PEREKAYASAAN HEAT EXCHANGER SEBAGAI PEMANAS UMPAN UF6 KE REAKTOR ROTARY KILN

Transkripsi

1 PEREKAYASAAN HEAT EXCHANGER SEBAGAI PEMANAS MPAN F6 KE REAKTOR ROTARY KILN P. Zacharias 1, M. Pancoko 1, Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir, Kawasan PSPIPTEK Serpong, Gedung 71, Tangerang Selatan, ABSTRAK PEREKAYASAAN HEAT EXCHANGER SEBAGAI PEMANAS MPAN F6 KE REAKTOR ROTARY KILN. Proses konversi F6-O melalui Jalur Kering Terintegrasi (JKT) dilakukan dalam reaktor rotary kiln. Ada dua tahapan perlakuan/pengkondisian awal sebelum umpan F6 dimasukkan ke reaktor, yaitu pertama, mengubah F6 padat menjadi fase gas suhu 60 o C dalam sebuah evaporator, kemudian kedua menaikkan suhu F6 gas dari 60 o C menjadi 90 o C dalam sebuah Heat Exchanger (HE). Oleh karena itu perlu didesain sebuah HE yang berfungsi sebagai pemanas umpan F6 gas. Kegiatan desain HE ini berupa penentuan/perhitungan spesifikasi HE sebagai pemanas. Langkah-langkah kegiatan penentuan spesifikasi HE mengikuti urutan sebagai berikut : menentukan nilai beban panas Q, menentukan perkiraan dimensi Heat Exchanger, menentukan dimensi/spesifikasi terkoreksi Heat Exchanger, dan menghitung pressure drop HE. Spesifikasi HE yang dihasilkan adalah Jenis double pipe HE hairpin dengan panjang 1 ft, x 1 ¼ IPS. Material pipa adalah Inconel ( alloy -600) yang tahan terhadap F6, HF, dan Steam. Annulus terbuat dari baja karbon. Penurunan tekanan dalam annulus sebesar 0,0004 psi, dan dalam pipa 0,04 psi. Heat Exchanger dengan spesifikasi sepert ini dapat difungsikan sebagai pemanas F6 gas sehingga suhunya naik dari 60 o C menjadi 90 o C. Kata kunci: Heat Exchanger, F6 gas, steam, Spesifikasi HE ABSTRACT ESIGN OF HEAT EXCHANGER FOR HEATING F6 FEE INTO ROTARY KILN REACTOR. The process of conversion of F 6 to O through Integrated ry Route (IR) is done in a rotary kiln reactor. There are two stages of initial treatment / conditioning before inserting the F 6 in to the reactor: changing F 6 solid into the gas phase at a temperature of 60 C in an evaporator, and then, raising the temperature of F 6 gas from 60 o C to 90 o C in a Heat Exchanger (HE). Therefore it is necessary to design a HE for heating F6 gas by determination / calculation of HE specifications as a heater. The steps activities of determining the specifications of HE in the following sequence: determining the value of the heat load Q, determining the approximate dimensions of the Heat Exchanger, determining the dimensions / specifications corrected Heat Exchanger, HE pressure drop calculation. The result of this design specification is a type of hairpin double pipe HE with a length of 1 ft, x 1 ¼ IPS. Pipe material is Inconel (alloy -600) that is resistant to F 6, HF, and Steam. Annulus material carbon steel. Pressure drop in annulus is psi, and in innerpipe is 0.04 psi. Heat Exchanger with specs like this can function as F 6 gas heater so that the temperature be 90 o C. Keywords: Heat Exchanger, F6 gas, steam, HE specification 1. PENAHLAN esain pabrik elemen bakar untuk memproduksi O dari umpan F 6 menggunakan dua jalur konversi F 6 -O, yaitu jalur amonium uranil karbonat (AK) dan jalur kering terintegrasi (JKT). Proses AK lebih panjang jalurnya, peralatan/unit operasi yang digunakan lebih banyak, demikian juga dengan bahan kimia yang diperlukan dan berakibat sisa produk yang perlu diolah agar ramah -175-

2 lingkungan juga banyak. Proses JKT jalurnya lebih singkat, peralatan/unit operasi yang digunakan lebih sedikit, dan berarti bahan proses dan sisanya juga lebih sedikit. Karena itu dapat dikatakan proses konversi F 6 -O malalui jalur kering terintegrasi lebih ramah lingkungan. Meskipun demikian, di negara produsen bahan bakar seperti Korea Selatan, ke dua jalur proses ini digunakan secara paralel. Pada proses JKT, konversi F 6 -O dilakukan dalam reaktor rotary kiln. mpan yang masuk ke reaktor adalah F 6 gas, oleh karena itu sebelumnya perlu dilakukan penyiapan umpan untuk mengubah F 6 padat menjadi fase gas. Perubahan fase ini dilakukan dalam alat autoclave ( evaporator ) dengan pemanas CCl 4. Kemudian F 6 gas dinaikkan suhunya menjadi 90 0 C dalam alat penukar panas, selanjutnya diumpankan ke reaktor. alam reaktor terjadi reaksi hidrolisa F 6 oleh uap air menghasilkan O F, kemudian dilanjutkan dengan reduksi O F menjadi O oleh gas H yang dialirkan dari unit pemanas. Produk utama O serbuk ke luar dari reaktor langsung masuk ke hooper dan glovebox untuk menunggu proses selanjutnya. Produk lain atau produk samping yang ke luar dari reaktor dan perlu pengelolaan khusus untuk rekoveri atau dijadikan limbah adalah F 6 gas, HF, H O uap, H, dan ikutan O. Proses JKT minimal menggunakan 4 alat penukar panas, dua berfungsi sebagai pemanas (heater) untuk pengkondisian awal umpan dan pemanas H, dan dua lagi sebagai unit pengolah produk samping sebagai cooler dan kondensor. Pemanasan F 6 gas dan H ini penting untuk mencapai suhu reaksi di dalam reaktor rotary kiln [1]. Karena itu, perlu didesain alat penukar panas yang sesuai dengan kebutuhan proses konversi F 6 -O, khususnya pada jalur kering terintegrasi. Perhitungan spesifikasi desain alat penukar panas mengacu ke buku Kern, Process Heat Transfer [], sedangkan peralatan mekanik sesuai dengan Mechanical Standards TEMA [3] dan IPS-E-PR-775 "Process esign of ouble Pipe Heat Exchangers" [4]. Alat penukar panas untuk proses produksi bahan bakar nuklir masuk kelas B Mechanical Standards TEMA. Jenis Heat Exchanger (HE ) yang akan digunakan dalam desain ini adalah ouble pipe Heat Exchanger atau Shell and Tube Heat Exchanger bergantung pada flow area yang diperlukan oleh proses. TEORI ouble Pipe Heat Exchanger berisikan pipa atau beberapa pipa yang mempunyai shell ( annulus ) sendiri-sendiri. Aliran fluida searah atau lawan arah dapat digunakan, baik fluida panas maupun dingin dalam shell dan fluida lain dalam pipa. ntuk keperluan praktis, alat ini berbentuk pipa dan bagian luarnya diberi sirip untuk meningkatkan pemindahan panas. Keistimewaan jenis ini selain sederhana adalah mampu beroperasi pada tekanan tinggi, dan karena tidak ada sambungan, resiko tercampur kedua fluida sangat kecil. Kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil. [3,4] Sketsa ouble Pipe Heat Exchanger untuk aliran fluida lawan arah seperti tampak pada Gambar 1. T t t1 T1 Gambar 1. Aliran fluida lawan arah pada ouble Pipe Heat Exchanger Sebuah Shell and Tube Heat Exchanger terdiri dari sebuah shell silindris (badan Heat Exchanger ) yang di dalamnya terdapat sejumlah tube (tube bundle) yang disusun dengan pola tertentu. Tipe susunan tube yang banyak digunakan adalah In-line Square Pitch, In-line Triangular Pitch, iamond Square Pitch dan Triangular Pitch. Temperatur aliran fluida di dalam tube bundle berbeda dengan di luar tube (di dalam shell) sehingga terjadi perpindahan panas melalui dinding tube antara aliran fluida di dalam tube dan di luar tube. engan demikian, luas permukaan -176-

3 perpindahan panas bergantung pada jumlah tube/pipa dalam shell. Jenis material pipa dan ketebalan harus sesuai dengan karakter fluida dan kondisi operasinya. aerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar tube disebut shell side. [3,4] 3. TATA CARA PENETAN SPESIFIKASI HEAT EXCHANGER Hal pertama yang harus ditentukan dalam mendesain HE adalah material yang digunakan untuk HE. Material/ bahan untuk shell dan tube ( pipa ) perlu dipilih /ditentukan agar sesuai dengan fluida yang akan mengalir. Yang menjadi pertimbangan antara lain sifat kimia fluida terhadap material yang digunakan, seperti sifat korosi dan embritlement hidrogen. Fluida korosif dialirkan dalam pipa, sedangkan yang tidak korosif dalam shell. Selanjutnya penentuan spesifikasi HE melalui sejumlah perhitungan. rutan perhitungan spesifikasi HE yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut. [4] 3.1. BEBAN PANAS YANG IPERLKAN, Q. Beban panas dalam HE dapat dihitung dengan menggunakan konsep neraca panas dengan berdasarkan rumus di bawah ini: Keterangan : W = laju alir massa fluida panas, kg/jam w = laju alir massa fluida dingin, kg/jam C = kapasitas panas fluida panas, c = kapasitas panas fluida dingin, T 1 = suhu masuk fluida panas. o C T = suhu keluar fluida panas. o C t 1 = suhu masuk fluida dingin. o C t = suhu keluar fluida dingin. o C (1) 3.. BEA TEMPERATR RATA-RATA LOGARITMIK (LOG MEAN TEMPERATR IFFERENCE LMT) Beda temperatur rata-rata logaritmik (Log. Mean Temperature ifference LMT) adalah perbedaan temperatur rata-rata setiap bagian HE, karena perbedaan temperatur di setiap bagian HE tidak sama. Rumus ΔT LMT di bawah ini berdasarkan ouble Pipe Heat Exchanger yang mengacu ke Gambar 1. ΔT LMT = t ln( t t ) t 1 1 () keterangan : t 1 adalah selisih suhu antara t 1 T t adalah selisih suhu antara t T LAS PERMKAAN PERPINAHAN PANAS HEAT EXCHANGE Berdasarkan harga Q, ΔTLMT, dan, luas permukaan perpindahan panas sementara ( As ) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan ( 3 ) di bawah ini : -177-

4 As Q t (3) Q adalah aliran panas (kj/jam, Btu/hr ), adalah dirty overall coefficient ( koefisien overall perpindahan panas setelah dinding pipa kotor ). ntuk fluida panas ( steam ) dan fluida dingin gas, nilai kisaran adalah 50 [4] PERHITNGAN PERPINAHAN PANAS PAA ANNLS AN INNER PIPE Perhitungan pada Inner Pipe Luas penampang aliran dalam pipa ( a p ) dapat dihitung dengan Pers. ( 4). a p = 4 ( 4 ) adalah diameter-dalam pipa, ft, inchi Kecepatan massa Gp di dalam pipa ditentukan dari Pers. ( 5 ) Gp = W/a p (5) W adalah laju alir massa dalam satuan lb/jam atau kg/jam Jenis aliran fluida dalam pipa ditunjukkan oleh nilai bilangan Reynold yang dapat ditentukan dengan Pers.( 6 ) Re p Gp ( 6 ) μ adalah viskositas, lb/ft.jam = centipoise x,4 Nilai bilangan Re p di atas diterapkan ke Figure 4 Kern [4] diperoleh harga Heat- transfer Factor, J H kemudian gunakan Pers.(7) untuk menghitung koefisien transfer panas (heattransfer coeficient) fluida di dalam pipa, h i h i J H k c k 1/ 3 (7) Kemudian ubah h i ke h io dengan menggunakan Pers. ( 8). h io h i I1 O1 ( 8 ) Perhitungan pada Annulus/Shell Luas penampang aliran dalam annulus ( a a ) dapat dihitung dengan Pers. ( 9 ). ( 1 ) a a = 4 adalah diameter dalam annulus, ft atau inchi 1 adalah diameter luar pipa, ft atau inchi an diameter ekuivalent ( e ) didapat dari Pers. ( 10 ) ( 9 ) -178-

5 e = ( 1 ) 1 (10 ) Kecepatan massa Ga di luar pipa adalah penyesuaian dari Pers. ( 5 ), menjadi: Ga = W/a a (11) W adalah laju alir massa dalam annulus satuan lb/jam atau kg/jam Selanjutnya menentukan jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold dengan rumus berikut ini. Re a e Ga (1) Nilai bilangan Re a di atas diterapkan ke Figure 4 Kern [4] diperoleh harga Heat- transfer Factor, J H kemudian gunakan Pers.( 13 ) untuk menghitung koefisien transfer panas fluida di luar pipa, h o h o J H k e c k 1/ 3 (13 ) Perhitungan Koefisien Keseluruhan Perpindahan Panas Ada dua Koefisien Keseluruhan Perpindahan Panas yang harus dihitung, yaitu Koefisien Keseluruhan Perpindahan Panas Bersih ( c ) dan Koefisien Keseluruhan Perpindahan Panas esain ( ), yang masing-masing dirumuskan sebagai berikut. hio ho c hio ho ( 14) 1 1 Rd min c ( 15) Rd min adalah faktor pengotor minimal Perhitungan luas permukaan yang diperlukan, A Luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan dihitung dengan menggunakan Pers. ( 3 ). Nilai berdasarkan hasil hitungan dari Pers. ( 15 ). Kemudian dari nilai A dapat ditentukan panjang pipa ( L ), dan dari harga L dapat ditentukan jumlah pipa HE yang diperlukan (Np ) Perhitungan nilai terkoreksi Berdasarkan harga Np, luas permukaan yang sebenarnya Kemudian terkoreksi dihitung dengan rumus berikut. A Q sebenarnya t (A sebenarnya ) dapat dihitung. ( 16 ) Menentukan faktor pengotoran, Rd -179-

6 Faktor pengotoran ditentukan dengan memakai Pers. (17), terkoreksi. dan menggunakan R d C C (17) 3.5. PERHITNGAN PENRNAN TEKANAN, P Selama fluida melewati HE akan mengalami penurunan tekanan (pressure drop). Secara umum, HE dapat diterima bila nilai pressure drop yang diijinkan untuk fluida gas dalam pipa dan annulus berkisar 1,5 psi, sedangkan untuk cairan sekitar 10 psi. Langkah perhitungan pressure drop sebagai berikut Pressure drop pada annulus iameter ekuivalen dicari dengan rumus di bawah ini. ' e ( 1) ( 18 ) adalah diameter dalam annulus, ft atau inchi 1 adalah diameter luar pipa, ft atau inchi Jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold dihitung dengan Pers.(19) berikut ini. Re ' a ' e Ga (19) Berdasarkan nilai Re a, faktor gesekan dalam annulus dihitung dengan Pers.( 0 ) f (0) 0.4 ( G / ) an Pressure drop dalam satuan feet of liquid adalah F a 4 fga L g ' e ( 1 ) Kecepatan alir massa dalam satuan feet per second adalah V G a 3600 ( ) Pressure drop per hairpin dalam satuan feet F i V g' ( 3 ) Pressure drop selama fluida mengalir dalam annulus dalam satuan psi adalah -180-

7 ( Fa Fi) Pa ( 4 ) Pressure drop pada pipa Rumus untuk menghitung Pressure drop fluida dalam pipa sama dengan di annulus. Perbedaan hanya pada nilai bilangan Reynold dan laju alir massa ( Gp ) karena fluida yang berbeda. 4. HASIL AN PEMBAHASAN F 6 gas keluar dari evaporator bersuhu 60 o C karena itu sebelum diumpankan ke reaktor suhunya harus dinaikkan menjadi 90 o C sebagai persyaratan umpan ke reaktor. Karena itu diperlukan HE yang berfungsi sebagai pemanas untuk memanaskan umpan F 6 gas dari 60 o C menjadi 90 o C [1] MENETKAN MATERIAL HEAT EXCHANGER Material/ bahan heat exchanger untuk shell dan tube ( pipa ) perlu dipilih /ditentukan agar sesuai dengan fluida yang akan mengalir. Fluida pemanas yang akan digunakan adalah uap air (steam ) dan F 6 yang menerima panas. Karena itu harus dipilih material yang tahan uap air dan F 6 gas, terutama ketahanan terhadap korosi dan embrittlement hidrogen. ari literatur proses [5] konversi F 6 -O dan F 6 F 4, bahan pada alat unit operasi umumnya menggunakan Inconel ( alloy-600). Karena F 6 gas melalui tube/ pipa, maka bahan pipa harus terbuat dari Inconel, sedangkan bahan annulus ( shell ) pada HE agar lebih murah dapat menggunakan baja karbon. Baja karbon juga tahan korosi uap air. Steam akan mengalir dalam annulus sebagai fluida panas dan F 6 gas mengalir dalam pipa ( inner pipe ) sebagai fluida dingin. 4.. MENENTKAN NILAI BEBAN PANAS Q [4] Nilai aliran panas (beban panas ) Q dihitung dalam satuan kj/jam atau BT/hr. Nilai Q didapat dari perhitungan neraca panas di sekitar HE, perhitungan neraca panas dilakukan sebelum perhitungan desain spesifikasi HE. Tabel 1 menunjukkan hasil perhitungan neraca massa dan neraca panas di sekitar HE pemanas umpan F 6 gas dari 60 o C menjadi 90 o C. Tabel 1. ata steam dan F 6 saat masuk dan keluar HE Fluida Panas Fluida ingin Nama Fluida Steam Nama Fluida F 6 gas Alliran massa (W) 5.3 kg/hr = lb/hr Alliran massa (w) kg/hr = lb/hr Temperatur masuk (T1) 304C = 580 F Temperatur masuk (t1) 60C = 140 F Temperatur keluar (T) 304C = 580 F Temperatur keluar (t) 90C = 554 F Beban panas (Q) = kj/hr = Btu/hr Δt 1 = T 1 - t 6 F Δt = T - t F -181-

8 4.3. MENGHITNG ΔT LMT MENGGNAKAN PERS ( ). ari Tabel 1 didapat Δt 1 = T 1 - t = 6 F dan Δt = T - t 1 = 440 F ΔT LMT = o F 4.4.LAS AREA SEMENTARA PERMKAAN PERPINAHAN PANAS (A s ) IHITNG BERASARKAN PERS.( 3 ). Nilai Q dari Tabel 1,dan t adalah ΔT LMT. Nilai sementara diasumsikan adalah = 3 Btu/jam.ft.F. Jadi luas permukaan transfer panas sementara As adalah : As ft Karena nilai As < 00 ft ( yaitu ft ), maka dipilih pemanas tipe ouble Pipe Heat Exchanger Kemudian pilih dengan panjang 1 ft, outerpipe NPS in. dan innerpipe NPS 1 ¼ in. IPS. imensi pipa dapat dilihat pada Tabel. Tabel. imensi pipa baja (IPS ) yang digunakan pada desain ini Inner Pipe Schedule I1(inc) O1(inc) 1 ¼ Outer Pipe Schedule I O Berdasarkan data pipa dari Tabel dilakukan perhitungan untuk menentukan spesifikasi pipa dan annulus untuk ouble Pipe Hairpin HE. Fluida panas adalah steam mengalir dalam annulus dan fluida dingin adalah F 6 gas mengalir dalam pipa PERRHITNGAN PERPINAHAN PANAS ALAM PIPA F6 gas mengalir dalam pipa sebagai fluida dingin. Temperatur rerata dan sifat fisis F6 [6] adalah : tav = 347 O F Cp = 0.10 Btu/(lb. O F) μ = lb/(ft.hr) ρ = lb/ft 3 k = Btu/(hr.ft.F) Luas penampang aliran dalam pipa ( ap ) dapat dihitung dengan Pers. ( 4 ). = I1/1 = 1.38/1 = ft Hasilnya adalah ap = ft Perhitungan kecepatan massa (Gp ), bil. Reynold ( Rep ), Heat- transfer Factor (JH ), dan koefisien transfer panas fluida di dalam pipa ( hi ) dan hio berturut-turut dihitung dari Pers. ( 5 ),Pers. (6 ) Pers. ( 7 ), Pers. ( 8 ), yang hasilnya sebagai berikut. -18-

9 Gp = lb/(ft.hr) = JH = 100 = 5.33 = PERHITNGAN PERPINAHAN PANAS ALAM ANNLS Yang mengalir dalam annulus adalah steam sebagai fluida panas. Temperatur rerata dan sifat fisis adalah : Tav = 580 o F Cp = 1.5 Btu/(lb. o F) μ = 0.16 lb/(ft.hr) ρ = lb/ft 3 k = Btu/(hr.ft.F) Luas penampang aliran dalam annulus ( aa ) dan diameter ekuivalen ( e ) dihitung dengan Pers. ( 9 ) dan Pers. (10 ) =I/1 = 0.17 ft 1 =O1/1 = ft iperoleh aa = ft dan e = ft Perhitungan kecepatan massa (Ga ), bil. Reynold ( Rea ), Heat- transfer Factor (JH ), dan koefisien transfer panas fluida di luar pipa ( ho ) berturut-turut dihitung dari Pers. ( 11 ),Pers. (1 ) Pers. (13 ) yang hasilnya sebagai berikut. Ga = lb/(ft.hr) JH = 3.5 = PERHITNGAN KOEFISIEN KESELRHAN PERPINAHAN PANAS Koefisien Keseluruhan Perpindahan Panas Bersih ( c ) dan Koefisien Keseluruhan Perpindahan Panas esain ( ) masing-masing dihitung dari Pers.( 14 ) dan Pers. (15 ). imana = 4.43 dan = 8.3, hasil hitungan adalah =.89 Btu/hr ft F ntuk menghitung diasumsikan Rd min = 0.003, Rd min adalah faktor pengotor minimal sehingga diperoleh =.87 Btu/hr ft F Luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan dihitung dari Pers. ( 3 ). Nilai =.87 Btu/hr ft F, ΔTLMT = o F dan Q = Btu/hr didapat A = 16,44 ft Kemudian dari nilai A dapat ditentukan panjang pipa ( L ), dan dari harga L dapat ditentukan jumlah pipa HE yang diperlukan (Np ). L = = ft = 1.6 an tentukan Np =, yaitu pipa hairpin 1 ft seri dengan L sebenarnya = 48 ft -183-

10 4.8. PERHITNGAN NILAI TERKOREKSI Berdasarkan harga Np = Luas permukaan yang sebenarnya (Asebenarnya ) adalah (Np).(x1).(π1) = 0.85 ft Kemudian terkoreksi dihitung dengan Pers. (16). =.6 Btu/hr ft F 4.9. Menentukan faktor pengotoran, Rd Faktor pengotoran ditentukan dengan memakai Pers. (17), dan menggunakan terkoreksi. = Tampak nilai Rd > Rdmin, sehingga HE memenuhi syarat. 5. MENGHITNG ROP HE 4) Secara umum, HE dapat diterima bila nilai pressure drop yang diijinkan untuk fluida gas dalam pipa dan annulus berkisar 1,5 psi PRESSRE ROP PAA ANNLS ari Pers. (18 ) dan Pers.(19 ) didapat nilai diameter ekuivalen dan bil. Reynold, yaitu = ft dan = Selanjutnya, faktor gesekan dalam annulus, Pressure drop dalam satuan feet of liquid, Kecepatan alir massa dalam satuan feet per second dan Pressure drop per hairpin dalam satuan feet ditentukan dari Pers. ( 0 ), Pers. (1) dan Pers.( ). = 0.05 = 0.01 ft = fps Pressure drop per hairpin dalam satuan feet dhitung dari Pers. ( 3 ), hasilnya adalah = ft engan Pers. ( 4 ) Pressure drop selama fluida mengalir dalam annulus adalah psi Nilai ini lebih kecil dari Allowable ΔP max = 1,5 -. psi untuk gas. Jadi Pressure drop selama fluida mengalir dalam annulus dapat diterima. 5.. PRESSRE ROP PAA PIPA Menentukan Pressure drop dalam pipa caranya sama dengan di annulus, dengan menggunakan Rep = dan Gp = lb/(ft.hr). Pressure drop fluida dalam pipa sebesar 0.04 psi Nilai ini lebih kecil dari Allowable ΔP max = 1,5 -. psi untuk gas. Jadi Pressure drop selama fluida mengalir dalam pipa dapat diterima. Laju alir F6 ( 16,976 lb/jam ) lebih kecil dari laju alir steam ( lb/jam ), oleh karena itu F6 gas dialirkan dalam pipa ( inner pipe ), sehingga menyebabkan laju alir F6 bertambah cepat karena mengalir pada pipa berdiameter kecil (dibandingkan dengan diameter shell, annulus ). Cara ini akan mengurangi/menghambat terjadinya fouling. Selain itu, vikositas steam lebih besar dari -184-

11 viskositas F6, sehingga sangat cocok bila fluida dengan viskositas tinggi mengalir dalam annulus, sedangkan yang encer (F6 gas) dialirkan dalam pipa. F6 gas bersifat lebih korosif, bila dialirkan dalam annulus akan mengkorosi di dua bagian, yaitu dinding dalam annulus dan permukaan luar pipa, artinya kerugian lebih banyak. Karena itu tepat bila F6 gas dialirkan dalam pipa, bila terkorosi hanya bagian dalam pipa saja, annulus tidak terkorosi oleh F6. Hal-hal tersebut di atas tetap harus dipertimbangan dengan tepat, karena hanya bahan pipa yang menggunakan Inconel, sedangkan bahan annulus dari baja karbon agar lebih murah. ari perhitungan desain didapat luas permukaan panas ( A ) adalah 0,85 ft yang diperlukan untuk perpindahan panas sehingga dapat menaikkan suhu F6 dari 60 o C ke 90 o C oleh steam 304 o C. Peran ini dapat dilakukan oleh ouble pipe HE dengan dua pipa hairpin ( pipa hairpin adalah pipa berbentuk ) dengan panjang tiap kaki adalah 1 ft x 1 ¼ IPS. ua pasang pipa hairpin ini disusun seri, artinya F6 gas suhu 60 o C masuk ke hairpin pertama kemudian keluar langsung masuk ke pipa hairpin ke dua, dan F6 gas keluar dari hairpin ke dua bersuhu 90 o C. Selama fluida mengalir akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan terutama oleh gesekan aliran dengan dinding dan pembelokan aliran. ari perhitungan diperoleh Pannulus = 0,0004 psi, P pipe = 0,04 psi. Kedua nilai ini lebih kecil dari batas maksimum P Allowable, yang berarti desain ini dapat diterima. 6. KESIMPLAN ari kegiatan ini telah dapat ditentukan spesifikasi HE yang berfungsi sebagai pemanas F6 sebelum diumpankan ke reaktor rotary kiln. Kegiatan ini masih dalam taraf desain dasar, oleh karena itu hasil perhitungan spesifikasi HE ini masih perlu disempurnakan untuk mendapatkan hasil yang lebih siap untuk dijadikan masukan pada desain rinci. esain dasar alat ini dapat melengkapi kepentingan desain proses konversi F6-O melalui jalur kering terintegrasi. Langkah kerja perhitungan spesifikasi HE ini dapat juga digunakan untuk penentuan spesifikasi HE yang lain dalam proses JKT, seperti cooler dan kondensor pada jalur gas buang. Ringkasan dari hasil desain Heat Exchanger Sebagai Pemanas mpan F6 ke Reaktor Rotary Kiln dapat dilihat pada tabel dan gambar di bawah ini

12 1 ft T1 t t1 Inner pipe 1.5 in Annulus in T Gambar. desain double pipe HE hairpin dengan panjang 1 ft, x 1 ¼ IPS ( tidak berskala ) Fungsi : Menaikan temperatur F6 gas dari 60 o C menjadi 90 o C Tipe : double pipe HE hairpin dengan panjang 1 ft, x 1 ¼ IPS A total : 0,85 ft C :,89 Btu/jam.ft.F :,6 Btu/jam.ft.F Rd : 0,097 Material : Bahan pipa adalah Inconel ( alloy -600) tahan terhadap F6, HF, dan Steam, annulus terbuat dari baja karbon Pressure drop, : Pannulus = 0,0004 psi, P pipe = 0,04 psi P Allowable, max 1,5 - psi 7. AFTAR PSTAKA 1. BAMBANG GALNG SSANTO, dkk., Prastudi Kelayakan Pabrik Elemen Bakar Nuklir Tipe Presurizer Water Reactor ( PWR ) di Indonesia, Rev.1, 009. RICHAR C. BYRNE, Standard of the Tubular Exchanger Manufacturers Association, 5 North Broadway,Tarrytown,NY 10591, IPS-E-PR-775, Engineering Standard for Process esign of ouble Pipe Heat Exchangers, Original Edition, KERN, ONAL Q., Process Heat Transfer, McGraw Hill Kogakusha,LT, Anonymous, Plant and Equipment for the Conversion of ranium, Special esigned or Prepared Systems for the Conversion of F6 to O, and F6 to F4, April R. EWITT, ranium Hexafluoride: a Survey of the Physico- Chemical Properties, August 1, 1960 PERTANYAAN : 1. ntuk memperoleh transfer panas dari annulus ke fluida lain yang diinginkan harus berapa panjang kontak pipa?(stomo) JAWABAN : 1. raiperhitungan A=0,85 ft luas permukaan perpindahan panas Q=773,31 kg/hr =6893 btu/hr (panas yg harus dipindahkan). iperlukan panjang total pipa 48 ft (4 x 1 ft)yang disusun dlam dua pasang double pipe heat exchanger hairpin =1 ft, x 1,5 ips -186-