PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN - REAKTOR AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW

Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology), ISSN 1410-9565 Volume 10 Nomor 1 Juli 2007 (Volume 10, Number 1, July, 2007) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (Radioactive Waste Technology Center)

PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN - REAKTOR AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW Mulyono Daryoko Pusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN ABSTRAK PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN-REAKTOR AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW. Pada sistem air pendingin primer PLTN reaktor air ringan bertekanan dilakukan penambahan asam borat untuk penyerapan neutron dan pengaturan pH. Agar konsentrasi asam borat selalu memenuhi syarat dan efisien, maka pada sistem reaktor tersebut perlu dilengkapi dengan alat evaporator untuk pengambilan asam borat yang kemudian dimanfaatkan kembali. Telah dilakukan prarancangan alat evaporator ini. Dasar perhitungan alat tersebut adalah dengan kapasitas pengolahan 3500 l/jam dan kandungan padatan dalam air pendingin primer 4 mg/l. Uap air yang digunakan adalah uap superheated 3,4 atm, 281ºF. Data hasil perhitungan prarancangan evaporator ini adalah bagian evaporator (heat exchanger): diameter shell 25 in (62,50 cm), diameter nominal pipa 1,5 in (3,75 cm), jumlah pipa 115 buah, susunan pipa triangular pitch, 1 inch pitch, tinggi shell 600 cm; bagian pemisah fase (mist separator): diameter 160 in (400 cm), tinggi 480 in (1200 cm); bagian kondensor: diameter shell 25 in (62.50 cm), diameter nominal pipa 1,5 in (3,75 cm), jumlah pipa 115 buah, susunan pipa triangular pitch,1 inch pitch, tinggi shell 600 cm. ABSTRACT PREDESIGN OF EQUIPMENT FOR BORIC ACID RECOVERY FROM PRIMARY COOLING WATER SYSTEM OF NPP-PWR, 1000 MW. In the primary cooling water system of NPP-PWR was added the boric acid as neutron absorbent and it was done to controlling of the pH. In order to the concentration of boric acid always comply to the requirement and efficient, so in the reactor system necessary to be completed with evaporator unit to recovery the boric acid from the system by to get boric acid concentrates for reuse. Predesign of the evaporator has been carried out. The basic of calculation of this predesign are the processing capacity 3500 l/hr, and solid content 4 mg/l. The system is the superheated steam at 3.4 atmosphere, 281ºF. The data of the calculation results from predesign of the evaporator is a part of evaporator (heat exchanger), i.e.: diameter of shell is 25 inch (62.50 cm), nominal diameter of tube is 1.5 inch (3.75 cm), number of tube is 115, tube arrangement triangular pitch, 1 inch pitch, height of shell is 600 cm; Mist separator: diameter is 160 inch (400 cm), height 480 inch (1200 cm); Condenser: diameter of shell is 25 inch ( 62.50 cm), nominal diameter tube is 1.5 inch (3.75 cm), number of tube is 115, tube arrangement triangular pitch, 1 inch pitch, height of shell is 600 cm. PENDAHULUAN Pada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) tipe reaktor air ringan bertekanan (PWR=Pressurized Water Reactor), air pendingin primer mengambil panas reaksi fisi dalam reaktor, kemudian panas ditransfer ke boiler untuk penguapan air pendingin sekunder. Uap yang dihasilkan kemudian digunakan sebagai pemutar turbin untuk pembangkit listrik. Pada awal siklus jumlah bahan bakar uranium mempunyai akses reaktivitas yang lebih besar. Reaksi fisinya : dimana X dan Y adalah nuklida hasil fisi. Batang kendali saja bila digunakan saat awal siklus tersebut tidak mampu menyerap neutron hasil reaksi fisi. Reaktivitas teras tidak terkendali, panjang siklus akan menjadi pendek dan kapasitas penyerapan panas oleh pendingin primer tidak mencukupi. Oleh karena itu diperlukan penambahan Boron-10 ke dalam air pendingin primer yang bertujuan untuk penyerapan neutron guna menjalankan fungsi mengendalikan reaktivits teras dan meratakan fluks neutron agar bahan bakar mengalami pembakaran yang sama[1]. Reaksi penyerapannya :

1

Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology), Vol. 10 No. 1 2007

ISSN 1410-9565

Boron-10 dalam bentuk asam borat yang ditambahkan kedalam air pendingin primer mempunyai kadar 4000 ppm. Untuk pengaturan pH, Li-6 dalam bentuk litium hidroksida ditambahkan ke dalam air pendingin primer tersebut pada kadar 2,2 ppm. Asam borat dalam limbah cair (air pendingin bekas) akan memberikan kesulitan dalam proses sementasi untuk isolasi dan pengungkungan unsur radioaktifnya. Beton hasil pemadatan menjadi sulit mengeras. Berdasarkan pertimbangan ekonomi dan keselamatan, asam borat yang terdapat dalam air pendingin bekas diambil kembali melalui proses evaporasi sehingga diperoleh asam borat sebagai pekatan yang digunakan kembali dan kondensat yang dipakai sebagai air make-up. Jika air berkadar boron cukup tinggi mengalami pendinginan, maka akan ada resiko penyumbatan saluran pipa karena kristal yang terbentuk. Pada penelitian selanjutnya telah diperoleh kondisi proses yang optimal agar pada proses evaporasi tersebut belum terdapat resiko penyumbatan oleh terjadinya kristal asam borat. Kondisi tersebut adalah pada kadar asam borat 6 %[2]. Pada makalah ini akan dilakukan prarancangan alat evaporator untuk pengambilan asam borat tersebut. Evaporasi adalah proses pemekatan dari suatu larutan, yaitu dengan mengubah zat pelarutnya saja menjadi uap[1,2]. Pada umumnya suatu larutan terdiri dari zat yang mudah menguap (volatile) dan yang tidak mudah menguap (non volatile). Dengan perkataan lain evaporasi adalah proses penghilangan zat-zat yang mudah menguap untuk mendapatkan larutan yang lebih pekat. Pada proses evaporasi limbah radioaktif, bahan radioaktif merupakan komponen terbesar yang masuk ke dalam konsentrat. Pengolahan limbah cair dengan evaporasi akan efektif untuk limbah dengan aktivitas sedang dan mempunyai kandungan garam, asam atau basa yang tinggi[3]. Dalam prarancangan evaporator, faktor yang paling penting ialah perpindahan panas, maka luas permukaan panas sangat menentukan harga evaporator. Oleh karena itu dipilih bahan yang mempunyai koefisien perpindahan panas paling tinggi. Evaporator pada umumnya diklasifikasikan menjadi 4 macam[2]: 1. Pesawat yang langsung dipanaskan dengan sumber panas, misalnya sinar matahari, api, dll. 2. Pesawat dengan sumber panas memakai jacket, coil, double wall, flat plate dan lain-lain 3. Pesawat yang memakai air sebagai pemanas dengan medium pemanas berbentuk pipa (tubular heating surface), ada 2 bentuk:

• •

Dengan pipa-pipa horizontal (horizontal tubes evaporator)

Dengan pipa-pipa vertikal (vertical tubes evaporator) 4. Pesawat dengan pemanas kontak langsung dengan cairan yang diuapkan. Dari jenis-jenis evaporator yang disebutkan di atas, yang paling banyak digunakan ialah tubular heating surface dengan standard vertical tube-natural circulation[3]. Evaporator jenis ini mempunyai koefisien perpindahan panas per satuan volume yang tinggi, sehingga sangat ekonomis pada pengoperasiannya; cocok untuk pengolahan cairan yang mengandung material yang mudah menguap (bahan radioaktif tersebut mudah dipisahkan dari larutannya dalam bentuk konsentrat); perawatannya mudah; dan harganya relatif murah. Untuk mendukung beroperasinya PLTN tipe PWR, 1000 MW, maka unit evaporator untuk keperluan ini berkapasitas 3500 l/jam[1]. METODOLOGI Dalam prarancangan evaporator perlu pertimbangan harga-harga variabel design yaitu[2] : Temperature strains Temperature strains adalah pemuaian logam yang dipakai, dan merupakan suatu faktor yang sangat penting. Jika pemuaian logam tidak sama, bisa mengakibatkan tube bundle. Oleh karena itu beda temperatur antara shell dan tube side maksimum yang diperbolehkan adalah 50 ºF. Geometri alat Yang dimaksud geometri alat ialah pemilihan tube, size, pitch dan shell. Dalam suatu desain yang penting ialah bahwa semua ukuran harus dibuat pada keadaan off standard. Standar panjang pipa adalah 8 ft, 12 ft, 16 ft dan 20 ft. Standar diameter pipa (OD) adalah 0,5”; 0,75”; 1”; 1,25”; 1”; 1,5” dengan normalisasi BWG. Standar diameter pipa dengan nominal IPS adalah 1/8”, ¼”, ½”, 1”, dst. Biasanya shell dibuat tebal 3/8” untuk ID shell 12 – 24 in. Jika tekanan 300 Psig dan korosif maka dipakai tebal shell lebih besar. Baffle Tujuan pemakaian baffle ialah untuk menaikkan turbulensi aliran, sehingga harga koefisien transfer panas naik. Besarnya baffle spacing : (0,5-1,0) x ID shell

2

Mulyono Daryoko : Prarancangan Alat Pengambilan Asam Borat dari Sistem Air Pendingin Primer PLTN-Reaktor Air Ringan Bertekanan 1000 MW

Sistem aliran fluida a. Uap air Uap air dipakai sebagai pemanas karena panas pengembunannya besar, biasanya dipakai saturated steam dengan sedikit super heated steam, dengan ∆t antara 40 – 50º F b. Air pendingan Air pendingin bisa langsung dari sungai atau dari air yang telah melalui proses kimia. Data sistem fluida Dalam pra rancangan evaporator perlu cukup data fluida yang diproses, hal ini disebut dengan process informations, diantaranya: 1. Sifat fisis dari fluida yang diproses, misalnya cp, k, μ, ρ dan lain lain. 2. Jumlah aliran 3. Suhu masuk dan keluar 4. Tekanan operasi dan penurunan tekanan yang diizinkan 5. Fouling factor Data bahan, termasuk sebagai mechanical information 1. maksimum dan minimum suhu dan tekanan kerja 2. korosivitas bahan 3. bahan konstruksi yang dipilih Pemeriksaan terhadap harga fouling factor dan pressure drop Data fouling factor dapat dilihat pada pustaka [2]. Dalam prarancangan evaporator, harga fouling factor (RD minimum) biasanya diambil sekitar 0.002 jam ft2 ºF Btu-1[1,2]. Selisih RD - RD minimum tidak boleh terlalu besar, untuk menghindari over-design[2]. Harga pressure drop yang diizinkan pada prarancangan evaporator (∆P maks) ialah 10 psi[1,2]. Untuk perhitungan pressure drop evaporator hasil prarancangan digunakan rumus-rumus dari pustaka [2] PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Berikut ini adalah hasil-hasil perhitungan untuk prarancangan evaporator untuk pengambilan kembali asam borat pada sistem air pendingin primer PLTN reaktor air ringan bertekanan. Dasar perhitungan: Kapasitas evaporator 3500 l/j atau 3500 kg/j, konsentrasi padatannya 4%, suhu cairan masuk ± 25 oC dipanaskan sampai teruapkan pada ± 110oC. Kebutuhan panas (Q1) untuk menaikkan suhu 25oC - 110oC

Q1 =

3500kg / jam 1Btu Btu x x1,8(110 − 25) º F = 1.180.500 0,4536kg / lb lb.º F jam

(1)

Panas penguapan (pada 1 atm) :

Btu [1,2] lb 3500kg / j Btu Btu Q2 = x970,3 = 7.487.000 0,4536kg / lb lb jam ∆ H v = 970,3

Kebutuhan panas total (Qt):

Qt = Q1 + Q2 = (1.180.500 + 7.487.000)Btu/jam = 9.667.500 Btu/jam

(2) (3)

Untuk pemakaian natural circulation evaporator, efisiensi panas sebesar 65 – 80 %. Efisiensi diambil 70%, maka panas yang diperlukan:

Qt =

9.667.500 Btu / j Btu = 13.810.500 0,7 jam

(4)

Perbedaan temperatur dalam suatu pemanas maksimum 50ºF. Peralatan tersebut menggunakan uap air dengan suhu 281 ºF, P = 50 psi = 3, 4 atm. Panas laten penguapan (∆Hv) = 924 Btu/lb [1,2].

3


ISSN 1410-9565

Dianggap 75% dari uap panas mampu mengembun dalam evaporator, kebutuhan uap air:

m=

Q 0,75 x∆ Η

= v

13.810.500lb / j lb kg = 19,928 = 43.990 0,75 x924 Btu / lb jam jam

(5)

Perhitungan Evaporator Tube : Dipakai standar pipa: stainless stell AISI 316, nominal diameter (ND) = 1,5”; 10 BWG, diameter dalam (ID) = 1,23”; luas permukaan perpindahan panas (a’t)= 1,19 in2, luas linier luar (ao) = 0,3925 ft2/ft; luas linier dalam (ai )= 0,3225 ft2/ft; tube disusun secara triangular pitch dengan jarak 1” pitch; dipilih panjang pipa standar L = 16 ft; tinggi shell diambil = 20ft = 240” = 600 cm. Diambil shell : Standard shell 25”, n = 1 pass. Dari pustaka [2], tabel 9 didapat jumlah tube = 115 buah. Luas perpindahan panas (at) :

at =

N t xat 115 x0,3225 = = 0,2575 ft 2 144n 144 x1

(6)

Harga ini akan dipakai untuk menghitung keperluan kebutuhan luas perpindahan. Di = ID

Tube =

1,23 = 0,1025 ft 12in / ft

Larutan yang diuapkan dalam natural circulation evaporator ; diambil circulation ratio = 10 x. Jumlah aliran total (Gt):

Gt =

W 11x( 3500kg / j ) lb = = 329.617 2 at 0,2575 ft x0,4536kg / lb j. ft 2

(7)

Kecepatan aliran uap dalam evaporating chamber (G’v):

G 'v =

329.617 lb lb = 29.965 2 11 j. ft j. ft 2

(8)

Kecepatan uap dalam bagian flashing (bagian atas) evaporator (Gv): diameter shell : d = 25” = 2,08 ft

Gv =

( 3500 / 0,4536) kg / jam

2,08 2 x

π 2 ft (144in 2 / ft 2 ) 4

= 15,77

kg j.in 2

(9)

Larutan adalah asam borat, dengan kadar 4 mg/l. Pada 240 ºF (titik didih cairan), maka:

µ = 0,19cp = 0,4598

lb j. ft 2

lb j. ft 2 º F Btu C p = 1,2 lb.º F k = 0,6

(10)

(11) (12)

Dimana μ= angka kekentalan cairan umpan (dalam cp); k = thermal conductivity (dalam lb/j. ft2.ºF); Cf = specific heat dari larutan dingin (dalam Btu/lb.ºF). Mencari harga koefisien transfer panas dan harga bilangan Renold (Re) :

Do xGt ( 0,1025 x329.617 ) = = 73.479 u 0,4598 L 16 = = 156 D 0,1025

Re =

Dari Gambar 24[2] :

4

(13)

(14)


JH = 210

hi = J H

(15)

k Di

 C p xu     k 

1/ 3

(16)

0,6  1,2 x 0,4598  hi = 210 x   0,1025  0,6  Btu hi = 1160 j. ft 2 .º F

1/ 3

(17)

(18)

ID  1,23  = 1160x  OD  1,5  Btu hio = 951 j. ft 2 .º F hio = hi x

(19)

(20)

Dimana hi ,ho = koefisien perpindahan fluida di dalam dan di luar pipa; h io = harga hi yang dipindah ke luar pipa. Uap sebagai pemanas :

 Btu   ho = 1500 2  j. ft .º F  clean coefficient = U c

Uc =

=

hio .ho hio + ho

(21)

951x1500 Btu = 582 951 + 1500 jam. ft 2 .º F

(22)

cek penentuan hio=1500Btu/jam.ft2.ºF

(23)

ho ( Ts − Ta ) ho + hio 1500 ( 281 − 240) = 299,59º F Tw = 240 + 210 + 1500 281,4º F + 299,59º F tf = = 290º F 2 Tw = Ta +

(24)

(25) (26)

Dimana Tw = temperatur rata-rata uap-cairan, Ts = suhu uap air, Ta = titik didih cairan. Pada 290º F : µF = 0,155 x 2,42 = 0,3267 lb/jam.ft2 (Gambar 14 [2], ρf = 1,0, kf = 0,360 Persamaan 12-42 [2] : 1/ 3

− 1/ 3

   k f 3 .ρ f 2   4G  µf     atau h = 1,5 h = 1,5 µ   k 3 .ρ .g    f  f   f   4G  W 11x 7000 x12 lb G= = = 5356 1 / 2 Do N t 0.5 x1.5 x 215 j. ft 2  0.35 3 x 63 2 x9.18.10 8   h = 1.5 x 4 x5356 x0.327  

1/ 3

= 422

Btu j. ft 2 .º F

1/ 3

(27)

(28)

(29)

Dari persamaan di atas :

5


422 ( 281 − 240) = 267º F 210 + 422 Btu ho = 422 Jadi harga dapat j. ft 2 .º F h xh 951x 422 Btu U c = io o = = 292 hio + ho 951 + 422 j. ft 2 .º F

ISSN 1410-9565

Tw = 240 +

(30) dipakai

mencari

harga

Uc

:

(31)

Mencari Harga UD : Panas yang ditransfer : QT = 9.667.500 Btu/jam-1, Tube : ao = 0,3925 ft2/ft, ai = 0,3225 ft2/ft maka

am =

0.3925 x0.3225 = 0.355

panjang pipa = 16 ft, jumlah pipa = 115 buah, temperatur dinding = 275 ºF, ∆t = 35 º F, Evaporator dianggap bekerja isotermal: Δtom = 35 º F. Luas permukaan perpindahan panas: Am = L x am x n = 16 x 0.355 x 115 = 653 ft2

(32)

QT = U D . Am .∆ t om UD =

(33)

Q 9.667.500 Btu = = 422 Am .∆ t om 653x35 jam. ft 2 .º F

(34)

Rumus dari [2] 1 1 = + Rd UD UC

(35)

1 1 = + Rd 422 292 jam. ft 2 .º F Rd = 0.001055 Btu Rd yang diijinkan untuk sistem air-uap air adalah 0,002

(36) (37)

jam. ft 2 .º F [1,2]. Hal ini berarti bahwa Btu

evaporator yang dipilih pada awal perhitungan, dan menghasilkan Rd seperti pada persamaan (37) adalah memenuhi syarat. Harga tersebut mendekati harga Rd yang diijinkan, yang berarti bahwa evaporator yang dipilih adalah sangat efisien, dan tidak over design. Perhitungan Pressure Drop Pada perbandingan sirkulasi (circulation ratio) = 1. masa jenis uap:

ρv =

18 x 492 x1 lb = 0,0371 3 359 x 672 ft

Vv = 27,24

ft 3 lb

(38) (39)

Cairan pada 240 º F :

kg l 1 Vi = = 0,0168 ft 3 / lb 62,34 x0,95

ρ i = 0,95

6

(40) (41)


Sirkulasi cairan =

10 x3500 lb lb / jam = 72.160 0,4536 jam

(42)

Volume aliran total :

ft 3 ft 3 Cairan = 72.610 x0,016885 = 1302 jam jam 3 3500 ft ft 3 Uap = x 27,24 = 210.185 0,4536 jam jam 2 ft Jumlah aliran = 211.487 jam

(43)

(44)

Uap dan cairan :

ft 3 kg ft 3 jam Vo = x0,4536 = 2,4916 kg lb lb 3500 x11 jam 211.487

(45)

Shell, pressure of leg :

∆ Ps = Tube :

V 2,3 xL 2,3 x16 24916 log o = log = 0,8236 psi 144(Vo − Vi ) Vi 144( 2,4916 − 0,01688) 0,01688 D xG 0,1025 x329617 Re = o t = = 73.575 µ 0,4592

(46)

(47)

f = 0,00018 (fig. 26) ρmean = Smean = 0,4013 lb/ft3 Tube:

∆ Pt =

fxG 2 xLxn 5,22 x1010 xDxSxΦ

= t

0,00018 x 219617 x16 x12 x1 = 1,7 Psi 5,22 x1010 x0,105 x0,4013

(48)

Jadi harga preassure drop: ∆Ps = 0,8236 psi, ∆Pt = 1,7 psi, ∆P maks. 10 psi ; Jadi harga ini dapat dipakai untuk evaporator yang didisain. Hasil perhitungan evaporator: ukuran evaporator: diameter shell Ds = 25 in, diameter pipa ND = 1,5 in, 10 BWG; jumlah pipa n = 115 buah; panjang pipa L = 16 ft

U c = 292

Btu jam. ft 2 .º F

;

jam. ft 2 .º F ; Btu Btu 422 ; at = jam. ft 2 .º F

RD terpakai = 0,00105 UD terpakai =

0,11659 ft2; ΔPt = 1,7 psi; ΔPs = 0,8236 psi;

luas transfer panas Am = 653 ft2 ΔPt dan ΔPs maksimum adalah 10 psi. Hal ini menunjukkan bahwa evaporator yang direncanakan memenuhi syarat. Kecepatan cairan teruapkan pada bagian atas dari evaporator

Vt =

200 1 lb kg x = 561,3930 = 2741,0073 2 0,4536 π j. ft jam.in 2 (1) 2 4

(49)

7


ISSN 1410-9565

Perhitungan Mist Separator Dari [1] diketahui bahwa pemasukan uap dalam pipa masuk mist separator 30-100 ft/detik. Dipakai kecepatan 40 ft/detik. Jumlah aliran uap = 211.487 ft3/jam. Luas pipa yang dibutuhkan:

ft 3 211.487 jam A= = 1,468 ft 2 = 211in 2 ft 40 x3600 jam A=

π 2 D → D= 4

4 x 211 = π

269 = 16,4in

(49)

(50)

Dipakai pipa: ND = 18”, ID = 17,25”, SN = 20”; Diameter mist separator : Dc = 10 x 18” = 180” = 15 ft Tinggi silinder: Lc = 2,5 - 6D. Berhubung perhitungan elevasi ruangan maka dipakai: Lc = 3 x 200” = 600 ” Jadi mist separator : Dc = 180”, Lc = 600”, Pipa masuk ND = 18”, SN = 20 IPS Pipa sirkulasi Aliran total (QT)=aliran sirkulasi+umpan=(35.000+3500) liter/jam = 38.500 liter/jam. Dipakai kecepatan aliran nominal = 10 m/detik

A=

cm 3 jam = 106,9cm 2 cm 100 x3600 jam

(51)

Di =

4 (106,9) = 11,7cm = 4,7in π

(52)

38.500 x1000

Karena yang dialirkan adalah cairan yang pekat (thick liquor) maka dipakai diameter yang besar: Dipakai ND = 4”, SN = 40; ID = 4,026. Pipa dari mist separator ke kondensor dipakai juga: ND = 18” . Pipa umpan cairan : Qe = 3500 liter/jam , kecepatan linier = 10 m/detik, Luas aliran:

cm 3 dtk = 0,97cm 2 A= cm 1000 x3600 dtk 4 D= x0,97 x 2 = 1,57cm π 3500 x1000

(53)

(54)

Dipilih pipa ND = 2”, SN = 40 Pipa uap air pemanas Aliran uap air = 19.928 lb/jam, tekanan 50 psi, temperatur 281º F

Q=

19.928 14,7 ft 3 ft 3 x359 x = 7884 18 741 jam jam

Kecepatan uap dalam pipa 100-150 ft/detik. Dipakai : V = 100 ft/detik

8

(55)


ft 3 jam A= = 0,0219 ft 3 = 0,2628in 2 ft 100 x3600 jam 7.884

D=

(56)

4 x0,2628 = 0,5786in π

(57)

Dipakai pipa uap air : ND = 2”, SN=40, ID = 2,067, kecepatan alir =77,86 ft/detik. Pendingin Air Kebutuhan pendingin pada kondensor: Qc = 302,76 ft3/jam, V = 5 ft/detik

A=

302,76 2 in 2 ft x144 2 = 2,422in 2 , d = 1,756" 5 x3600 ft

(58)

Dipakai : ND = 4“, SN = 40 Perhitungan Kondensor Uap yang dihasilkan = 3500 kg/jam,1 atm. Panas pengembunan

kg Btu Btu jam Q= x970,3 = 7.487.000 kg lb jam 0,4536 lb 3500

∆HL = 970,3 Btu/lb

(59)

Panas pendinginan dari 212º F menjadi 140º F

Qc = ( 212 − 140 ) x

3500 Btu Btu = 555000 0,4536 jam jam

(60)

Jumlah panas yang dibutuhkan : QT = (7.487.500 + 555.000) Btu/jam = 8.042.000 Btu/jam

(61)

Air pendingin Masuk 86º F keluar 110 ºF, tom = 65,8ºF; Karena air pendingin tahannya besar maka dipakai; sistem water tube kondensor, yaitu air pendingin dalam pipa, dan uap dialirkan dalam shell. Kebutuhan air pendingin(Q1)

Q1 =

8.042.000 = 335.000lb / jam = 152.000kg / jam 110 − 86

(62)

Perhitungan Kondensor Misalnya dipakai shell 25”, jumlah pipa 115, triangular pitch, ND = 1,5”, Panjang tube = 16 ft = 192”, baffle = 7 buah, jarak baffle = 1 ft. Tinggi shell diambil 20 ft = 240” = 600 cm. Dengan perhitungan yang sama dengan perhitungan evaporator, didapatkan: ∆Ps = 0,01774 psi, ∆Pt = 0,9400 psi, Uc = 382, UD = 60,327

Rd = 0,01409

jam. ft 2 .º F Btu

Dari hasil perhitungan, menunjukkan bahwa kondensor tersebut bisa digunakan. Pada prarancangan evoporator ini, dianggap evaporator beroperasi secara semi kontinyu, sehingga pengambilan konsentrat asam borat diatur pada waktu sedemikian rupa secara otomatis, sehingga konsentrat asam borat tersebut mencapai konsentrasi 6%[2]. KESIMPULAN Berikut ini hasil-hasil perhitungan dari evaporator dan peralatannya: Evaporator:

9


ISSN 1410-9565

Diameter shell; Ds= 62,5 cm; Pipa, ND= 1,5”, 10 BWG, n= 115 buah, tinggi shell = 600 cm; susunan triangular pitch, 1” pitch; Koefisien transfer panas :Uc = 292 Btu/J.ft2.ºF; UD = 422 Btu/J.ft2.ºF; Rd terpakai = 0,00105 jam.ft2.ºF/Btu; Pressure drop: Shell: ∆Ps = 0,8236 psi, Pipa: ∆Pt = 1,7 psi. Mist separator: Diameter Dc = 400 cm; Tinggi Lc= 1200 cm; Pipa masuk ND = 4”; SN = 40 IPS. Pemipaan: Pipa dari evaporator ke mist separator, ND = 4”, SN = 40 IPS; Pipa sirkulasi : ND = 2,5”, SN = 40; Pipa mist separator ke kondensor ND = 4”, SN = 40 IPS; Pipa steam pemanas : ND = 1,5 ”,SN = 40; Pipa umpan cairan : ND = ½”, SN = 80; Pipa pendingan air : ND = 2”, SN = 40. Kondensor: Diameter shell : Ds = 62,5 in, Tube: ND= 1,5”, 10 BWG, n= 115 buah, tinggi 600 cm, susunan triangular pitch 1” pitch; Pipa, panjang L = 16 ft; Koefisien transfer panas: U c = 382 Btu/jam.ft2. ºF, UD = 60,327 Btu/jam.ft2. ºF; RD = 0,01409 jam.ft2. ºF/Btu; Pressure drop: Shell ΔPs = 0,01774 psi, Pipa ΔPt = 0,9400 psi. Dari hasil perhitungan ini bisa dilihat pada Gambar 1. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonymous (1993), EDF 1300 MW, Nuclear Power Plants, Electricite de France Paris, 1983 2. Salimin, Z. (2006) Optimasi Pengambilan Kembali Asam Borat dari Limbah Cair Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Jenis Reaktor Air Ringan Bertekanan”, Prosiding Seminar Nasional XV, Kimia dalam Industri dan Lingkungan, Jaringan Kerjasama Kimia Indonesia 3. Perry, R.H (1973) Chemical Engineers Handbook”, 5th Edition, Mc.Graw Hill Kogakusha LTD 4. Kern, D.Q(1950) Pprocess Heat Transfer” International Student Edition”, Mc.Graw Hill Kogakusha Ltd 5. Yamamoto,Y(1968)., ”Design And Operation Of Evaporator For Radioactive Wastes”, Technical Reports Series No.87, IAEA, Vienna 6. Anonymous (1993)., Waste Management and Decommissioning”, Report of Feasibility Study of The First Nuclear Power Plant at Muria peninsula region, Newjec inc jakarta, september, 1993.

10


Gambar 1. Hasil Prarancangan Alat Pengambilan Asam Borat Dari Sistem Air Pendingin Reaktor PLTN PWR, 1000 MW

11

PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN - REAKTOR AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW

Recommend Documents