47 - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/e-prosiding/file prosiding/iptek nuklir/prpn... ·...

19
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN - BA TAN, 14 November 2013 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 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 -

Upload: doankiet

Post on 13-Mar-2019

220 views

Category:

Documents


0 download

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-