas dapat dilakukan
yang bertindak sebagai solvent untuk mengikat gas
terse but. Solvent yang digunakan adalah air demin, karena merupakan pelarut HF yang baik dan harganya murah. Menentukan jumlah solvent dan jumlah stage operasi yang digunakan dalam proses absorbsi dapat dilakukan dengan cara membuat grafik garis
kesetimbangan
operasi. Penurunan persamaan yang digunakan dalam mengestimasi
dan garis
kebutuhan solvent
pada proses absorbsi dapat ditentukan sebagai berikut. V+dV
L
IL+dL
L2 L1
~+~~~+~ X2 X1
V
Gambar 1. Skema proses absorbs; V
=
laju mol gas
L
=
laju mol cairan
x
=
fraksi mol cairan
y
=
fraksi mol gas
Neraca massa pad a keadaan steady stead diberikan oleh persamaan (1) V1·Y1 = +=-d L1.X1 L(1-x) L' L1 .X1 V LL(1-y) . x =-+ V' V1 Y1 ) dV d(L.x (3) (2) (5) (1) (4) d(V.y) =
Penurunan lebih lanjut persamaan
3 , 4 da 5 diatas didapat persamaan garis operasi
sebagai berikut:
- 49 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN-BATAN, 14 November 2013
V'-Y-+L'~ (1-y)
=
(1-x1)
y
Perangkat Nuklir
V'
Y1
(1-Y1)
+L'_x_
(1-x)
=
(1- y) Jika
X,] -1-x1)+
L' (x1-x V' Y
=
Y
d
(1-y)
x
=
Y an
X
=
(6)
y. (1-y1) 1
=
dan
(1- x)
Maka persamaan garis operasi menjadi Y
=
L'
- X 1 )+ Y 1
-(X V'
(7)
dengan:
X
p
=
konsentrasi cairan mole/mole solvent
(top)
konsentrasi cairan mole/mole cairan
(bottom)
Y
=
konsentrasi gas mole/mole dry gas
(top)
Y1
=
konsentrasi gas mole/mole dry gas
(bottom)
Persamaan garis kesetimbangan: == m x Yx *xy* _P_i_ X* (1 - x) dan (Henry's & Raoult's Law) [5]
(8)
Y*
(9)
Didapat persamaan baru garis kesetimbangan sebagai berikut: Y*
=
(1 + Y*)
~ p
X* (1+X*)
(10)
dengan: Pi
=
Tekanan uap komponen pada suhu operasi
p
=
Tekanan operasi
Y* =
Konsentrasi gas inert dalam kesetimbangan
X*
Konsentrasi cairan inert dalam
Laju
=
solvent
minimum
dalam
proses
kesetimbangan absorbsi
ditentukan
dengan
menggunakan
menggunakan metoda grafis McCabe Thiele [3, 4, 6] yaitu dengan cara menyinggungkan garis operasi solvent minimum dengan garis kesetimbangan
dan laju solvent
operasi
menggunakan kelipatan dari laju solvent minimum.
- 50 -
Presiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
Menentukan Jumlah Stage Operasi. Jumlah stage operasi dapat ditentukan
dengan menggunakan
metode grafis McCabe
Thiele[3],[4],[6] seperti tampak pad a gambar 2 maupun menggunakan metode faktor absorbsi A. r,:::Iric:: nn,:or:::lc::i 14
r,:::Iric::
'\../,
I<
,:oc::,:otimh:::lnn:::ln
V
5
3 Yo Yo
., 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Gambar 2. Stage Kesetimbangan Menentukan jumlah stage dengan metode faktor absorbsi
A menggunkan
persamaan
sebagai berikut Faktor absorbsi A
N
L
=
(11)
mV =
Ln ( Ya-Ya Yb - Y~ J
(12)
Ln(A)
.
L= = =fraksi konstanta Henry Lajumole Jumlah Alir stage Solvent kesetimbangan (kmole/jam) fraksi mole Gas gas (kmole/jam) top bottom operasi gas bottom top kesetimbangan kesetimbangan m V N Ya Yb Menetukan Dimensi Kalam
Diameter kolom ditentukan dengan menggunakan 603 Coulson & Richardson's
Vs
[7]
metode grafik
yaitu figure 11.44 page
yang menghubungkan persamaan:
13.I(V~)2Fp P,.( PL -
(~)O.I p,.)
(13)
- 51 -
= viscositascairan = cairan Lajufactor massa gas cairan massa jenis gas (kg/m3) (kg/m2.s) packing Laju massa gas (kg/s) (kg/m.s) (m·1) Prosiding Pertemuan
IImiah Perekayasaan
@
Perangkat Nuklir
L
Tinggi kolom scrubber ditentukan dengan persamaan.
H e =0.0111f;·(Sc)o.5 . ",.,
(
LJ)c_ .__ 0.305
1.11
(
Z )o.n ./(L"r -3.05/ / / ", I.l,r,{'5 - .. '
(14 )
(15) Hoc Z
Gm
= He + IIl-HL Lm
=
N
(16) (17)
X HOG[8]
Diketahui nilai = transfer == massa Diameter kolom Faktor koreksi viskositas HL konstanta Koreksi Henry Prosen Flooding Z Tinggi Jumlah kolom Stage bahan density isian (m)(kg/s) HG gas tegangan overall Bilangan Schmidt unit fase cair gas Laju solvent/area solvent (permukaan m) (m) (kg/s) (kg/m2s) N K3 8m HG jjm Ji 12 ~h
- 52 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Tinggi Liquid Hold Up
[8]
r
Perangkat Nuklir
ditentukan dengan persamaan
== Liquid rate,equivalent Diameter packing Water Hold Up spherical (Ib/hr.ff) (felft3 Volume kolom scrubber) (inc) H1W 0.0004 [ dL,
3.
(18)
CARA PEREKA Y ASAAN Untuk mendapatkan dimensi menera penyerap yang meliputi tinggi dan diameter kolom,
maka perekayasaan menara penyerap gas HF dapat dilakukan dengan urutan perhitungan sebagai berikut: 3.1
Membuat Kurva Kesetimbangan Komponen
gas masuk
scrubber
pad a suhu
100°C
tekanan
3 atm dengan.
komposisi sebagai berikut: Tabe/1. Data Komponen Gas Umpan 0.01686897 1.231 2883.001 23.4952 32 0.00116925 3.054 0.01360998 96.93299 0.00002673 0.0035 MR 352 44 2.2030 751.847 0.17990741 0.78841761 28 0.1527 20 30.216 1102.9643 .7774 17 Frkasi Mol Kg/Jam Kmo!/Jam Komponen
HF NH, CO, UF, N, 0,
0.00119 = =0.001187 130.5962 0.0011854 36.2767 Y1 molls mol 3766.282 HF/mol 130.5962 kmol/jam Fraksi HF Gas bebas HF = = =
(1 (1 --
1) 0.00119)
Y
V
=
130.44
kmol/jam
=
36.2333
mol gas bebas HF
HF terabsorpsi sebesar 99% Y2
=
0.001187 x (1 - 0.99)
=
0.00001187 mol HF/mol Gas bebas HF
- 53 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
=
X2
Perangkat Nuklir
0 mol HF dalam solvent awal
Pad a suhu operasi 40°C, tekanan uap HF dapat ditentukan dengan perhitungan simulasi software ChemCad sebesar
Pi =
1.97 atm.
Tekanan operasi proses scrubbing sebesar Persamaan garis kesetimbangan Dengan menggunakan
1.2 atm.
dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut:
persamaan 9 diatas yaitu membandingkan
tekanan uap standar
dengan tekanan operasi didapat nilai. =1.97 Pi =1.64 x1.2
--
P Y
PI =
=
Dengan persamaan 10 didapat persamaan garis kesetimbangan sebagai Y
=
1.64
(1 + Y)
berikut.
X
(1 + X)
Dengan berbagai variasi nilai X maka dapat dibuat table data kesetimbangan
seperti
tampak pad a table 2 sebagai berikut. Tabel 2. Data Kesetimbangan HF X
0.000164 0.000328 0.000492 0.000656 0.000820 0.000984 0.001149 0.001313 0.001477 0.001641 0.001805 0 Y
0.0001 0.0002 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.0009 0.0010 0.0011 00.0003
- 54 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
Garis Solvent Minimum
Garis Operasi
'-../
"'\f
\
-
Garis Kesetimbangan
~ '\.
/ ..I
/---"
'7
1
y
;A
= 000118~
I I
~ I-
1
"?;
v7
-
~ x
~
-:;
--
(3\1 I ,
--
I •
I
--
-
_ _
J
17 2 ;
II; (01 V
,I 2
I 3
1 4 X
Y2=O.00001~
5 10.4
IlL 6
1111
.5U
= 0.0007
Gambar 3. Kurva Kesetimbangan 3.2
Menentukan Jumlah Solvent Kebutuhan solvent pada proses scrubbing ditentukan secara dua tahap yaitu : pertama
menentukan jumlah solvent minimum dan kedua menentukan jumlah solvent operasi. Jumlah solvent minimum dapat ditentukan dengan metode McCabe Thiele sebagai berikut: dari ordinat Y 2 = 0.00001187 mol HF/ mol gas bebas HF pada kurva ditarik garis lurus sebagai garis solvent minimum sehingga menyinggung
garis kesetimbangan,
dari
ordinat Y = 0.001187 ditarik garis mendatar sehingga memotong garis solvent minimum dan dari titik potong ini ditarik garis vertical kebawah sehingga didapatkan koordinat titik X = 0.0007 . Dengan persamaan 7 didapat nilai. Lmin
=
V
y1 (X
=
1
Y 2 - X 2 -
)
(0.001187 -0.00001187) (0.0007 - 0)
- 55 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN-BATAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
= 59.9877 215.9556x 215.9556 1.6556 xx 36.2324 V 18 kmol/jam mol/s Lmin
=
=
3887.2015
kg/jam
Kebutuhan solvent minimum sebesar 3887.2015 Jumlah solvent untuk kebutuhan
kg/jam.
scrubbing agar proses absorbsi
berlangsung
dengan
baik maka digunakan solvent dengan jumlah 3 kali solvent minimum: = 647.867 311661 x 3887 Lmin L kg/jam kmol/jam =
3.3
Menentukan Jumlah Stage Jumlah stage pad a proses scrubbing dapat ditentukan dengan dua cara yaitu: Pertama
membuat persamaan garis operasi dengan jumlah solvent 647.867 kmol/jam untuk diplotkan pada kurva garis kesetimbangan seperti tampak gambar 3. Dengan menggunakan
kebutuhan jumlah solvent dan jumlah gas bebas HF maka nilai
~ dapat dihitung sebagai berikut. V
-
L V
= 6130.440 3 47.867kmol/jam 6.2333 =4.9668 mol gas bebas HF
Kemudian dengan menggunakan persamaan 7 didapat nilai. =
V
( - ) . (Y 1 - Y 2) + L
1
=
-
4.9668 =
X2
x (0.001187-0.00001187)
+0
0.00023
Dengan koordinat
Xop
= 0.00023 dan
kurva garis kesetimbangan
Y op = 0.001187 dibuat garis operasi baru pada
seperti tampak pada gambar 3 didapat jumlah stage operasi
berkisar antara 3 - 4 stage.
- 56 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
Kedua dengan metode faktor absorbsi yaitu menggunakan persamaan 11 dan 12 jumlah stage dapat ditentukan sebagai berikut: Factor Absorbsi L
=
A
= NY/ Ya Yb* Yb N
= _L_
A
mV
647.867 = = 6 1.64 3.0285 147.867 30.44 kmol/jam 1.64x130A 4
=
0.00001187-0 Ya - Ya 0stage .001187 .0004 .00001187 Jumlah =3.785 operasi Ln(3.0285) Ln(A) Ln(0.001187 -0.0004) Ln( Yb - Y~)
Digunakan 4 stage operasi
3.4
Menentukan Dimensi Kolom Scrubber Dimensi kolom scrubber meliputi diameter, tinggi total dan tebal kolom scrubber. a.
Menentukan Diameter Kolom
Diameter
kolom dapat ditentukan
menggunakan
dengan menghitung
luas penampang
persamaan 13 sebagai berikut:
= 31338.164 1 734.753 0.9489 1000 kg/m3 Diketahui kg/jam = =
V - 57 -
dengan
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN- SATAN, 14 November 2013
J.lx
=
0.001
Perangkat Nuklir
kg/m.s
Diperoleh nilai
L~ ~~ V
= 0.0978
Dari figure 11.44 page 603 Coulson & Richardson's pada kondisi flooding didapat nilai Kt =
3.5 Digunakan flooding 60% sehingga nilai =
~x3.5
=
1.26
H'
13.I(V*iF PI'(PL
.
l' -
-
PL (fJ-L)O.1
=
P,,)
1.26
Pressure drop (i'1P)sekitar 35 mmH20/m
tinggi kolom ( 0.0034 atm/m tinggi kolom)
Dengan data packing raschig ring keramik[4] . Fp Dp ap
310
=
= 1.5 in = == = 2530 0.808 128 1.096 m2 m 0.950 m m2/m3 m2 1.294 kg/m2.s V*w kg/m3
0.0381 m = Ac =
1.100
kolom geter kolom Didapat Pbulk nilaiDc =
b. Menentukan Tinggi Shell Tinggi shell dapat ditentukan dengan menghitung tinggi transfer unit overall
HOG
dengan metode Cornell's sebagai berikut: Diketahui data Difusitas HF masing-masing; DHF-Gas
=
1.45 10-5
DHF-Air
=
1.7
(Sc)v
=
=
m2/s
10-9 m2/s
1.0963
- 58 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
K3 L*w
lJfh ~h
= =
Perangkat Nuklir
L ~ -0.065 = kg/m2.s 80 0.85 588.235 3.410 (Sck Ac PLDL
Untuk solvent air pada suhu rendah nilai
f1/2
dan
f3
=1
HOGdiperkirakan 1.6 m , sehingga tinggi kolom Z diasumsikan 6.5
m
Dengan menggunakan persamaan 14 didapat nilai HG , D =
,l.!
. t! (SC)~U . , 0 .~ -:;0-.) 0.011111' (--(-)
1.43
=
! , Z \
0.33
-:;0':;""".,.. -'. ( --)
I'.I IL II· x
.',
-' f I.f'-.(,)0.5
m
Dengan menggunakan persamaan 15 didapat nilai
HL
= =
Dengan menggunakan persamaan 16 didapat nilai HOGsebagai berikut: Gm m-Ih Lm
He .•..
HOG
=
HOG
=
1.43
=
1.63
f
.1
+
dan
0.331
0.331 x 0.60 m
Tinggi kolom ditentukan dengan persamaan 17 sebagai berikut: Z
=
N
X
HOG
6.52 x= 20 1.63 % m 4 7.824 m
=
aktor FD = lom Design Z
c.
Tinggi Liquid Hold Up
Liquid hold up adalah cairan yang tertahan dalam ruang hampa disela-sela tumpukan packing
selama
proses
absorpsi.
Tinggi
liquid
hold
up (LHU)
ditentukan
dengan
persamaan 18.
- 59-
HTW HTW Ac LLHU VLHU dp kolom V
0.40 2514.47 0.95 1.4 10 = inc 0.36 0.036 m m3 m2 Ib/hr.feVolume kolom scrubber felft3 Prosiding Pertemuan dLp IImiah Perekayasaan 0.0004
@
Perangkat Nuklir
L
[f
d.
Tinggi Head
Untuk menentukan
tinggi head perlu menentukan tekanan design guna pemilihan type
dan tebal head yang akan digunakan. Tekanan Hidrostatis
PH
Po
Tekanan Uap Solvent
P
T ekanan Operasi
Tekanan Sistem P Sistem=
Tekanan Design P Design
=
P .g .h
=
1000 x 9.8 x 10
=
98000
=
14.406 psia
=
0.2
atm
=
2.94
psia
=
1.2
atm
=
17.64
pSla
pa
PH + Po + P =
34.99
psia
=
1.2 P Sistem
=
41.98
psia
=
27.28
psig
Karena tekanan design dibawah 200 psi, maka type head yang direkomendasikan
oleh
Loyd E. Brownell adalah type Flange And Dished ID
aD
=
1.1
m
=
43.31
in
=
43.81
in
=
1.1127
m
r
=
43.31
in
Icr
=
0.75
in
A
,, ,,
10
,,, ,,, r ,,, , C
Gambar 4. Flange And Dished
- 60 -
f.E - 0.1P = == c al Head =
Pro siding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN-BATAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
0.885 0.885 POx 27.28x43.31 =Icr 20.90 r-AC 2 30000 37.07 6.24 0.8 0.125 0.169 = r~BC2 -(bahan 'Y2 10 P -r _psi InIcr AB2 in AB 42.56 tHts stainless Ni - Cr) +C +C +steel 0.125 30000xO.8-0.1 f.E - 0.6 P x27.28
Oigunakan tebal head standar 3/16 in =
0.1875
Tinggi Head
= =
in =
b + sf +
=
8.43
In
=
0.214
m
27.28x43.31 30000xO.8 - 0.16x27.28 0.174
+0.125
In
Oigunakan tebal shell standard 3/16 in =
0.1875
in
Tinngi ruang kosong diatas dan dibawah packing 10% dari tinggi Shell = 0.77 Tinggi internal kolom diasumsikan
=
Sehingga tinggi kolom menara total =
1
m
11
m
m
- 61 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
e.
Perangkat Nuklir
Menentukan Distributor
Distributor pad a kolom scrubber ada dua yaitu : Distributor,
berfungsi
untuk
mengalirkan
cairan
secara
merata
keseluruh
penampang kolom scrubber. Redistributor,
berfungsi
mengumpulkan
cairan
yang
menuju
dinding
kolom
scrubber dan mengalirkannya secara merata keseluruh packing. Distributor
yang digunakan
baik distributor
maupun redistributor
untuk diameter
kolom 1.100 m (43 in) diperoleh data sebagai berikut: Jenis
=
Trough Distributor
Bahan
=
Stainless Steel
Jumlah trough
=
3
Berat
=
65
Ib
Dengan tinggi kolom packing 7.824 m atau sekitar 26 feed, digunakan redistributor setiap ketinggian 2.6 m atau sekitar 8 feed.
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil perhitungan teknis kolom menara absorbsi dan mekanikal design diatas
yaitu dari perhitungan 3.1 sampai dengan perhitungan 3.4 didapat hasil sebagai berikut : a.
Kebutuhan Solvent Jumlah solvent air demin yang diperlukan pada proses absorpsi 3.054 kg/jam gas HF sebesar tiga kali kebutuhan solvent minimum. Jumlah solvent minimum
Lmin
= 3887.2015
kg/jam
Jumlah solvent operasi
L
= 11661
kg/jam.
Mengingat gas yang diserap tidak hanya gas HF melainkan ada gas lain yaitu 30.216 kg/jam gas
NH3
dan 1.231 kg/jam gas
UF6,
sehingga diperlukan jumlah solvent air
demin untuk proses scrubbing tiga kali kebutuhan solvent minimum. Agar proses scrubbing berjalan dengan baik maka digunakan aliran berlawanan arah, b.
Jumlah Stage Metode McCabe Thiele Hasil perhitungan jumlah stage dengan metode tersebut didapat jumlah stage operasi berkisar
antara 3 - 4. Metode ini menggunakan grafik garis kesetimbangan, maka
tingkat ketelitian pembacaan grafik merupakan faktor utama penentuan jumlah stage.
- 62 -
Pro siding Pertemuan I/miah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
Metode Faktor Absorbsi Hasil perhitungan jumlah stage didapat Hasil perhitungan
jumlah
N = 3.785
stage operasi
baik dengan
metode
McCabe
Thiele
maupun dengan metode Faktor Absorbsi memberikan hasil yang tidak jauh berbeda yaitu berada pada range 3 < N < 4 Agar proses scrubbing
berjalan dengan baik, maka jumlah
stage operasi yang
digunakan adalah 4 stage. Mingingat gas umpan selain HF terdapat menimbulkan
juga
NH3.
UF6
.
yang dalam air akan
panas dari efek pelarutan dan reaksi pembentukan
NH40H,
maka
ada sebagian air yang teruapkan, sehingga jumlah solvent akan berkurang pada setiap stage. Oleh karena itu perlu make up solvent proses scrubbing c.
agar kebutuhan solvent untuk
terpenuhi.
Dimensi Kolom Scrubber Dimensi
kolom
meliputi
diameter,
tinggi
dan tebal
kolom,
dengan
data hasil
perhitungan sebagai berikut: Diameter Kolom
=
1.1
m
Tebal Shell
=
3/16
in
Tebal Head
=
3/16
in
Tinggi Kolom Packing (Shell)
=
7.824
m
Tinggi Liquid Hold Up
=
0.4
m
Tinggi Top Dan Bottom Head
=
0.43
m
Tinggi Ruang Kosong Diatas Packing
=
0.77
m
Tinggi Ruang Kosong Dibawah Packing
=
0.77
m
Tinggi Internal Kolom
=
1
m
Untuk proses scrubbing gas
UF6
tinggi kolom menara total sebesar
5.
secara teoritis akan berjalan dengan baik dengan 11.2 m
KESIMPULAN Dari hasil pembahasan
dan perhitungan
dapat disimpulkan
bahwa untuk proses
scrubbing gas HF dengan solvent air demin didapat data sebagai berikut. Jumlah solvent minimum Lmin
=
3887.2015
kg/jam
- 63 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN-BATAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
Jumlah solvent operasi = L 11661 kg/jam Jumlah stage operasi =
N
4
11.2 1.1Kolom Stain Less Steel SS-316 ==L 3/16 Flange And ~ished Diameter Raschig Ring Ceramic m in In
ng Bottom)
liquid
Distributor
._ Random
--~-Packing
liquid Redistributor
Gas Inlet
•
.'"
liquid
Gambar 5. Raschig Ring Keramik
Vapor Distributor
Outlet
Gambar 6. Kolom Scrubber
- 64 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN- BATAN, 14 November 2013
6.
DAFT AR PUST AKA
1.
WIKIPEDIA,http//
Perangkat Nuklir
en.wikipedia.org!
wiki! ammonium_fluoride!
hydrogen_fluoride.
Di
unduh tanggal18 Mei 2013. 2.
GREENWOOD,
NORMAN N., EARNSHAW, A. Chemistry of the Elements. Oxford:
Pergamon. p. 921. ISBN 0-08-022057-6., (1984) 3.
WARRANT L. MCCABE, JULIAN C.SMITH , PETER HARRIOTT ," Unit Operations Of Chemical Engineering ", McGraw Hill Inc., Fifth Edition, 1993
4.
ROBERT
E. TREYBAL,"
Mass-Transfer
Operation",
Third
Edition,
McGraw-Hili
International Book Company, 1984 5.
ALAN S.FOUST,"Principles Of Unit Operations",2ed., John Wiley & Sons, Inc. New York, 1980
6.
STANLEY
M. WALAS,
"Chemical Process Equipment", Butterwort - Heinimann, a
Devision of Reed Publishing (USA) Inc., 1990 7.
Coulson & Richardson's,"Chemical
Engineering Design",Volume
6 , Fourth Edition
Linacre House, Jordan Hill, Oxford, 2005 8.
Ludwig, Ernest E.," Applied Process Design For Chemical And Petrochemical Plants! Volume 2 ", Second Edition, Gulf Publishing Company,Houston 1979
TANYA JAWAB Pertanyaan: 1.
Hasil perencanaan Menara cukup langsing, apakah sudah diperhitungkan bahannya, agar dapat menahan bahan Teknik yang terjadi? (Sutomo)
2.
Produk atas (gas) apakah langsung dilepas ke lingkungan? Jika ya, pertanyaan bu Lisa harus diperhatikan. Jikan diresirkulasi lagi saya kira asumsi terserap 99% dapat digunakan. (Petrus Z.)
3.
Gas buang HF keluar scrubber seharsunya memenuhi standar mutu, sehingga hasil perhitungan stage di check apakah alat tersebut meyerap HF gas? (Lissa)
Jawaban: 1.
Bahan sudah diperhitungkan menggunakan SS316L.
2.
Produk hasil atas scrubber (Menara penyerap) tidak langsung dilepas ke lingkungan, melainkan disiskulasi sampai gas HF sudah memenuhi standar baku mutu gas buang.
3.
Gas buang
HF hasil atas Menara
penyerap
sebelum
dilepas
dalam prosesnya
disirkulasi terlebih dahulu dan di control sampai memenuhi baku mutu gas buang.
- 65-
