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

Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gedung 50E-mail: ajrieh@batan.go.id

ABSTRAK

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

Liquid WasteSteam- -

Time FQFR PIFRFCVTRPI(day)

2200122001Tank

Pump2204/056250162501625016250162501

(L)(m3/h)2200 I (%)

(bar)(bar)(m3/h)(%)(%)(OC)(bar)

2

273487.40.746646.2251.2666I. 7062579.25291034.8

7

290146.50.736633.2551.21421.05142944.2829.1421024.8

9

306353.50.763521.7751.0751.7062579.2528.8751034.8

DcminCooling Water

EvaporatorWaterFI62201

FI 625104TI 62 I04pr62104LR 22010 (%)

PR 22012 (mbar)TR 22001

(Uh)'Yo(OC)(kg/m3 ) (OC)

196.5

10029.62 656.625 66102

200

lOa29.35 5.6557.71464.85714286Ion

195

10029.5 659.125 65.5100

76

Presiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979

COncl.'fllrate DcstillateTank

LR 22004

TI 22004Sample NoCR 22001T,mk 2206SmnpleLI 22002LI 22003('Yo)

(OC)R 22010mSI cm No('Yo)('Yo)

36

281691.6540.7771786.88 15.66

38

2820124.849.6252128.125 31

38

2824129.857.112549.25 38.5

Liquid WasteCOnCl.'f1trateDcstilatc

Li2201 A(%)

Li 2201 D (%)LR 2204 (%)LR 22010 (%)Li 2206 A (%)I,i 2206 f3 (%)

45.5

653656.778740.2

32.42857143

653857.714285718749.625

21.77

653859.128757.11

Neraca Massa

p

p

timepfpairp f + Pvf

F (kg/h)xfkonsentratpairkonsentratL(kg/h)

XLV (kg/h)Xv(day) (g/L)(g/L)air (g/L)(dm3/h) (g/Ll+ pair(g/L) (g/L)2

1.810001001.8763.75765.1240.0018109,2510001109.2513.96280.0984751.16180

7

1.810001001.8736.67737.9920.0018109.7510001109.7513.40960.0989724.58300

9

1.810001001.8763.75765.1240.0018139.0510001139.0510.51310.1220700.76480

Neraca Enemi

Ts CC)Ps (bar)I's (kPa)

P evapP evapCp

Ts (0C)hslIs

(mBar) (kPa)(kJ/kgK)

103

4.848065.56.554.2421150.3633.492746.85

102

4.848064.86.494.2391150J633.492746.85

103

4.848065.56.554.2391150J633.492746.85

-Ii

HLHv~THI'S

SS aktualErisiensiq (kJ/kg)(kg/h)

(his)(kg/s)2113J6

2558.62113.2-48.3-204.89842.180.2339OJ959.98494.402113J6

2558.62113.2-50J-210.25814.180.2261OJ957.99477.962113J6

2558.62113.2-50J-210.25789.560.21930.3956.23463.50

pL

Perltitungan Ncraca Massa

Diketahui:

PF = 1.8 gILPL = 109.25 gILpair = 1000 gIL

3. Mencari XL

XL=p campuran

Mcncari L

I. Mcncari F

F = P campuran x VF

F = (1.8 + 10(0) ~ xL

=765124.75 ~h

= 765.124 kglh

763.75 dm3h 4.

L

109.25 9----1109.25 L

= 0.0985 glL

= F x XIXL

77

2. Mencari XFpf

Ajrieh Setyawan : Evaluasi Efisiensi ...

XF =p campuran

=~~1001.8 L

= 0.0018 gIL

Pcrhitungan Ncraca Encrgi

Oiketahui:Ts = 103°CPs = 4.8 bar = 480 kPa

P evaporator = 66 mBar

I. Mencari T]Ps = 480 kPa

Interpolasi dari Geankoplis AppendixA.2-9

r.:9 . 9765.124 Ii'x 0.0018 L

90.0985 L

= 13.644 kglh

5. Mencari V

V =F-L

= 765.124 kglh - 13.644 kglh

= 734.229 kglh

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).

81

ZB