MODIFIKASI HOPER PENGUMPAN PADA UNIT PELINDIAN
AIR
Sudaryadi, Sajima dan Dedy Husnurrofiq
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN-Yogyakarta Jl Babarsari Nomor 21, Kotak pos 6101 Ykbb 55281
e-mail : ptapb@batan.go.id
ABSTRAK
MODIFIKASI HOPER PENGUMPAN PADA UNIT PELINDIAN AIR. Telah dilakukan
modifikasi hoper pengumpan pada unit pelindian air dengan tujuan proses pelindian air dapat dioperasikan secara kontinyu dan memperoleh hasil yang optimum yaitu memisahkan unsur Si dari hasil peleburan pasir zirkon. Penelitian dilakukan dengan memodifikasi hoper pengumpan yang ada sehingga diperoleh hoper pengumpan yang sesuai dengan kapasitas pengumpanan yang diperlukan pada proses pelindian air. Hoper pengumpan dan pompa air diperlukan untuk mengatur hasil proses peleburan dan air secara kontinyu kedalam tangki pelindian selanjutnya dilakukan pengadukan. Bahan umpan diperoleh dari pasir zirkon dan NaOH dengan perbandingan 1 : 1,1 dari mixer masuk ke hoper selanjutnya ke tungku peleburan untuk dipanaskan sampai dengan suhu 750 0C selama satu jam. Kecepatan pengumpanan pada pelindian air secara kontinyu sebesar 425 gram per jam leburan pasir zircon dan air (aquadest) 17 liter per jam. Pada penelitian pembuatan zirkonia peleburan merupakan proses awal yang harus dilakukan sebelum dilakukan pelindian air untuk memisahkan silikat.
Kata Kunci: Modifikasi, pelindian dan kontinyu.
ABSTACT
MODIFICATION OF THE FEEDER HOPPER ON LEACHING WATER UNIT. The
modification of the hoper feeder on leaching water unit has already done with the purpose leaching water process can be operated continuously and reach the optimal results which is separating the Si from the melting zircon sand. Research carried out by modifying the existing hopper feeder to obtain the appropriate feeder hoper with the required capacity in the water leaching process. Hopper feeders and water pumps are needed to manage the results of the melting process and water continuously into the mixing tank leaching then it will be stirred. The feed materials derived from zircon sand and NaOH with the ratio 1: 1.1 of the mixer into the next hoper to the furnace to be heated up to temperatures of 750 0C for one hour. The feeding speed on leaching water continuously at 425 grams per hour fused zircon sand and water (aquadest) 17 liters per hour. In this research, manufacture zirconia fusion is a process which needs to be done prior to leaching water to silicate separate.
Keyword : Modification, leaching and continue.
PENDAHULUAN
oper adalah sebuah alat yang dipergunakan untuk mengatur aliran bahan yang berbentuk serbuk maupun bentuk gel. Hoper biasanya berbentuk segi empat atau lingkaran pada bagian atas dan mengerucut dibagian bawah untuk mempermudah aliran bahan[2]. Digunakan hoper pada pengumpan unit pelindian air adalah untuk
mengatur kontinyuitas pengumpanan hasil leburan pasir Zr ke tangki pelindian air dapat dilakukan secara kontinyu sehingga diperoleh hasil pelindian air yang baik karena stabil prosesnya. Proses pelindian air merupakan proses lanjutan setelah proses peleburan pasir zirkon penelitian pembuatan Natrium Zirkonat. Bahan baku yang dipakai untuk mendapatkan natrium zirkonat adalah pasir zirkon
H
(ZrSiO4) dengan susunan dan kadar yang
berbeda-beda. Bahan ini murah dan mudah diperoleh di Indonesia, jika diolah lebih lanjut mempunyai peran yang sangat strategis dalam berbagai industri. Dalam industri nuklir, bahan ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan struktur reaktor nuklir dan sebagai kelongsong bahan bakar karena mempunyai sifat yang unggul, antara lain tahan terhadap suhu tinggi, tahan terhadap korosi, mempunyai serapan neutron yang kecil (0,18 – 0,2 barn) dan dapat menaikkan sifat fisik logam paduannya[3]. Manfaat zirkonium dalam industri non nuklir antara lain sebagai bahan elektrolit oksida padat dalam sel bahan bakar oksida padat, karena merupakan penghantar ionik yang baik[4].
Mineral zirkon yang dimiliki Indonesia sangat mudah didapatkan karena berada pada permukaan dengan kandungan zirkonium antara 35 hingga 50 %. Salah satu metode pengolahan pasir zirkon adalah metode proses basah. Adapun metode proses basah adalah pasir zirkon dilebur bersama pereaksi NaOH padat (soda api), silikat oksida dipisahkan dari mineral zirkon dengan cara pelindian dengan menggunakan air dan dilanjutkan proses pemurnian dengan berbagai cara [1].
Untuk membuat ZrO2 tahap awal yang
harus dilakukan adalah peleburan pasir zircon dengan NaOH. Hasil leburan yang berupa serbuk dilindi dengan air agar Na2ZrO3 terpisah dari
silikatnya. Sisa padatan tersebut dilindi dengan HCl 4N untuk memperoleh ZrOCl2. Larutan ZrOCl2
kemudian direaksikan dengan NH4OH 0,6 M dan
diperoleh Zr(OH)4, kemudian dikalsinasi pada suhu
650 0C selama 2 jam dan dihasilkan ZrO2.
Salah satu tahap yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pelindian air, pada proses ini tujuannya adalah memisahkan hasil leburan yang bisa larut dalam air (Na2SiO3) dan diperoleh larutan
yang tidak larut dalam air (Na2ZrO3). Pada tahap
berikutnya proses pelindian air akan dilakukan secara kontinyu, untuk memenuhi hal itu maka diperlukan beberapa kelengkapan dari unit pelindian air diantaranya: hoper pengumpan, kapasitas pompa air pengumpan, bentuk pengaduk. Hoper pengumpan yang ada kapasitasnya terlalu besar yaitu: 3600 gram/jam, sedangkan keperluan pengumpanan secara kontinyu diperlukan umpan 425 gram/jam dan air pelindi diperlukan 17 liter/jam. Maka dilakukan penyesuaian ukuran impeller pada hoper untuk memenuhi kapasitas yang diperlukan dan mengatur aliran pompa pengumpannya dan diharapkan umpan tidak akan terhenti pada dinding impeller.
Proses ini digunakan tangki reaktor yang dilengkapi dengan motor pengaduk dan hoper pengumpang berbentuk silinder tegak pada bagian atas dan mengerucut bagian bawah yang dilengkapi
dengan ajusman valve digerakkan dengan motor untuk mengatur pengumpanan.
Volume hoper dihitung dengan rumus:
p m V Dimana : V = Volume hoper (m3) M = Kapasitas umpan (Kg) p = Massa jenis umpan (Kg/m3) TATA KERJA
Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan adalah hasil leburan pasir zirkon, plat SS, pipa SS, besi siku, gas argon, elektrode las, aquadest, pralon dan kran air.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah: Skit match, mesin bubut, mesin las, mesin potong, roll meter dan stop watch.
Cara Kerja
- Dilakukan penghitungan volome hoper, kecepatan pengumpanan dan daya motor yang diperlukan
- Dilakukan modifikasi hoper meliputi ukuran: Shell, konis, rumah impeler dan bentuk impeler - Dilakukan instalasi hoper pada unit pelindian
air.
- Dilakukan ujicoba operasi dan diamati volume pengumpanan yang dihasilkan berdasarkan putaran motor penggerak
- Dicatat data hasil ujicoba hoper pengumpan dan dievaluasi sebagai laporan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Menentukan ukuran Hoper
Volume hoper ditentukan berdasarkan berat jenis dari hasil leburan pasir Zr dan NaOH = 3,2871 g/cm3 = 206,6839 lb/ft3, kapasitas 20 kg/jam = 44,1 lb/jam, maka dipilih hoper berupa tangki berbentuk silinder tegak bagian bawah berbentuk cone bersudut 45 0.
Volume cone = 1/3 x luas alas x tinggi (dimana t = 0,5 D)
Vk = 1/3 x luas alas x o,5 D = 1/3 x JI/4 x D2 x 0,5 D = JI/24 x D3
Vshel =JI/4 x D2 x H
Vol. Hoper = JI/4 x D2 x H x JI/4 x D3 D=H
V = JI/4 x D2 x D + JI/24 x D3 = JI x 7/24 x D3
Volume = 44,1/206,6839 = 0,2134 ft3/jam Basis 1 jam operasi =
Volume = 0,2134 ft3/jam x 1 jam = 0,2134 ft3 0,2134 = JI x 7/24 x D3 D = 0,6152 ft = 18,75 cm H=D = 18 cm t = 0,5 D = 9 cm
Menentukan dimensi dan ukuran
Adjusment Valve
Data alat yang ada sebagai berikut:
Diameter pipa keluar = 2 ” = 50,8 mm Diameter adjusment
valve (impeller)
= 3 ” = 76,2 mm Jumlah sirip (kipas) = 8 buah
Tiap sirip (kipas) dengan ukuran = 30 x 50 mm dapat memindahkan leburan Zr seberat =
BJ leburan Zr = 3,2871 gram/cm3 Volume tiap sirip = 30 x 50 x 5
= 7500 mm3 = 7,5 cm3 Jadi berat leburan Zryang dapat dipindahkan tiap sirip = 7,5 x3,2871 = 24,65 gr.
Satu kali putaran adjusment (impeller) = 8 x 24,65 = 197,2 gr.
Untuk memenuhi kebutuhan dilakukan perubahan pada jumlah sirip pada impellernya dari 8 buah menjadi 4 buah dan diperoleh kapasitas pengumpanan sebanyak: 4 x 24,65 Gram = 100,60 gram. Menghitung Putaran (N) k ). putaran / Vol ( menit / Vol N Dimana :
k = prosentase kapasitas yang dialirkan (dilihat berdasarkan lampiran 1 dan lampiran 5) Untuk leburan Zr
Kapasitas yang diinginkan = 1 kg/jam ρ leburan Zr = 3,2871 gram Jadi, kapasitas = 3 cm / gr 3871 , 2 jam / gr 1000 = 304,219 cm3/jam
Vol per menit = 60
Q
Vol per menit = cm /menit 60 219 , 304 3 N = k ). putaran / Vol ( 15 , 0 ). 8378 , 5 ( menit / Vol 07 , 5 = 3,965 ≈ 4
Jadi untuk mendapatkan kapasitas 1 kg/jam leburan Zr, dibutuhkan putaran motor 4 rpm
Menghitung daya motor yang dibutuhkan (HP) Hpp = 6 10 x 1 Fb . Fd . N . L
Fb (factor bearing) = 4,4. Faktor ini berdasarkan jenis barang seperti yang ditunjukkan pada lampiran 6. N = 4 rpm Hpp = 6 10 x 1 4 , 4 x 18 x 4 ftx 0826 , 1 Hpp = 0,428 x 10-3 Hpm = 6 10 x 1 Fp . Fm . Fr . W .. L . C C (kapasitas) = 1 kg/jam = 0,00774 ft3/jam Fr (faktor harak) = 1
Faktor ini berdasarkan flight type yang digunakan standar, seperti yang ditunjukkan pada lampiran 3 Fm (faktor material) = 1,7
Faktor ini berdasarkan jenis material, seperti yang ditunjukkan pada lampiran 4
Fp (factor paddle) = 1
Faktor ini ditunjukkan pada lampiran 5
W = 4,56 gr/ml = 251,33 lb/ft3 Hpm = 6 3 3 10 x 1 1 x 7 , 1 x 1 x ft / lb 33 , 251 ftx 0826 , 1 jamx / ft 00774 , 0 Hpm = 3,5804 x 10-6 Hptotal = e Fbl ). Hp Hp ( p m Fbl (factor beban lebih) = 3
Hoper_ ini ditunjukkan pada lampiran 6e Efisiensi penggerak = 0,94 Hptotal = 94 , 0 3 ). 10 x 3,5804 10 x 0,428 ( -3 6 Hptotal = 0,013 HP
Daya motor terendah di pasaran 0,18 HP. Sehingga hoper ini memakai motor dengan daya 0,18 HP.
Modifikasi hoper pengumpan dimulai dari penyiapan bahan, peralatan dan alat pendukung lainnya.
Pertama plat SS tebal 2 mm dipotong sesuai dengan ukuran kemudian diroll untuk membuat shell (tabung) dengan diameter 18 cm dan tinggi 18 cm, berikutnya dibuat cone dengan ukuran disatu sisi diameter 18 cm dan sis lain diameter 6,6 cm tinggi 9 cm, plat dilas dengan las argon dan disambung antara shell dan cone. Selanjutnya dibuat impeller dan rumah impeler sebagai unsur utama pada hoper pengumpan, rumah impeller dibuat dengan pipa berdiameter 3” dan impeler dengan diameter 2” dengan 4 sirip untuk memindahkan hasil leburan pasir zirkon dari shell ke reaktor pelindian air. Hoper dijalankan dengan motor penggerak 0,18 pk yang dilengkapi dengan inverter untuk mengatur kecepatan motor yang mempengruhi jumlah pengumpanannya.
Jadi pada prinsipnya modifikasi disini dilakukan pada jumlah sirip pada impeller hoper dari 8 buah menjadi 4 buah dan diperoleh hasil pengumpanan sebanyak 100,60 gram setiap kali putaran impeller. Dari hasil ujicoba diperoleh pengumpanan sebanyak 95 gram tiap kali putaran, disini terjadi selisih karena ada sebagian umpan yang menempel pada dinding impeller.
Gambar 1 Hoper pengumpan sebelum modifikasi.
Gambar 2. Hoper pengumpan hasil modifikasi
Tabel 1. Kapasitas pengumpanan hoper sebelum dimodifikasi No Skala Inverter Putaran Impeler (put/mnt) Kapasitas Pengumpanan, (gr) 1. 2. 3. 4. 5. 2,50 4,06 6,04 9,06 10,00 1 2 3 4 5 197 392 602 810 998
Tabel 2. Kapasitas pengumpanan hoper setelah dimodifikasi No Skala Inverter Putaran Impeler (put/mnt) Kapasitas Pengumpanan (gr) 1. 2. 3. 4. 5. 2,50 4,06 6,04 9,06 10,00 1 2 3 4 5 95 192 302 410 498 KESIMPULAN
Dari hasil penelitian diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Hoper pengumpan yang ada dimodifikasi yang sebelumnya kapasitas pengumpanannya 197 gram setiap satu putaran dan setelah dilakukan modifikasi pada jumlah sirip pada impellernya (dari 8 buah menjadi 4 buah) diperoleh hasil pengumpanan sebanyak 95 gram setiap putaran impeller dan diperlukan untuk melengkapi proses pelindian air menggunakan reaktor berpengaduk secara kontinyu dengan kapasitas umpan (hasil peleburan pasir zirkon dan NaOH) seberat 425 gram per jam dan air 17 liter per jam. Hoper hasil rancang bangun dengan ukuran tinggi dan diameter sama yaitu 18 cm, tinggi cone bagian bawah : 9 cm dengan kapasitas pengumpanan 95 gram tiap menit dan dilengkapi dengan skala inverter untuk mengatur kapasitas pengumpanan yang diinginkan.
DAFTAR PUSTAKA
1. BENJAMIN.M.MA. Nuclear Reactor Materials and Aplications, Van Nostrand, Reinhold Co. New York. 1983.
2. Geogle : Http//www.el. wikipedia. Org/wki/zirconium (IV) hydroxide.
3. LUSTMAN B And KERZE,. Jr., The Metalurgy of Zirconium., 1st ed, Mc Graw Hill Book Company, inc, New york (1950).
4. SUDARSONO K., Proses Fabrikasi Zirkonium dan Kelongsong Zircalloy., Buletin, Vol VIII, No 3 1987.
5. LEVENSPIEL, O. 1999. Chemical Reaction Engineering, 2nd Edition. New York: John
Wiley & Sons. Departement of Chemical Engineering, Oregon State University.
TANYA JAWAB Sri Widiyati (PTAPB)
Bagaimana hasil pengumpan dari hoper sebelum dimodifikasi dan sesudahnya? Berapa tingkat efisiensinya?
Sudaryadi
Sebelum dimodifikasi dengan pengumpan terendah 197 gram tiap putaran dan setelah
dimodifikasi tingkat pengumpan 95 gram tiap putaran dan efisiensinya sekitar 95%.
Sunardi (PTAPB)
Bagaimana untuk menjaga keseimbangan aliran aquadest dan konsentrat hasil leburan agar seimbang pada pelidian air agar bisa proses kontinyu?
Sudaryadi
Sesuai dengan kebutuhan proses kontinyu yaitu konsentrat 425 gram/jam dan air 17 L/jam makan dilakukan pengaturan aliran air melalui pompa dengan regulator dan di by-pass, sedangkan hoper diatur dengan inverter agar putaran impeler dapat disesuaikan.
