47 - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/e-prosiding/file prosiding/iptek nuklir/prpn... ·...
TRANSCRIPT
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
PEREKAYASAAN MENARA PENYERAP GAS HFPADA PROSES KONVERSIUF6 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 UF6MENJAOI SERBUK U02 MELALUI JALUR AMMONIUM URANIL KARBONA T (AUK). Telahdilakukan perekayasaan menara penyerap gas HF melalui tahapan desain penentuan kurvakesetimbangan, jumlah pelarut minimum yang diperlukan, jumlah stage yang diperlukan, dandimensi kolom absorbsi. Proses absorbsi gas HF menggunakan pelarut air bebas mineral,dan diperoleh hasH perhitungan , sebagai berikut : Kebutuhan pelarut minimum 3887.2015kg/jam dan untuk proses operasi menggunakan pelarut sebanyak 11661 kg/jam denganjumlah stage 4; diameter kolom 1.1 m dan tinggi kolom menara total 11.2 m; tebal shell 3/16inchi; 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 ofHF gas absorber through the design steps of determination of equilibrium curve, the solventnominal and number stages to be used and calculation of absorber dimension. Absorbtionprocess uses deminerazed water as solvent and the results of calculation as follows: theminimum solvent needed as much as 3887,2015 kg/hour and for normal operating use thesolvent as much as 11661 kg/hour; number of stages are 4; coloum diameter is 1,1 m andtotal 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 Uranil Karbonat (AUK)
menghasilkan 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 Perangkat NuklirPRPN - SA TAN, 14 November 2013
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 Tank. Proses pengeringan
dalam Spray Dryer menggunakan udara (N2, O2) 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 gas N2, O2, H2, CO2,
NH3 dan sisa umpan UF6. Untuk memisahkan HF dari campuran 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 Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
2. DASAR TEORI
Untuk menyerap gas HF yang tercampur dalam campuran gas dapat dilakukan
dengan menggunakan penyerap 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 dan garis
operasi. Penurunan persamaan yang digunakan dalam mengestimasi kebutuhan solvent
pada proses absorbsi dapat ditentukan sebagai berikut.
L2X2
IV+dV L+dL
~+~~~+~V
LL1X1
Gambar 1. Skema proses absorbs;
V
L
x
=
=
=
laju mol gas
laju mol cairan
fraksi mol cairan
y = fraksi mol gas
Neraca massa pad a keadaan steady stead diberikan oleh persamaan (1)
dV=dL(1)
Neraca komponen diberikan oleh persamaan (2) d(V.y) =
d(L.x ) (2)V.y
-V1·Y1 =L . x - L1 .X1
V.y
+L1.X1 =L . x + V1 Y1 (3)Untuk
V'=V (1-y) (4)dan
L'=L(1-x) (5)
Penurunan lebih lanjut persamaan 3 , 4 da 5 diatas didapat persamaan garis operasi
sebagai berikut:
- 49 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
dan
V'-Y-+L'~(1-y) (1-x1)
y
(1- y)
Jika Y
x
=
=
=
=
V' Y1 +L'_x_(1-Y1) (1-x)
L' (x X,] y.V' 1-x -1-x1)+ (1-y1)
Y d Y(1-y) an 1
X
(1- x)
=
=
(6)
Maka persamaan garis operasi menjadi
Y = L'-(X - X )+ YV' 1 1
(7)
Y = konsentrasi gas mole/mole dry gas
Y1 = konsentrasi gas mole/mole dry gas
Persamaan garis kesetimbangan:
dengan:
X = konsentrasi cairan mole/mole solvent
konsentrasi cairan mole/mole cairan
(top)
(bottom)
(top)
(bottom)
y*=mx
dengan:Y*
= Y *danX*= x
(1 - y*)(1 - x)
y*
=_P_i_ x(Henry's & Raoult's Law) [5]p
Didapat persamaan baru garis kesetimbangan sebagai berikut:
(8)
(9)
Y*
(1+ Y*)= ~ X*
p (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 kesetimbangan
Laju solvent minimum dalam proses 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 Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
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.
14
5
3Yo 2. ,Yo
r,:::Iric:: nn,:or:::lc::i r,:::Iric:: I< ,:oc::,:otimh:::lnn:::ln'\../, V
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
mV
Ln ( Y b - Y~ JYa-Ya
Ln(A)
(11)
(12)
L = Laju Alir Solvent (kmole/jam)
m
= konstanta Henry
V
= Laju Alir Gas (kmole/jam)
Yb
= fraksi mole gas bottom operasi
Yb
.= fraksi mole gas bottom kesetimbangan
Ya
= fraksi mole gas top
Ya
.= fraksi mole gas top kesetimbangan
N
= Jumlah stage kesetimbangan
Menetukan Dimensi Kalam
Diameter kolom ditentukan dengan menggunakan metode grafik yaitu figure 11.44 page
603 Coulson & Richardson's [7] yang menghubungkan persamaan:
Vs13.I(V~)2Fp (~)O.I
P,.( PL - p,.)(13)
- 51 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir @PRPN-BATAN, 14 November 2013
L
=Laju massa cairan (kg/s)V
=Laju massa gas (kg/s)
V*w=
Laju massa gas (kg/m2.s)
Fp =
factor packing (m·1)
Px
=massa jenis cairan (kg/m3)
Py
=massa jenis gas (kg/m3)
)lx =
viscositas cairan (kg/m.s)
Tinggi kolom scrubber ditentukan dengan persamaan.
( LJ) 1.11 ( Z )o.n /H =0.0111f;·(Sc)o.5 .__ c_ -- ./(L"r l,r,{'5e . ",., 0.305 3.05/ / ", I. - .. '
(14 )
(15)
GmHoc = He + IIl-HL
Lm
Z = N X HOG[8]
Diketahui nilai
(16)
(17)
Z =Tinggi kolom bahan isian (m)
N
=Jumlah Stage
HG
=Tinggi transfer unit fase gas (m)
HL
=Tinggi transfer unit fase cair (m)
HOG
=Tinggi transfer unit overall(m)
Dc
=Diameter kolom (m)
Sc
=Bilangan Schmidt
K3
=Faktor Koreksi Prosen Flooding
m
=konstanta Henry
8m
=Laju massa gas (kg/s)
Lm
=Laju massa solvent (kg/s)
L*w
=Laju massa solvent/area(kg/m2s)
\fJh
=Faktor HG
~h
=Faktor HL
Ji
=Faktor koreksi viskositas
12
=Faktor koreksi density
jj
=Faktor koreksi tegangan permukaan
- 52 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Tinggi Liquid Hold Up [8] ditentukan dengan persamaan
H1W=
0.0004 [ dL,r (18)
H1W =
Water Hold Up(felft3 Volume kolom scrubber)
L
=Liquid rate, (Ib/hr.ff)
dp
=Diameter equivalent spherical packing(inc)
3. CARA PEREKA YASAAN
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 pada suhu 100°C tekanan 3 atm dengan.
komposisi sebagai berikut:
Tabe/1. Data Komponen Gas Umpan
KomponenMRKg/JamKmo!/JamFrkasi Mol
0,
32751.84723.49520.17990741
N,
282883.001102.96430.78841761
CO,
4496.93299 2.20300.01686897
HF
203.0540.15270.00116925
NH,
1730.2161.77740.01360998
UF,
3521.2310.00350.00002673
3766.282130.5962
V1
=130.5962 kmol/jam
=
36.2767molls
Yi
=0.0011854 Fraksi HF
Y1
= Y1
(1 - Y 1)=
0.00119
(1 - 0.00119)=
0.001187 mol HF/mol Gas bebas HF
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 Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
X2 = 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 PI = 1.2 atm.
Persamaan garis kesetimbangan dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut:
Dengan menggunakan persamaan 9 diatas yaitu membandingkan tekanan uap standar
dengan tekanan operasi didapat nilai.
Pi =1.97
--P1.2
=
1.64
Y
=1.64 x
Dengan persamaan 10 didapat persamaan garis kesetimbangan sebagai berikut.
Y
(1 + Y)= 1.64 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 Y
00
0.00010.000164
0.00020.000328
0.00030.000492
0.00040.000656
0.00050.000820
0.00060.000984
0.00070.001149
0.00080.001313
0.00090.001477
0.00100.001641
0.00110.001805
- 54 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
~ /-'-../ "'\f ..I --"\ '\. /
'7- <III
II
~ I- "?;
v7
~ -~
-:; -
-- -- I J _- I _- (3\1 ,--- I •-
17
2 ;II;V IlL 1111(01 ,I I 1
Garis Operasi
1
;Ay = 000118~ 1
x
Y2=O.00001~
2
GarisSolvent Minimum
3 4 5 6X 10.4
Garis Kesetimbangan
.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 Y2 = 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 = y 1 - Y 2
V (X 1 - X 2 )
(0.001187 -0.00001187)
(0.0007 - 0)
- 55 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
=1.6556
Lmin
=1.6556 x V
=
1.6556 x 36.2324
=
59.9877 mol/s=
215.9556 kmol/jam=
215.9556x 18
= 3887.2015 kg/jam
Kebutuhan solvent minimum sebesar 3887.2015 kg/jam.
Jumlah solvent untuk kebutuhan scrubbing agar proses absorbsi berlangsung dengan
baik maka digunakan solvent dengan jumlah 3 kali solvent minimum:
L =3 x Lmin
=
3 x 3887
=
11661 kg/jam=
647.867 kmol/jam
3.3 Menentukan Jumlah Stage
Jumlah stage pada 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 =647.867kmol/jam
V
=36.2333mol gas bebas HF=
130.440kmol/jam
L
=4.9668- V
Kemudian dengan menggunakan persamaan 7 didapat nilai.
=
=
=
V( - ) . (Y1 - Y2) + X2
L1- x (0.001187-0.00001187) + 0
4.9668
0.00023
Dengan koordinat Xop = 0.00023 dan Yop = 0.001187 dibuat garis operasi baru pada
kurva garis kesetimbangan seperti tampak pada gambar 3 didapat jumlah stage operasi
berkisar antara 3 - 4 stage.
- 56 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Kedua dengan metode faktor absorbsi yaitu menggunakan persamaan 11 dan 12 jumlah
stage dapat ditentukan sebagai berikut:
Factor Absorbsi A = _L_mV
L =647.867kmol/jam
V
=130.44 kmol/jam
m
=1.64
A
647.867= 1.64x130A 4
=
3.0285
Jumlah stage operasi
Ln( Yb - Y~)
N
= Ya - Ya
Ln(A)Yb
=0.001187
Yb*
=0.0004
Ya
=0.00001187
Y/
=0
Ln(0.001187 -0.0004)
N
= 0.00001187-0
Ln(3.0285)=
3.785
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 dengan menghitung luas penampang dengan
menggunakan persamaan 13 sebagai berikut:
Diketahui
V
=3734.753 kg/jam
L
=11338.164 kg/jam
PL =
1000 kg/m3
Py =
0.9489 kg/m3
- 57 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- SATAN, 14 November 2013
J.lx = 0.001 kg/m.s
L~Diperoleh nilai 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
13.I(V*iF (fJ-L)O.1H' . l' -
PL
PI'(PL - 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 = 310
Dp = 1.5 in = 0.0381 m
ap=128m2/m3
Pbulk
=2530kg/m3
Didapat nilai
V*w=1.294 kg/m2.s
Luas penampang kolom
=0.808 m2
Diameter kolom
=1.096 m
Digunakan diameter kolom Dc =
1.100m
Luas penampang kolom
Ac =0.950m2
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 m2/s
DHF-Air = 1.7 10-9 m2/s
(Sc)v =
= 1.0963
- 58 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
(Sck=~
PLDL=
588.235
L*w
L=
-Ac
=
3.410 kg/m2.s
K3
=0.85
lJfh
=80
~h
=0.065
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.! ! , Z \ 0.33
0.011111' (SC)~U (--(-) ( --) .I IL x f f' (,)0.5. t! . , 0 -:;0- -:;0':; I' II· I. -. -'.~ .) .', -'. """.,..
= 1.43 m
Dengan menggunakan persamaan 15 didapat nilai HL
=
=
Dengan menggunakan persamaan 16 didapat nilai HOGsebagai berikut:
HOG =Gm
He .•..m-Ih.1 f Lm dan 0.331
HOG = 1.43 + 0.331 x 0.60
= 1.63 m
Tinggi kolom ditentukan dengan persamaan 17 sebagai berikut:
Z = N X HOG
=4 x 1.63
=
6.52 m
Faktor Design FD
=20 %
Tinggi Kolom Z
=7.824 m
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-
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir @PRPN-BATAN, 14 November 2013
[f
HTW
=0.0004 dLp
L
=2514.47Ib/hr.fe
dp
=1.4 inc
HTW
=0.036 felft3 Volume kolom scrubber
Vkolom
=10 m3
VLHU
=0.36 m3
Ac
=0.95 m2
LLHU
=0.40 m
Tekanan Uap Solvent
d. Tinggi Head
Untuk menentukan tinggi head perlu menentukan tekanan design guna pemilihan type
dan tebal head yang akan digunakan.
Tekanan Hidrostatis PH = P . g . h
= 1000 x 9.8 x 10
= 98000 pa
= 14.406 psia
Po = 0.2 atm
Tekanan Operasi P
= 2.94 psia
= 1.2 atm
= 17.64 pSla
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 = 1.1 m
= 43.31 in
= 43.81 in
= 1.1127 m
= 43.31 in
Tekanan Sistem P Sistem=
Tekanan Design P Design
C
Gambar 4. Flange And Dished
10A
r
,,,,,,,,,,,,,,= 0.75 in
r
Icr
aD
- 60 -
Pro siding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
AB ='Y2 10 - Icr
=
20.90 in
BC
=r - Icr
=
42.56 In
AC
=~BC2 _ AB2
=
37.07 in
b
=r-AC
=
6.24 in
sf
=2 in
Tebal Head
tH=0.885P r
+Cf.E - 0.1P
TebalShell
tsPO
+C=
f.E - 0.6 Pf
=30000 psi(bahan stainless steel Ni - Cr)
E
=0.8
c
=0.125 In
tH
0.885 x 27.28x43.31+ 0.125
=30000xO.8-0.1 x27.28
=
0.169 in
Oigunakan tebal head standar 3/16 in
= 0.1875 in
= 8.43 In
Tinggi Head = b + sf +
m= 0.214
= 27.28x43.31 +0.12530000xO.8 - 0.16x27.28
= 0.174 In
Oigunakan tebal shell standard 3/16 in
= 0.1875 in
Tinngi ruang kosong diatas dan dibawah packing 10% dari tinggi Shell = 0.77 m
Tinggi internal kolom diasumsikan = 1 m
Sehingga tinggi kolom menara total = 11 m
- 61 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
e. 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 Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Metode Faktor Absorbsi
Hasil perhitungan jumlah stage didapat N = 3.785
Hasil perhitungan jumlah 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 juga NH3. UF6 . yang dalam air akan
menimbulkan 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 agar kebutuhan solvent untuk
proses scrubbing terpenuhi.
c. 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 secara teoritis akan berjalan dengan baik dengan
tinggi kolom menara total sebesar 11.2 m
5. 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 Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
Jumlah solvent operasi
L = 11661 kg/jam
Jumlah stage operasi
N = 4
Diameter Kolom =1.1m
Tinggki kolom Scrubbing
=11.2m
TebalSheil
=3/16in
Type Head ( Top dan Bottom)
=Flange And ~ished
Tebal Head
=3/16InMaterial
=Stain Less Steel SS-316 L
Jenis Packing
=Raschig Ring Ceramic
liquid Distributor ._
Random
--~-Packing
liquidRedistributor
•
Gambar 5. Raschig Ring Keramik
Gas Inlet
.'" VaporDistributor
liquid Outlet
Gambar 6. Kolom Scrubber
- 64 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
6. DAFT AR PUST AKA
1. WIKIPEDIA,http// 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-