ISSN 0216 -3128 Zainus Sa/imin dan Thamzi/ Las184

PRARANCANGAN REAKTOR FABRIKASI PENUKAR IONGANDA ZEOLIT ALUMINO SILIKO FOSFAT DARI ZEOLITALAM

2Zainus Salimin daD Thamzil LasPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif Batan. Serpong

ABSTRAK

PRARANCANGAN REAKTOR FABR/KASI PENUKAR ION GANDA ZEOLIT ALUMINO SILIKO FOSFATDAR/ ZEOLIT ALAM. Telah dirancang reaktor fabrikasi penukar ion Kanda zeolit alumino siliko fosfat(ASP) kapasitas 30 kgljam dari material alam termodifikasi. Rancangan didasarkan pada karakteristikfabrikasi ASP dari zeolit alam yang direaksikan dengan amonium dihidrogen fosfat (ADHP) pada rasio2/3, suhu 235 'C selama 4 jam. Reaktor yang dipilih jenis Indirect-heat calciner rotary dryer, bahanstainless steel304L, dimana transfer panas dari medium pemanas ke padatan melalui dinding metal tabungsilinder, bagian luar tabung silinder dikelilingi pemanas listrik. Zeolit don ADHP sejumlah 36,3 kgljamdiumpankan ke reaktor dengan screw conveyer, di ujung pengeluaran pada tabung silinder dilengkapi unitpenyemprotan air mendidih. Tabung silinder reaktor hasil rancangan berdiameter 0,61 m, panjang 5,49 m,dipasang dengan kemiringan 2 cmlm, berputar dengan kecepatan 21 rotasi Ij. Sistem penggerak rotasitabung silinder terdiri dari sebuah motor penggerak 3 kW; be rpm 2, sistem gigi transmisi untukmemperoleh rph tabung silinder 21, dun 2 buah t~nnion roll assembbly. Pemanas listrik yang dipakaimemberikan panas 17.918,78 kcallj, digunakan kaw'!Jtpemanas standar AWG no. 15 panjang 6.971,4 cmyang dililitkan melingkar pada tabung silinder,jumlah lilitan 34 danjarak antar lilitan berdekatan 15,5 cm.

ABSTRACTDI::S1GN OF REACTOR FOR FABR/CATIOIN ()F DOUBLE EXCHANGE ION RES'IN OF ZEOLITEALUMINO SILICO PHOSPHATE FROM NATURAL ZEOLITE. Reactor for fabrication of double exchangeion resin of zeolite alumino silico phosphate 30 kglh from natural zeolite has been designed. The design ofreactor was based on the characteristic of ASP fabrication from natural zeolite and ADHP on its ratio 2 :3, temperature condition of 235 'C, during 4 hours. The preferred reactor is indirect-heat calciner rotarydryer. stainless steel 304 L material. in which the heat transfer from heating medium 'to material feed ispass-through metal cylinder wall. The electrical heating element is twisted around cylinder. Zeolite andADHP on the rate of 36.3 kglj are feeding to reactor by screw-conveyer, on the outer part of cylinderequipped with spraying of boiling water. Cylinder shell of reactor designed has 0.61 m oj diameter. 5.49 mof length, 2 cm/m of cylinder shell inclination, and 21 rph of speed rotation. The rotating system of cylindershell consist of drive motor 3 kW, 2 rpm, gear transmission system for 21 rph of cylinder shell, and 2trunnion roll assembly. Electrical heating medium give 17,918.78 kcal/h heat, it was used 6,971.4 cm wirelength of heating element standard AWG no. 15 on the number of winding 34 and distance between winding

15.5 cm.

PENDAHULUANZeolit alam (senyawa alumino-silikat)

banyak terdapat di Indonesia, bahan berpori yangmempunyai sifat sorpsi dan penukar ion yang baiksehingga dapat dimanfaatkan untuk bermacamproses pemisahan. Dalam kegiatan industri danteknologi banyak dilakukan proses pemisahan ionlarutan dengan teknik penukar ion, antara lainpengambilan kation dan anion dari air untukpenyediaan air mumi dan air boiler sehinggapengoperasian boiler lebih aman dan ekonomisserta umur boiler lebih lama, dan proses pemisahanion polutan limbah cair yang ditimbulkan darikegiatan industri sehingga air buangan yangdilepas ke lingkungan tidak menimbulkankerusakan lingkungan alam dan membahayakan

manusia['I.

Penukar ion adalah senyawa atau bahanyang mempunyai gugus fungsional yang mudahdipertukarkan dengan ion-ion polutan. Umumnyadi Indonesia digunakan penukar ion organik bahanimpor yang harganya mahal dan kestabilanterhadap suhu rendah < 200 °C. Zeolit alam dapatdimodifikasi menjadi penukar ion ganda bentukalumino-siliko-fosfat (ASP) melalui reaksipemanasan zeolit dengan amonium dihidrogenfosfat (ADHP). Penukar ion ASP mempunyaikestabilan terhadap suhu cukup tinggi (> 600 °C)sehingga dapat digunakan secara langsung padaproses pemisahan suhu tinggil'l.

Dari penelitian sebelumnya telah dipelajarikarakteristik fabrikasi resin penukar ion ganda ASPdari material zeolit alam yang direaksikan denganADHP pada suhu 235 °C selama 4 jam, lalu

-Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001

Zainus Safimin dan Thamzif Las ISSN 0216 -3128 185

dimasukkan dalam air mendidih. Hasil yangdiperoleh adalah rasio ADHP daD zeolit 3/2memberikan ASP yang terbaik dengan kemampuanpengikatan ion Sf+ daD Cl- yang maksimal.Pemanasan awal daTi suhu kamar sampai 235 °Cdengan oven 1200 Watt memerlukan waktu 45menit. Proses penguapan air pada laju tetap 0,1345g air/(g bahan x jam} memerlukan waktu 52 menit,pada pemanasan 97 menit daTi awal operasidiperoleh kandungan air kritis 0,0994 g air/g bahankering. Setelah waktu pemanasan lebih daTi 97menit, proses penguapan air terjadi dengan lajujatuh!!]. Guna usaha memproduksi penukar ionganda ASP untuk substitusi resin penukar ionimport yang digunakan dalam industri daDteknologi, perlu dilakukan rancang bangun reaktorfabrikasi ASP yang selanjutnya diharapkan dapatdirealisasikan untuk pembuatan reaktor tersebut.

TEORI

Panas yang dibutuhkan untuk berlang-sungnya reaksi pernbentukan ASP tersebut rneliputipanas sensibel zeolit daD ADHP dan.. suhu awalrnenjadi suhu 235DC, panas sensibel air dari suhupadatan awal rnenjadi suhu penguapan, panaspenguapan air, panas hidrasi air, panas sensibel uapair dari suhu penguapan/hidrasi air rnenjadi suhu235DC, panas sensibel cairan yang rnasihterkandung dalam bahan dari suhu

penguapan/hidrasi rnenjadi 235DC, panas pelepasanK+ daD panas pelepasan Si.

Panas sensibel zeolit rnl x CP. x ~TisJ,dimana rn. = rnassa zeolit, CPI = panas jenis zeolitdaD ~T = T2 -T. (T. = 235 DC daD T2 = suhu

atmosfer). Panas sensibel ADHP rn2 x CP2 x ~T,dimana rn2 = rnassa ADHP, CP2 -panas jenis

ADHP. Panas hidrasi air dalam zeolit Bayah telahdiukur dengan alat Differential Thermal Gravi-metri, dirnana cuplikan zeolit dipanaskan.Kehilangan berat air karena hidrasi yang terjadipada suhu 74,8-290 DC adalah sebesar 2,1 %, daD

panas hidrasinya 3,2986 x 1 O"~ ~ ataumg

2,8382 x 10.5 caVrng. Panas pelepasan K+ berharga11,59 kJ/rnole zeolir6J.. Rurnus zeolit Bayahberdasarkan penelitian terdahulu adalah:N ao,\ sK C~O4M~. 7Mno.o2F eo..4( Al OJ6. 76(SiOJ29,32.6,57H2O, yang rnernpunyai BM

2461,82[2).

Reaksi Pembentukan ASP

Zeolit bereaksi dengan ADHP pada suhu235 °C membentuk ASP, reaksinya adalah sebagaiberikutil.2.3.4! :

Rotary-Dryer

Rotary-dryer adalah jenis alat yang biasadipakai untuk pengeringan padatan atau treatmentpemanasan padatan pada suhu tinggi. Rotary-dryerterdiri dari silinder yang diputar pada suatubantalan poros dan biasanya mempunyai posisisedikit miring terhadap bidang horizontal(1).Panjang silinder berharga 4-10 kali diameter,bervariasi dari 0,3 m sampai lebih dari 3 m.Padatan diumpankan melalui salah satu ujungsilinder dan bergerak melalui perputaran dankemiringan silinder, kemudian keluar pada ujungsilinder yang lain. Berdasarkan metode transferpanasnya, rotary-dryer diklasiflkasikan sebagai;direct-rotary dryer, indirect-rotary ~~ danrotary dryer special types. Disebut direct "rotarydryer bila panas yang ditambahkan ke padatanmelalui kontak dan pertukaran langsung antara gaspemanas dan padatan, dan merupakan indirectrotary dryer bila medium pemanas dipisahkan darikontak dengan padatan melalui dinding metal atautube. Pada indirect rotary dryer dimana transferpanas dari medium pemanas ke padatan melaluidinding metal seperti pada indirect-heat calciner,bagian luar silinder metal kosong dikelilingi api

Pada suhu 235 °C tersebut ADHP meleleh, untukmembantu agar reaksi berjalan baik pencampuranzeolit dan lelehan dengan pengadukan perludilakukan.

Molekul air dalam zeolit mudah terhidrasisehingga selama pemanasan berlangsung air akanlepas dari zeolit. Pelepasan molekul air dari zeolittersebut akan terjadi pada periode pemanasan awaldimana laju penguapan naik secara bertahap, padaperiode reaksi dan penguapan laju tetap, dan padaperi ode pemanasan akhir dimana laju penguapanturun. Periode proses penguapan laju tetap adalahperiode dim ana kecepatan penghilangan air per

unit luas permukaan penguapan (kecepatanpenguapan) berharga konstan. Data pelepasanmolekul air dari zeolit yang direaksikan denganADHP pada suhu 235 °C selama 4 jam terlihat

pada Tabel 1 (hasil penelitian terdahulu)I'I.

--Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Agustus2001

ISSN 0216 -3128 Zainus Salim in don Thamzil Las186

PERHUUNGAN RANCANGAN REAKTORF ABRIKASI ASP

Penentuan Kapasitas Reaktor

Reaktor fabrikasi ASP basil rancanganmerupakan reaktor fabrikasi ASP skala unitketeknikan, digunakan untuk memperoleh unjukkerja fabrikasi ASP, merupakan model reaktoruntuk dapat ditingkatkan dalam fabrikasi ASPskala industri. Dipilih kapasitas reaktor 30 kgASP/jam. Sesuai basil penelitian terdahulu dalamTabel 1 untuk memperoleh 30 kg ASP diperlukanbahan!ll :

Pemilihan Jenis Reaktor

Reaktor yang dipilih adalah rotary-dryer tipeindirect-heat calciner dari bahan stainless-steel304L dengan pemanas listrik.- Campuran padatanADHP daD zeolit rasio 3/2 diiumpankan masuk ketabung silinder secara kontinyu dengan screwconveyer, panas dari elemen pemanas listrikditransfer ke padatan melalui dinding metal tabungsilinder sehingga suhu campuran padatan menjadi235 °C. Untuk menghindari tergelincirnyamaterial sewaktu terdorong perputaran daDkemiringan tabung silinder, pada bagian dindingdalam tabung tersebut dipasang sudu penghalang-pengangkat (lifter) 450 lip flights. Ujungpengeluaran padatan pada tabung silinderdilengkapi dengan unit penyemprotan airmendidih. Sistem penggerak rotasi tabung silinderterdiri dari sebuah motor penggerak daD 2 buahtrunnion roll assembly. Untuk menghindaripengerakan lengketan padatan pada bagian dalamsilinder, dipasang alat pengeruk scraper-chain

Perhitungan Ukuran Tabung Silinder ReaktorDensitas ~olit Bayah 2,22 g/mI121, kecepatanpengumpan zeolit 4.520,1100 g/j, kecepatanpengumpanan ADHP 21.780,1655 g/j, daD waktutinggal bahan dalam reaktor 4 jam.Volume bahan:

pemanas atau pemanas listrik. Untuk suhu operasi650-700 OK dapat digunakan material silinder darikarbon (carbon steel), daD untuk suhu operasi 800-1025 oK dapat dipakai stainless-steel.

Indirect-heat ca/ciner tipe batch ataukontinyu, digunakan untuk treatment pemanasanatau pengeringan pada suhu tinggi. Peralatantersebut hanya memerlukan aliran gas yangminimum untuk membersihkan silinder saatpenanganan butiran padatan, mengurangi debu, daDmengusir gas basil pemanasan. Indirect-heatcalciner digunakan setaro luas antara lain padaaktivasi arang kayu, mereduksi kadar oksida yangtinggi dalam mineral menjadi berkadar rendah,kalsinasi silika gel, pengeringan daD penghilanganbelerang dari kobalt, tembaga daD nikel, reduksioksida metal, daD pembakaran zat pengotor organikdalam padatan[7]. Unit indirect-heat calciner terdiridari bagian utama tabung silinder yang berputardalam tungku pembakaran yang diam bentuksilinder <furnace bentuk silinder). Tungku tersebutdisusun sedemikian sehingga pembakaran bahanbakar terjadi dalam bagian annulus antara tabungsilinder daD furnace. Tabung silinder dipasangmemanjang melebihi panjang furnace di keduaujungnya. Perpanjangan kedua ujung tersebut .sampai di bagian riding-ring daD roda gigipenggerak. Padatan diumpankan ke bagian tabungsecara kontinyu dengan screw-conveyer. Dalambeberapa keadaan dimana diinginkan mendi-nginkan produk sebelum pengambilan keluar,ujung pengeluaran pada tabung silinder dilengkapidengan tambahan unit pendingin dimana dilakukanpenyemprotan air pelluingin. Gas panas daribagian pemanas dikeluarkan melalui pipa menujucerobong. Skema dari peralatan indirect-heatcalciner ditunjukkan pada Gambar 2. Untukmenghindari tergelincimya padatan sewaktuterdorong perputaran daD kemiringan tabungsilinder, dipasang sudu penghalang-pengangkatyang berfungsi secara longitudinal, dilas padadinding dalam silinder seperti Jitunjukkan padaGambar 3. Untuk menghindari pengerakanlengketan padatan pada bagian dalam silinder,dipasang alat pengeruk scraper-chain.

Dalam indirect-heat calciner, transfer panasterutama melalui radiasi dari dinding silinder kepadatan, efisiensi thermal berharga 35-65%.Faktor pembatas dalam pemindahan panas beradadalam konstanta konduktivitas daD konstantaradiasi dari logam silinder daD padatan. Koefisientransfer panas mempunyai harga dari 17 J/m2.dt.oKuntuk operasi suhu rendah sampai 85 J/m2.dt.oKuntuk proses suhu tinggi.

4x14.520.11g .4x21.780.16552.22glml .1.68glml

(20.162.36+.51.8.51..54)nl-

18.019.9ml -18,01991

Prosldlng Pertemuan dan Prea.ntaailimiah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 7.8 Aguatua2001

Jadi kecepatan pengurnpanan zeolit dan ADHPberturut-turut adalah 14.520,11 g/j dan21.780,1655 g/j.

ISSN 0216 -3128 187Zainus Salim in dan Thamzil Las

Tabung silinder reaktor terisi 7% padatan[7].Volume tabung silinder reaktor

100= ~x78,0199/ = 1114,57/

Q2 = panas hidrasi= 2520,1102 x 103 mg/jam x 2,8382 x 10.s

cal/mg = 7.152.576,67 cal/jam

Panas Pelepasan K+

Panas Pelepasan K+ berharga 11,59 kJ/molezeolit = 2,77 kcal/mole. Rumus zeolit Bayah[2]

N ao,l sK 1,«C~O4M~, 7Mno,O2F eo,«( Al OJ6, 76(SiOJ29,32,6,57H2O, BM zeolit Bayah = 2461,82,beret zeolit = 14.520,11 g/j = 5,8981 gmole/j. Q3= Panas pelepasan K+ = 5,8981 gmole/j x 2,77Kcal/gmole = 16,3377 kcal/j.

7Diarnbil faktor keamanan 20%Volume tabung silinder reaktor

= 1,2xl I 14,571 = 1337,4841Diarnbil panjang tabung silinder

= 9.x.diameter Jabung.si/inder

Panas Pelepasan Si0

Sesuai reaksi (1) gugus Q-Si-Q dilepas daDQ I

Diambil diameter standar 0,61 m (Tabel 20-22referensi [7)).D = 0,61 m -+ L = 5,49 m.

0Perhitungan Kebutuhan Panas Reaksi Padadiganti gugus O-P+-O

I

0Besarnya panas pelepasan Si tersebut tidakditemukan di literatur. Dianggap panas pelepasanSi (Q4) sarna dengan panas pelepasan K (QJ. Q4 =Q3 = 16,3377kcal/jam.

K .30.kg.ASPapasltas .

JPanas Sensibel Umpan Zeolit daD ADHP

Q. = Panas sensibel zeolit = m.xC P, xAT

jamQb= Panas sensibel ADHP = m2xCp,x~T

m2 = 21.780,1655 g/jam

21.780,1655 g.mo/e = 189,3927 gmo/e-jam15 jam

ca/ (7) dan ilT = 206 oK,

ca/Qb = 189,3927 g.mole/jam x 28,3 x 206

°K.gmole

Perhitungan Pemanas Tabung Silinder Reaktor

Digunakan pemanas listrik untuk memanasitabung silinder reaktor, kawat pemanas dililitkanmelingkar pacta tabung silinder. Panas yangdiberikan pemanas listrik berharga 17.918,7790

kcal/j.

+ Qb =OK = 1.104.121,562 cal/jamQ, = panas sensibel umpan = Q.

(670.015,96 + 1.104.121,562}G~l/jam.

QI =1.774.137,522 cal/jamDari referensi [8}, Q, = 0,86 £

Rdimana: Q, = panas yang diberikan pemanaslistrik (kcaVjam), E = tegangan listrik (Volt), da.'1 R= tahanan kawat (.0.).

\7.918,7790

= 0,86 £Maka R

E2 = 20.835,789

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001

AT = T2-T, (T2= 235 DC daD Tt = 29 DC)Q. = 14.520,11 g/j x 0,224 caVg.DC (235-29) DC =

670.015,96 !::!!.-

Panas Hidrasi Air Dalam Zeolit

Panas hidrasi air dalarn zeolit diukur dengan aJatDifferential Thermal Gravimetry, basil pengukurandiperoleh panas hidrasi = 2,8382 x IO.S cal/mg.Jumlah air yang menguap =

ISSN 0216 -3128 Zainus Salim in dan Thamzil Las188--

Dipakai tegangan listrik 220 Volt (=E)

2202 = 2.3230.0.

Perbitungan Screw ConveyerScrew conveyer berfungsi mengumpankan

36.300,275 g/j campuran zeolit daD ADHP kereaktor (14.520,11 g/j zeolit daD 21.780,1655 g/jADHP). Densitas zeolit 2,22 g/ml daD densitasADHP 1,65 g/ml.Laju alir umpan :

R= --20.835,789

Panjang kawat pemanas listrik dihitung daTi rumus

RAp.LR=- atau L=-A P

dimana: p = tahanan jenis , 1 cirr .mil = 0,7854 X10-6 in2, L = panjang kawat pemanas (ft), dan A =

luas penampang kawat (cirr .mil).Dipilih kawat pemanas listrik standar A WG no. 15.

..Q.cirr milDan tabe123-5 referensl [8] : p = 33,08It

Kawat standar A WG no. 15 mempunyai diameter d= 1,44954 mm dan A = 3257 cirr.mil.

14,520,11;{ 21.780,1655 ~= +=

2,22 %1 1,68 %1

ml';;; jt~19.504,973 .~ 0,0115 'f] men!

Dari referensi [5] dipakai perputaran srew conveyer10,9 rpm.Tenaga yang diperlukan untuk screw conveyer(HP) mengikuti rumuslS] :

HP = CLWF

2,323(l1x3257cirr milL = = 228, 7200ft = 697 ~40Q-mlliirr mil

It33,08

33.000

Panjang kawat elemen pemanas 6971,400cm daD diameter 0,145 cm. Panjang tabungsilinder reaktor 549 cm. Kawat pemanas inidililitkan melingkar pada tabung silinder. Satulingkaran lilitan pada tabung silinder diameter 0,61

m butuh panjang kawat 2Jrx~m atau 191,542

6971,40cm. Perkiraan jumlah lilitan -= 36 liIitan191,54

C = 0,0115 ft3/menit, W = 116,1720 Ib/ft3, F = 3,5

untuk zeolit.Dipakai L = 1 m = 3,28 ft

Harga HP = 2 x 0,0005 = 0,001Efisiensi tenaga 80%. Tenaga yang diperlukanscrew conveyer 0,000625 HP atau 0,46625 Watt.

Untuk pemilihan motor penggerak screwconveyer dilakukan perhitungan torsi sebagaiberikut: T = F.R, dimana F = m x g, m = beretbahan =36,3 kg, g = tetapan gravitasi = 9,8m/detik2, dan R = jari-jari screw conveyer = 0,3 m.T = 36,3 x 9,8 x 0,3 kg.m/def.m = 106,72 N.m.Dipakai faktor layanan (SF) 2. Dari tabel halaman

Jumlah lilitan sesungguhnya ditentukan sebagaiberikut :-Bila jarak satu lilitan ke lilitan berikutnya a

cm, dan jumlah lilitan kawat pemanas n maka:

(nxO,145)+(n+ l)a=549.-Diambil n = 34 -+ a = 15,54 cm.

Harga n = 34 dicocokkan dengan panjang

kawat pemanas 6971,4 cm yang dijadikanlilitan dimana I lilitan butuh panjang kawat

191,54 cm.Pengecekan :(34) (191,54) + (35) (15,54) = 7056,26selisih panjang kawat = 7056,26 -6971,4 =

-; 84,86-Diambil n = 33 -+ a = 16,00 em

Pengecekan:(33) (191,54) + (34) (16,00) = 6865. --Selisih panjang kawat = 6971,4 -6865 =

106,4-Dipakai jumlah lilitan 34 dan jarak antar lilitan

yang berdekatan 15,5 cm.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM.BATAN Yogyakarta, 7.8 Agustus2001

material (lb/ft3), L = panjang conveyer (ft), F =faktor konstanta yang barganya tergantung darijenis material yang ditrartsfer. F = 1,2 untukbermacam tepung, F = 1,4-1,8 untuk tawas, kapur,serpihan graftt dan lain-lain, F = 3-4 untuk semen,lempung, pasir daD lain-lain.Harga HP adalah:-Bila HP basil bitungan kurang dari 2,

perkalikan basil tersebut dengan 2.-Bila HP basil bitungan nilainya 2-4, perkalikan

dengan 1,5.

ISSN 0216 -3128 189Zainus Salimin don Thamzil Las

B-6 referensi [9], diperoleh rpm motor 10,9, motorterpilih tipe 14CI25-D63SFH-4G dengan tenaga0,12 kW.

---~ ~ -~

240x2,OO 13xO,O2= 21,372 rotasi/jam

Tenaga yang dibutuhkan untuk memutartabung silinder reaktor dihitung melalui rumussebagai berikuti7] :

Perhitungan Penggerak : -~-~.'Reaktor

Tabung silinder reaktor yang berdiarneter 0,61m clan panjang 5,49 m, berputar pada suatubantalan. Waktu pelaluan material dalarn tabungsilinder mengikuti rumus sebagai berikut :

~ 0,19L

Tabung

Silinder

1I=~ NDSdimana, e = waktu pelaluan material (menit), L=panjang tabung silinder (ft), D = diamater dalamtabung silinder (ft), N = kecepatan perputarantabung silinder (rotasi/menit), daD S = kemiringan

tabung silinder (ft/ft).

Kecepatan perputaran tabung silinder dihitungsebagai berikut : .

N=~ --

B.D.sD = 0,61 m = 2,0013 ft, L = 5,49 m = 18,0118 ft.Diambil S = 2 cm/m = 0,02 ft/fte = 4 jam = 240 menit

bh = N(4,75dw+0,1925.W.D+0,33.W)!P 100.000

dimana: bhp = brake horsepower (1 bhp = 0,75kW), N = kecepatan rotasi (rotasi per menit), d =diameter tabung si1inder (ft), W = berat total bahanyang berputar (pera1atan daD material (lb), D =diameter riding ring (ft), biasanya diambi1 D =(d+2), daD w = berat material zeo1it daD ADHP

(lb).N = 03562rotasil .d = 20013 ft D = 40013, I menlt' , , ,

ft, w = 36.300,275 g = 80,027 lb. Dari Tabe120-22referensi [7], rotary dryer yang berdiameter 0,61m daD panjang 1,8 m mempunyai berat 1680 kgatau 3703,7037 lb. Maka berat rotary-dryer yangberdiameter 0,61 m daD panjang 5,49 m adalah

549-!.- x3703, 7037 lb atau 11.296,2960 lb, maka W =1,80

(11.296,2960 + 80;027) lb = 11-376,323 lb.

N = 0.19x18.0118 = 0,3562 rotasi/menit

0,3562 {( 4, 75) (2,0°!3) QO,027) + (0~25) Q 1.376,323) (4,~)_+ _(0,33) (1) .376,~1Bhp= 100.000

Bhp = 0,0473

D2=N.xd.=-1-xI20 = 674,16mm

N; 0,356Jadi diameter gigi pemutar tabung 0,67416 m.

KESIMPULAN

Rotary-dryer tipe indirect-heat ca/cineradalah jenis alat yang cocok untuk reaktor fabrikasiASP karena beroperasi pada suhu tinggi danmedium pemanas dipisahkan dari kontak denganumpan padatan, transfer panasnya melalui dindingmetal. Reaktor fabrikasi ASP yang dipilih terdiridari tabung silinder yang berputar pada suatubantalan, yang dikelilingi pemanas listrik. Untukfabrikasi ASP kapasitas 30 kg/j, sejumlah14.520, II 0 g/j zeolit dan 21.780,1655 g/j ADHPdiumpankan ke salah satu ujung silinder denganscrew conveyer dan bergerak melalui,perputarandan kemiringan silinder dengan waktu tinggaldalam reaktor 4 jam. Tabung silinder reaktor hasilrancangan berdiameter 0,61 m, panjang 5,49 m,dipasang dengan kemiringan 2 cm/m, berputardengan kecepatan rotasi 21 rotasi/j. Sistem

Tenaga yang dibutuhkan untuk memutar tabungsilinder = 0,0473 x 0,75 kW = 35,475 W. Efisiensitenaga 80%, tenaga yang diperlukan untukmemutar tabung silinder 45 W.Pemilihan tipe motor dilakukan dengan menggunakankatalog Brook Hansen melalui langkah sebagai

berikuV9] :~ = berat bahan = 5160,3 kg, g = 9,8 m/df, R =jari-jari tabung silinder reaktor = 0,305 m, makaharga torsi T = 5.160,3 x 9,8 x 0,305 N.m = 15.424

N.m.Dari tabel halaman B-24 referensi [9] untuk SF = 2

diperoleh rpm motor 2, motor terpilih tipe92C42B710-DI00LBH-4G dengan tenaga 3 kWdan diameter poros (gigi) d = 120 rom.

Motor 3 kW dengan rpm 2 tersebut digunakanuntuk memutar tabung silinder reaktor pada rpm0,36, diperlukan sebuah gigi transmisi yangperhitungan ukurannya adalah sebagai berikut :N..d, = N2.d2, dimana N. = rpm motor = 2, d, =diameter gigi/poros motor = 120 rom, N2 = rpmtabung silinder reaktor = 0,356 dan d2 = diameter

gigi pemutar tabung.

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus2001

ISSN 0216 -3128 Zainus Sa[imin dan Thamzi[ Las190

penggerak rotasi tabung si1inder terdiri dari sebuahmotor penggerak 3 kW ber-rpm 2, sistem gigitransmisi untuk mempero1eh rph tabung si1inder21, daD 2 buah trunnion roll assembly. Pemanas1istrik yang dipakai memberikan panas 17.918,78kcal/j, digunakan kawat pemanas standar A WG no.15 panjang 6.971,4 cm yang dililitkan melingkarpada tabung silinder, jumlah lilitan 34 daD jarakantar lilitan berdekatan 15,5 cm.

DAFTAR PUSTAKA

3. ANNONIM, "The Theory and Practice of IonExchange", Int. Conf. University ofCambridge Society of Chemical Industry,London (1976).

4. SAND, L.B., and MUMPTON, F.A.,"NaturalZeolit", Occurrence Properties and Uses",Pergamon Press, London (1979).

5. BADGER-BANCHERO, "Introduction toChemical Engineering", 28th ed, Mc Graw-HillBook Co, (1984).

6. LAS, T., "Use of Natural Zeolit for NuclearWaste Treatment", Ph.D. Thesis, Dept. ofApplied Chemistry, University of Salford,England, (1989).

7. PERRY, R.H., "Chemical Engineer'sHandbook", 6th ed, Mc. Graw-HiIl Book Co,

(1984).

8. MIKHEYER, M., "Fundamental of HeatTransfer" Peace Publishers, Moscow, Tth.

9. BROOK HANSEN S3 CATALOG,"Powerfull Connection for Geared Motor",Tth.

1. SALIMIN, Z., LAS, T., ZAMRONI, H.,MUZIA W A TI, A., PURNOMO, S., danHERY ANI, "Karakteristik Fabrikasi ZeolitAlumino Siliko Fosfat Sebagai Penukar IonGanda", Prosiding Seminar NasionalFundamental dan Aplikasi Teknik Kimia 1999,Surabaya, 24-25 Nopember (1999).

2. LAS, T., "Pemanfaatan Mineral Zeolit UntukPengolahan Limbah", Laporan Akhir RisetUnggulan Terpadu (RUT) Tahun 1995-1997,Jakarta, (1997).

LAMPlRAN

Gambar 2. "Indirect-heat ca/ciner dengan semprotan air

Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BA TAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001

Zainus Salim in don Thamzil Las ISSN 0216-3128 191

.~

~!~IlQ'e\Q

~'~~.~

~

~1~1

I~l1~1

I~£9.]

I oft I

10]0-10110'

j61oftl

""0c,..

tYj

16)0-16101616161

\iIO1O\OlO-\Ol

10-\61°\010161°\01°1~

bo'"~~~~

1...-~...~;!

1~lo l~ lo l~ lo l~ lo l~ lo l~ lo l~ lo I~ IO II"" M ...10 ~ 0. S ~ ~ ~ :s ~ ~ (;; ~ ~

1~1"IMI.I~I~I~I~I~I~I~I~lcil~I~1I~I~

--Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001

!I~I

~~I

192 ISSN 0216-3128 Zainus Salimin dan Thamzil Las

Helfi Yuliati

-Untuk mewujudkan reaktor fabrikasi penukarion ganda zeolit ASP ini berapa perkiraandananya

-Bagaimana prospek pemanfaatannya selainuntuk instansi Batan.

Zainus Salimin

-Eva/uasi ekonomi be/urn komi /akukan

-ASP merupakan resin penukar ion ganda(seka/igus untuk kation don ani(jn), secarapraktis dibutuhkan juga pada kegiatan industri,jadi prospek pemanfaatannya sangat /uas90 deg. lip flights Shell with diaphragm

section

Gambar 3. Skema sudut pengha/ang-pengangkatpada "rotary-dryer" untuk menghin-dari terge/incirnya padatan

Wisyahudin F.

-Apa alasannya untuk fabrikasi ASP yangkapasitasnya dalam satuan kg/jam dibutuhkanzeolit dalam satuan gram/jam, yang kenyataanyadibutuhkan ratusan ribu gram sehingga lebihmudah dibuat dalam satuan kilogram.TANYAJAWAB

Zainus Salim in

-Satuan kapasitas yang diambi/ 30 kgljam ASP(a/umino si/iko phospat), zeo/it don ADHP yangdibutuhkan ditu/iskan do/am gram/jam karenaa/asan untuk penggunaan hitungan volumebahan dimana harga densitas zeo/it don ADHPdo/am satuan gram/mi. Jadi persoa/annyahanyafaktor konversi soja.

Isman Mulyadi MT

-Ditinjau dari tekno ekonomis, apakah basilperancangan ini akan bisa mencapai BEP (breakevent point) jika bernI-belli! dibuat.

Zainus Salim in

-Jika alar tersebut jadi dibuat maka BEP dapatdihitung pencapaiannya setelah waktu tertentu.Prinsip perhitungannya menggunakan evaluasiekonomi yang memerlukan data- data modal(kapital) yang dibutuhkan, jenis modal yangdipakai (modal sendiri atau pinjaman), tingkatsuku bunga bank, lama pinjaman don harga jualproduk. Perancangan yang telah :.umi lakukanbelum menyentuh evaluasi ekonominya, haltersebut akan komi lakukan nanti sootpengajuan dona untuk pembuatan alar tersebut,sehingga justifikasi urgensi perlu tidaknya alardibuat.

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001