Prosiding Hasil PeneliUan dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979 EV ALVASI EFISIENSI PROSES EVAPORASI PASCA BLOWDOWNKONSENTRAT Ajrieh Setyawan Pusat Tcknologi Limbah Radioaktif-8adan Tcnaga Nuklir Nasional Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gedung 50 E-mail: [email protected]ABSTRAK EVALUASI EFISIENSI PROSES EVAPORASI PASCA BLOWDOWN KONSENTRAT BULAN OKTOBER 2017, Evapomtor mc.'fupakan salah satu instmmcn utama pcngolahan limbah radioaktif cair. Mengingat sistem evaporasi telah beroperasi selama lebih dari 30 tahun, l11aka dilak:ukan perhitungan efisiensi terhadap pengaruh pasca blowdO\\1l konsentrat pada sistem evaporasi. Etisiensi dihitlmg dengml data real inpllt dan Olltpllt steam pada sistcm pengolahan dan dukung karaktcrisasi sdal11a o\K'fasi cvaporasi. Hasil pl..'!'hitungan didapatkml etisiensi proses evaporasi tmlggal2, 7 dan 9 Oktober 2017 adalah 59.98%, 57.99% dan 56.236%. Penumnml etisiensi Proses evaporasi disebabkan oleh peningkatml extrak kering dalam konsentrat. Evaluasi efisiensi lain yang dapat mel11pengaruhi nilai efisiensi antara lain pressllre drop pada pipa, transfer panas ke lingkungan, pembentukml korosi dan kerak, serta berbagai hal yang dapat memengaruhi kualitas steam. Kata Kunci : Evaporasi, Kalor panas, Efisiensi ABSTRACT EI'~,ILUATlON EVAPOR4TlON PROCESS MONTHLY OCTOBER 2017 AFTER CONCENTR4TE BLOIYDOWN. Evaporator is one of the main instmments ofliqllid radioactive waste treatmelll. Since the evaporation system has been in operation for more than 30 years, the efficiency of the post-blow down concell1ration in the evaporation system is calclilated. Efficiency is calclilated by real inpllt data and steam Olltput on the processing system and characterization Slipport during evaporation operations. The calCIIlation result obtained efficiency of evaporation process on 2, 7 and 9 Okotber 2017 is 59.98%, 57.99% and 56.236%. Decrease efficiency of evaporation process by increasing dry extract in concentrate. Evaillations that may affect efficiency inclllde pressure drop on pipes, heat transfer to the environmell1, con'osion and cmst for711ation, and variolls things that can affict the qllality of steam. Keywords: Evaporation. Heat heat, Efficiency PENDAHULUAN Evaporator merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah keseluruhan atau sebagian pelarut dari sebuah larutan berbentuk cair menjadi uap sehingga hanya menyisakan lamtan yang lebih padat atau kental yang disebut konsentraL proses yang te~iadi di dalam evaporator disebut dengan evaporasi. Cara ke~janya ialah dengan menambahkan k,lIor atau panas yang bertujuan untuk memekatkan suatu lamtan yang terdiri dari zat pelamt yang memiliki titik didih yang rendah dengan pelarut yang memiliki titik didih yang tinggi sehingga pelamt yang memiliki titik didih yang rendah akan menguap dan hanya menyisahkanlamtan yang lebih pekat dan memiliki konsentrasi yang tinggi. Evaporasi dapat didcfinisikan scbagai suatu opcrasi dimana suatu lamtan dipisahkan berdasarkan volatilitasnya. Komponen yang sulit menguap tetap berada dalam fase cairo sedangkan yang mudah menguap diubah dalam fase gas, sehingga didapatkan lamtan yang lebih pekat. Perpindahan panas dan perpindahan massa adalah dua proses dasar yang terjadi dalam evaporasi. Sehuna proses evaporasi, hams dibcrikan kalor untuk menyediakan energi yang diperlukan untuk mengubah komponen volatil menjadi fase gas (11 Selama proses evaporasi berlangsung. seringkali zat padat mengendap di sekitar bidang pemanas dan membentuk kerak. Adanya kerak menyebabkan teJjadinya kenaikan tahanan terhadap perpindahan panas, dan akibatnya ialah semakin lambatnya proses pemisahan pada evaporator. Pembentukan kerak semacam ini tidak dapat dicegah. dan teJjadi pada semua jen.is evaporator. tetapi kecepatan pembentukannya dapat diperlambat. Zat-zat pembentuk kerak paling terkenal adalah Ca(OHh. CaS04. Na2C03. Na2S04 dan garam-garam dari asam organik tertentu. Sangat tidak mungkin untuk mencegah pembentukan kerak apabila dalam sampel umpan terdapat bahan-bahan pembentuk kerak, kecepatan pembentukan dapat diperlambat dengan kecepatan yang tinggi lewat bidang pelnanas. Salah satu card untuk pembersihan kenIk pad a evaporator dapat digumIkan bahan kimia yaitu dengan asam penghilang kerak seperti HN03[2J 75
8
Embed
EV ALVASI EFISIENSI PROSES EV APORASI PASCA …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding... · didapatkml etisiensi proses evaporasi tmlggal2, 7 dan 9 Oktober 2017 adalah 59.98%,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Hasil PeneliUan dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979
EV ALVASI EFISIENSI PROSES EVAPORASIPASCA BLOWDOWNKONSENTRAT
Ajrieh SetyawanPusat Tcknologi Limbah Radioaktif-8adan Tcnaga Nuklir Nasional
EVALUASI EFISIENSI PROSES EVAPORASI PASCA BLOWDOWN KONSENTRAT BULANOKTOBER 2017, Evapomtor mc.'fupakan salah satu instmmcn utama pcngolahan limbah radioaktif cair.Mengingat sistem evaporasi telah beroperasi selama lebih dari 30 tahun, l11aka dilak:ukan perhitungan efisiensiterhadap pengaruh pasca blowdO\\1l konsentrat pada sistem evaporasi. Etisiensi dihitlmg dengml data real inplltdan Olltpllt steam pada sistcm pengolahan dan dukung karaktcrisasi sdal11a o\K'fasi cvaporasi. Hasil pl..'!'hitungandidapatkml etisiensi proses evaporasi tmlggal2, 7 dan 9 Oktober 2017 adalah 59.98%, 57.99% dan 56.236%.Penumnml etisiensi Proses evaporasi disebabkan oleh peningkatml extrak kering dalam konsentrat. Evaluasiefisiensi lain yang dapat mel11pengaruhi nilai efisiensi antara lain pressllre drop pada pipa, transfer panas kelingkungan, pembentukml korosi dan kerak, serta berbagai hal yang dapat memengaruhi kualitas steam.
Kata Kunci : Evaporasi, Kalor panas, Efisiensi
ABSTRACT
EI'~,ILUATlON EVAPOR4TlON PROCESS MONTHLY OCTOBER 2017 AFTER CONCENTR4TE
BLOIYDOWN. Evaporator is one of the main instmments ofliqllid radioactive waste treatmelll. Since theevaporation system has been in operation for more than 30 years, the efficiency of the post-blow downconcell1ration in the evaporation system is calclilated. Efficiency is calclilated by real inpllt data and steamOlltput on the processing system and characterization Slipport during evaporation operations. The calCIIlationresult obtained efficiency of evaporation process on 2, 7 and 9 Okotber 2017 is 59.98%, 57.99% and 56.236%.
Decrease efficiency of evaporation process by increasing dry extract in concentrate. Evaillations that may affectefficiency inclllde pressure drop on pipes, heat transfer to the environmell1, con'osion and cmst for711ation, andvariolls things that can affict the qllality of steam.
Keywords: Evaporation. Heat heat, Efficiency
PENDAHULUAN
Evaporator merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah keseluruhan atau sebagianpelarut dari sebuah larutan berbentuk cair menjadi uap sehingga hanya menyisakan lamtan yang lebihpadat atau kental yang disebut konsentraL proses yang te~iadi di dalam evaporator disebut denganevaporasi. Cara ke~janya ialah dengan menambahkan k,lIor atau panas yang bertujuan untukmemekatkan suatu lamtan yang terdiri dari zat pelamt yang memiliki titik didih yang rendah denganpelarut yang memiliki titik didih yang tinggi sehingga pelamt yang memiliki titik didih yang rendahakan menguap dan hanya menyisahkanlamtan yang lebih pekat dan memiliki konsentrasi yang tinggi.
Evaporasi dapat didcfinisikan scbagai suatu opcrasi dimana suatu lamtan dipisahkanberdasarkan volatilitasnya. Komponen yang sulit menguap tetap berada dalam fase cairo sedangkanyang mudah menguap diubah dalam fase gas, sehingga didapatkan lamtan yang lebih pekat.Perpindahan panas dan perpindahan massa adalah dua proses dasar yang terjadi dalam evaporasi.Sehuna proses evaporasi, hams dibcrikan kalor untuk menyediakan energi yang diperlukan untukmengubah komponen volatil menjadi fase gas (11
Selama proses evaporasi berlangsung. seringkali zat padat mengendap di sekitar bidangpemanas dan membentuk kerak. Adanya kerak menyebabkan teJjadinya kenaikan tahanan terhadapperpindahan panas, dan akibatnya ialah semakin lambatnya proses pemisahan pada evaporator.Pembentukan kerak semacam ini tidak dapat dicegah. dan teJjadi pada semua jen.is evaporator. tetapikecepatan pembentukannya dapat diperlambat. Zat-zat pembentuk kerak paling terkenal adalahCa(OHh. CaS04. Na2C03. Na2S04 dan garam-garam dari asam organik tertentu. Sangat tidakmungkin untuk mencegah pembentukan kerak apabila dalam sampel umpan terdapat bahan-bahanpembentuk kerak, kecepatan pembentukan dapat diperlambat dengan kecepatan yang tinggi lewatbidang pelnanas. Salah satu card untuk pembersihan kenIk pad a evaporator dapat digumIkan bahankimia yaitu dengan asam penghilang kerak seperti HN03[2J
75
Ajrieh Setyawan : Evaluasi Efisiensi ...
Neraca Kesetimbangan
feed r-
TF· .'(p' hF
METODOLOGI
vapor V
Tt!Yv.Hv
PI
condensate S
Ts,lls
concentrated liquid L
T',XL. ilL
Gambar 1 Sistcm Evaporator
Tujuan analisis cfisicnsi sistcm cvapordtor pasca blowdown konscntrat untuk mcnghitungcfisicnsi kalor sistcm cvaporasi lPLR dan mcngetahui hal-hal yang mcmcngaruhi nilai cfisicnsi kalor.Analisis ini dilakukan dengan cara membandingkan jumlah steam yang dibutuhkan dari hasilpcrhitungan mcnggunakan ncraca kalor dcngan steam yang digunakan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengolahan Data:
Data hasil Cntlwrasi pada bulan Oktobcr.
Parameter data perhitungan efisiensi evaporasi diperoleh dari data umpan limbah. steam panas.Produk konsentrat dan Destilat
2. Mencari CpTF = 102°CInterpolasi dari Genakoplis Appendix A.211
Temperature (0C) Cp (kJ/kgK)93.3
4.229
102x
121.1
4.271
Temperature Pressure Vapor(0C)
(kPa)150
475.8
x
480
155
543.1
3. Mencari hF
hF = Cp x (T F - T 1)
= 4.2391 kJ/kgK x (375 - 423.3)K= 4.2391 kJ/kgK x -47.3 K= -204.748 kJ/kg
x- 150155 -150x-150
5
67.3 x - 10095
67.3 xx
480-475.8543.1-475.84.2
67.3
= 21
= 10116
= 150.3°C
x-4.229
4.271-4.229x-4.229
0.042
27.8 x - 117.5662
27.8x
x
102-93.3
121.1-93.38.7
27.8
= 0.3654
= 117.9316
= 4.2421
4. Mencari hsT = 150.3°C
Interpolasi dari Geankoplis AppendixA.2-9
Temperature Enthalpy Liquid(0C)
(kJ/kg)150
632.20150.3
~,-155
653.84
5. Mencari HsT = 150.3°C
Interpolasi dari Geankoplis Appendix A.2-9
Temperature Enthalpy(0C)
Sat. Vapor(kJ/kg)150
2746.5150.3
x155
2752.4
78
x-632.2
653.84-632 .2x-632.2
21.64
5x - 3161
150.3 -150
155-1500.3
5
= 6.492
x-2746.5
2752,4 -2746.5x-2746.5
5.9
5x - 13732.5
150.3 -150
155-1500.3
5
=1.77
Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979
5x
x
= 3167.49
= 633.49 kJ/kg
5x
x
6. Mcncari J\
J\ = Hs - hs
= 13734.27
= 2746.8 kJ/kg
= 2746.5 kJ/kg - 633.49 kJ/kg
= 2113.36 kJ/kg
7. Mencari kebutuhan steam (s)
Nilai Hv dan Hl. didapat dari steam table Smith Vanncss.
Hv = 2113.6 kJ/kg
Hl. = 2558.6 kJ/kg
F x hF + s x J\ = L x hl. + V x Hv
765.124 kglh x (-200.509) kJ/kg + s x 2113.36 kJ/kg = 13.644 kglh x 2558.6 kJ/kg + 734.229
kglh x 2113.6 kJ/kg
-153414.2481 + 2113.36 s = 34909.5384 + 1551866.4144
2113.36 s
s
= 1740190.2009
= 840.6021 kglh
= 0.2335 kgls
8. Mencari q
q = J\ x s
= 2113.36 kJ/kg x 0.2335 kgls
= 494.4026 kJ/s
9. Mencari efisiensi (11)
s actual = 0.39 kgls
s teoritis . 100%'1 - x. - s aktual
= 0.::!335 x 100%0.39
= 59.8719%
Pada pcngkajian pcngolahan data dilakukan analisa tcrhadap nilai cfisicnsi cvaporator padalanggal 2, 7, dan 9 di bulan Oktobcr 2017. Analisa efisicnsi dilakukan agar dapat mcngclahuikemampuan suatu alat dalam bcropcrasi. Nilai cfisicnsi yang semakin rcndah mcnunjukkan bahwaalat akan semakin lama dalam beroperasi. Jika sistem evaporasi beroperasi dengan baik maka dapatmCllgolah scbanyak 0.75 nhjam limbah radioaktiC namun dengan cfisicnsi yang rendah maka akanmengolah lebih sedikit limbah. Data pengolahan data dapat dilihat pada graftk 1.
79
Ajrieh Setyawan Evaluasi Efisiensi ...
60
59,5
59
58,5
Vi 58c:
:~ 57,5c:; 57
56,5
56
55,5
55
y =0,S092x t 61.126R' = 0,9584
".
') 3 4 5
waktu
6 7 8 9
Gratik 1. Hubungan Efisiensi Vs Waktu
Berdasarkan data pada Grafik I, didapatkan grafik antara waktu terhadap efisiensi. Diperlukanpenambahan asumsi pair dalam mencari nilai fraksi. p campuran diperlukan dalam perhitungan nilaifraksi dikarenakan umpan yang mas uk dan konsentrat yang keluar juga masih mengandung air.
Pada tanggal 2 Oktober efisiensi evaporator yang didapatkan yaitu 59.98, pada tanggal 7Oktober efisiensi yang didapatkan yaitu 57.99% dan pad a tanggal 9 Oktober efisiensi yang didapatkanyaitu 56.236%. Semakin lama waktunya. efisiensi semakin menurun. Hal ini sesuai dengan literaturbahwa urnpan yang berisi air limbah I"ddioaktif dapat menurunkan efisiensi suatu alat karenamengandung mdionuklida dan bahan buangan yang lain. Semakin lama alat tersebut digunakandengan umpan yang sarna. semakin rnenurun efisiensinya. Penumnan efisiensi dapat disebabkan jugakarcna adanya korosi dan kemk. Korosi dan kemk pada permukaan penghantar panas dapatmenghambat proses perpindahan panas pada evaporator sehingga dibutuhkan steam yang lebih banyakagar evaporasi berjalan nonnal. Selain itu, penumnan efisiensi kalor dapat disebabkan karena terdapatpipa yang bocor dan kesalahan alat ukur. Penunman efisiensi kalor dapat dicegah dengan cara adanyapercrnajaan berkala pada alat evaporator.
Pada analisis kalor digunakan suhu referensi 28°C. artinya saat lamtan berdda pada 28°Ctempemtur non11al. Penentuan suhu referensi pada 28°C agar analisis lebih mudah dipahami. Untukmateri yang berada dalam fase cair (umpan. konsentmt. kondensat) jumlah kalor total yang dibawasama dengan jumlah kalor sensibelnya. dikarenakan dari suhu 28°C sampai pada kondisi akhir tidakdiperlukan pembahan fase. Sedangkan pada masukan steam. kalor total yang dibawa mempakancampumn dari k,Jlor untuk menaikkan sulm steam (pada fase cairo dari 28°C hingga titik didihnya)serta kalor laten yang dibutuhkan steam untuk bembah fase menjadi uap. Pada vapor. selain kaloruntuk menaikkan suhu pada saat cair dan k,Jlor untuk bembah fase, k,Jlor juga digunakan untukrnenaikkan suhu pada fase gasnya. Kondisi tersebut dinamakan superheated.
Tidak sempumanya nilai efisiensi kalor disebabkan oleh bebempa hal salah satunya olehpressure drop. Pressure drop disebabkan karena adanya gaya gesek yang terjadi dengan pipa. Gayagesek tersebut dapat meningkatkan tahanan pada transfer l11assa dari boiler l11enuju evapomtor.sehingga properti steam yang dihasilkan pada boiler tidak sarna dengan steam yang digunakan dievaporator. Selain pressure drop. efisiensi juga sangat dipengamhi oleh tmnsfer panas keluar sistem.Pada praktiknya, kalor yang dibawa oleh steam tidak sepenuhnya digunakan untuk l11emisahkankonsentmt dan destilat. l11elainkan juga didapat kalor yang lepas pada pipa dari boiler menujuevaporator. dan ballkan perpindahan panas keluar sistemjuga terjadi pada evapomtor. Pressure dropserta pelepasan kalor ke lingkungan t idak dapat dicegah. melainkan hanya dapat dikurangi dampaknyapada sistel11evapomsi.
Selain pressure drop dan transfer panas keluar sistem .. penumnan efisiensi kalor juga dapatdisebabkan karena reaksi antam lil11bah radioaktif cair dengan pcralatan yang digunakan (korosi.kemk). Korosi dan kemk pada penmlkaan penghantar panas dapat menghambat proses perpindahanpanas pada evaporator sehingga dibutuhkan steam yang lebih banyak agar evaporasi berjalan nonna!.Selain itu. penumnan efisiensi kalor dapat disebabkan karena terdapat pipa yang bocor. kesalahan alatukur. dan sebagainya.
80
Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017
KESIMPULAN
ISSN 0852-2979
Dari kegiatan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa kinelja alat evaporator masih baikdengan evaluasi efisiensi sistem evaporasi pasca blowdown bulan oktober tanggal 2, 7 dan 9 oktober2017 adalah 59.98%, 57.99% dan 56.236%. Hal-hal yang mempengaruhi efisiensi yaitu pressuredrop pad a pipa, transfer panas ke lingkungan, pembentukan korosi dan kerak, selia berbagai hal yangdapat memengaruh i kualitas steam.
DAFT AR PUST AKA
[1] Benedict, M., Pigford, T. H., & Levi, H. W. (] 98 I). Nuclear Chemical Engineering. NewYork: McGraw-Hill.
[2] Evaporation System, System Note RWI 220 NJi'yl 0001. (Uhn.).[3] Walman, E. (1994). Evaporasi. Serpong: Pusat Teknologi Pengolahan Limbah Radioaktif
Badan Tenaga Atom Nasional.
[4] hup:l/nptel. ac.in/co urses/ 1031 03032/module9/lec38/3. html. (Ulm.). Dipetik February 28,2017, dari NPTEL Web site: http://nptel.ac.in/courses/103103032/module9/lec38/3.html
[5] Badan Tenaga Nuklir Nasional- Sejarah. (Uhn.). Dipetik February 27,2017, dari BAT ANWeb site: http://www.batan.go.idlindex.php/idlhome/seiarah
[6] Nagasaki, S. (2015). Radioactive Waste Engineering and Management. Tokyo: Springer.[7] Purnomo, S., Setyawan, A., & Aji, D. (2015). Karakterisasi Limbah Radioaktif Cair untuk
Kesesuaian Proses Evaporasi. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan LimbahXf/f Tahun 2015, (hal. 37-43).