## PENGARUH JENIS PACKING PADA MENARA PACKED-BED

## ABSORBER DALAM PENYERAPAN GAS NOx
Agoeng Kadarjono, Erilia Yusnitha, Agus Sartono Dwi Santosa, Pertiwi Diah Winastri Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gd.20 Tangerang Selatan, Banten 15314 e-mail: agoenk@batan.go.id (Naskah diterima: 19 –12–2019, Naskah direvisi: 30–01–2020, Naskah disetujui: 25–02–2020)

## ABSTRAK
PENGARUH  JENIS  PACKING  PADA  MENARA  PACKED-BED  ABSORBER  DALAM PENYERAPAN  GAS  NOx. Desain  proses  efluen gas  NOx  perlu  dilakukan  dalam  aktifitas pembuatan broth dan casting pada rangkaian proses fabrikasi kernel UO 2 . Dengan tersedianya alat proses efluen, maka akan meningkatkan nilai ekonomis, efisiensi proses,  mengurangi kebutuhan bahan  kimia,  meminimalisir  bahaya  toksisitas  dan  kontaminasi.  Desain  alat  proses  efluen  dipilih menara packed-bed  absorber menggunakan  aliran  umpan  gas  NOx  dan  air  sebagai  media penyerap.  Menara packed-bed  absorber didesain  dan  dihitung  untuk  mengetahui  pengaruh berbagai jenis packing ( pall, ralu, dan nor-pac ring ) dalam penyerapan gas NOx. Untuk menentukan pengaruh jenis packing tersebut , dilakukan dengan cara simulasi laju alir fluida terhadap diameter, luas permukaan efektif packing, pressure drop , koefisien perpindahan massa, tinggi kolom packing, dan  tinggi  menara  dengan  cara  memasukkan  ke  dalam  persamaan-persamaan  yang  sesuai menggunakan program EXCEL. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa pengaruh laju alir gas tidak terlalu signifikan terhadap diameter menara, sedangkan laju alir air menghasilkan diameter menara bertambah  besar.  Luas  permukaan  efektif packing cenderung  menurun  pada  kenaikan  laju  alir fluida. Pressure  drop ,  koefisien  perpindahan  massa,  tinggi  kolom packing ,  dan  tinggi  menara bertambah besar pada kenaikan laju alir gas, dan cenderung menurun bila laju alir air dinaikkan. Kenaikan penyerapan gas NOx menyebabkan kenaikan tinggi menara, sedangkan kenaikan faktor flooding menyebabkan penurunan tinggi kolom packing dan tinggi menara. Kenaikan tekanan dan temperatur operasi menyebabkan penurunan tinggi kolom packing dan tinggi menara. Packing jenis pall ring menjadi pilihan desain karena menghasilkan dimensi yang kecil atau ekonomis.
Kata kunci : HTGR, kernel, efluen gas, absorber , packed-bed, packing , desain.

## ABSTRACT
THE EFFECT OF PACKING TYPE ON THE PACKED-BED ABSORBER IN ABSORPTION OF NOx. Design of NOx effluent gas processing needs to be done for broth preparation and gel casting activities in the UO2 kernel fabrication  process series. The availability of this effluent processing tool will increase the economic value and process efficiency, reduce the amount of the chemicals needed, and minimize the hazards associated with toxicity and contamination. The design of the effluent processing tool chose the packed-bed absorber using NOx gas as a feed stream and water as  an  absorbent  medium.  The  packed-bed  absorber  has  been  designed  and  calculated  to determine the effect of various types of packing (pall, ralu, and nor-pac ring) for the absorbtion of the NOx gas. To determine the effect of the packing type, it is carried out by simulating fluid flow rate  on  diameter,  effective  surface  area  of  packing,  pressure  drop,  mass  transfer  coefficient, packing  column  height,  and  tower  height  by  inserting  into  the  appropriate  equations  using  the EXCEL program. The inclusion of the effect of feed flow rate and type of packing in the calculation resulted in smaller diameter for the tower containing pall ring packing than the diameter of tower containing other fillings  but gave higher pressure drop values, effective surface  area  of  packing, total  mass  transfer  coefficient,  and  tower  height.  Increase  in  NOx  gas  absorption  causes  an increase  in  the  amount  of  packing  space  and  tower  height.  Increase  in  operating  pressure  and temperature causes a decrease in packing and tower height, whereas increase in flooding  factor, beside causing a decrease in packing and tower height, decreases the tower diameter. This type of pall ring packing is a design choice because it produces small/economic dimensions
Keywords: HTGR, kernel, gas effluent, absorber, packed-bed, packing, design
(Agoeng Kadarjono, Erilia Yusnitha, Agus Sartono Dwi Santosa, Pertiwi Diah Winastri)

## PENDAHULUAN
Penelitian dan
pengembangan reaktor maju berjenis HTGR ( High
Temperature  Gas  Cooled  Reactor )  sedang
dilakukan oleh BATAN. Reaktor ini menggunakan  bahan  bakar  jenis  partikel berlapis  ( BISO/TRISO )  yaitu  sekumpulan kernel  UO 2 yang  terdispersi  dalam  matriks grafit dan dilapisi dengan shell grafit dengan ketebalan  tertentu  menjadi  bahan  bakar berbentuk  bola[1].  Kernel  merupakan  jenis bahan  bakar  yang  dalam  fabrikasinya melibatkan beberapa proses seperti:
pembuatan broth ,  pembentukan  kernel, ageing , washing , drying ,  kalsinasi,  reduksi, dan sintering .  Pembuatan broth dilakukan dengan  cara  melarutkan  material  uranium ( yellow cake atau uranium oksida) menggunakan pelarut asam nitrat[2,3].
Peralatan  proses  fabrikasi  kernel telah  dimiliki  PTBBN  -  BATAN  dalam  skala laboratorium namun belum dilengkapi dengan  alat  proses  efluen,  sehingga  desain proses efluen gas NOx perlu dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomi, efisiensi proses, mengurangi kebutuhan bahan kimia, mencegah  pencemaran  lingkungan  akibat toksisitas  kimia,  dan  meminimalisir  bahaya kontaminasi  yang  diakibatkan  oleh  partikel uranium dalam efluen gas[4].
Absorpsi  gas  NOx  pada  proses pembuatan broth menjadi  proses  yang penting mengingat gas NOx berbahaya bagi pekerja  maupun  lingkungan,  terutama  jika terkontaminasi  uranium.  Berbagai  macam alat dapat mengabsorpsi gas NOx diantaranya absorber[5]. Absorber digunakan untuk  sebagian  besar  industri  dan  pabrik untuk memisahkan gas, memulihkan produk dan bahan kimia yang berharga, serta untuk pengendalian  kontaminasi.  Jenis absorber yang paling umum digunakan dalam industri adalah plate column , packed  tower ,  menara venturi dan spray  chamber . Menara packed biasa  digunakan  pada  proses  pemisahan seperti  distilasi,  ekstraksi,  adsorpsi,  dan kromatografi[6, 7,8 ,9].
Desain  menara packed dimulai  dari pemilihan tipe dan ukuran packing , penentuan diameter menara untuk menangani  laju  alir  gas  dan  cairan, penentuan  tinggi  menara,  pemilihan  dan desain  fitur  internal  menara[10].  Tipe-tipe packing yang  digunakan  sebagai  isian menara harus menyediakan luas permukaan yang  besar  untuk  kontak  antara  cairan  dan gas, tahan aliran gas, menawarkan distribusi cairan  yang  seragam  pada  permukaan packing ,  dan  menawarkan  aliran  gas  yang menyebar di sepanjang ruang menara[11].

## Penentuan  Diameter  Menara  Packed-bed Absorber
Dalam menentukan diameter menara packed-bed absorber (D, m), parameter yang harus dihitung adalah berat molekul gas ( M G , kg/kmol),  laju  alir  gas  ( Q G , m 3 /j),  jumlah  gas Nox  yang  diabsorpsi  ( m NOx ,  kg/j),  jumlah cairan  yang  keluar  menara  ( m L1 ,  kg/j), parameter  aliran  ( X ), pressure  drop pada kondisi flooding ( Y flood ,  Pa/m),  koefisien flooding ( C S flood ), kecepatan gas pada kondisi flooding ( v G ,  m/dt).  Dengan  menggunakan metode Kay dan  korelasi Pavlov ,  diameter menara dapat ditentukan berturut-turut dengan menggunakan persamaan (1) hingga (9) yaitu:
𝑀 G = (𝑦 NOx . 𝑀 NOx ) (1)
𝑚 NOx(abs) = ( 𝑄 G.  G 𝑀G ) 𝑦 NOx . %𝑅. 𝑀 G (2)
𝑚 L(1) =  𝑚 L(2) + 𝑚 NOx(abs) (3)
𝑋 = 𝑚L(1) 𝑄G.𝜌G . ( 𝜌G 𝜌L ) 0.5 (4)
ln𝑌 flood =   −[3,5021 +  1,028 ln𝑋 + 0,11093(ln𝑋) 2 ] (5)
𝐶 𝑆 flood =   [ 𝑌 flood 𝐹P.𝜇L0.1 ] 0.5 (6)
𝑣 G flood = 𝐶𝑆 flood [ 𝜌G 𝜌L−𝜌G ] 0.5 (7)
𝑣 G =   𝑣 G flood . 𝑓 flood (8)
𝐷 =   [ 4 .( 𝑄G 3600 ) 𝑣G .𝜋 ] 0.5 (9)
Perhitungan  Luas  Permukaan  efektif  dan

## Pressure drop
Hal-hal yang perlu ditentukan sebelum menghitung besaran pressure drop antara  lain  penetapan  batas pressure  drop gas  antara  200-400  Pa/m  pada  kedalaman packed-bed  absorber agar  perancangan aman dari  kondisi flooding. Untuk  itu pressure  drop pada  kondisi  gas  kering (  Po/Z, Pa/m)) dan total (  P/Z, Pa/m) harus ditentukan dengan menggunakan persamaan
yang
tepat.
Sebelum menentukan  nilai  kedua pressure  drop tersebut , langkah-langkah yang harus dihitung  antara  lain  diameter  partikel  efektif ( d P ,  m),  faktor  dinding  ( K W ),  bilangan Reynolds  gas  ( Re G ),  koefisien  ketahanan packing kering (  0 ), kecepatan massa cairan ( G L , kg/m 2 .dt),  kecepatan  cairan  ( v L , m/dt), bilangan  Reynolds  cairan  ( Re L ),  bilangan Froude  cairan  ( Fr L ),  rasio  luas  permukaan ( a h / a ,  m -1 ),  luas  permukaan  spesifik  efektif packing ( a h , m -1 ),  dan  waktu  tinggal  cairan ( h L ,j).
𝑑 P = 6 . ( 1−𝜀 𝑎 ) (10)
𝐾 W = 1 1+ 2 3 .( 1 1−𝜀 ) . 𝑑P 𝐷 (11)
𝑅𝑒 G = 𝑣G .𝑑P .𝜌G .𝐾W (1−𝜀) .𝜇G (12)
𝜓 0 =   𝐶 P . [ 64 𝑅𝑒G + 1.8 𝑅𝑒G 0.08 ] (13)
𝐺 L = 4 .( 𝑚L(1) 3600 ) 𝜋 .𝐷2 (14) 𝑣 L = 𝐺L 𝜌L (15)
𝑅𝑒 L = 𝑣L .𝜌L 𝑎 .𝜇L (16)
𝐹𝑟 L = 𝑣L2 .𝑎 𝑔 (17)
𝑎 h 𝑎 = 0,85 . 𝐶 h . 𝑅𝑒 L 0.25 . 𝐹𝑟 L 0.1 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑅𝑒 L  5 18)
𝑎 h = 𝑎h 𝑎 . 𝑎 (19)
ℎ L =   [12 . 𝐹𝑟L 𝑅𝑒L ] 1/3 . [ 𝑎ℎ 𝑎 ] (20)
Δ P0 𝑍 =   𝜓 0 . 𝑎 𝜀3 . 𝜌G .𝑣G2 2 . 1 𝐾W (21)
Δ 𝑃 𝑍 = Δ 𝑃0 𝑍 . [( 𝜀 𝜀−ℎL ) 1.5 exp ( 𝑅𝑒L 200 )] (22)

## Penentuan Koefisien Perpindahan Massa
Sebelum menentukan koefisien perpindahan  massa  gas  (kG)  atau  cairan (kL), terlebih dahulu ditentukan nilai koefisien difusi.  Koefisien  difusi  dalam  sistem  biner dalam tekanan rendah, dapat menggunakan korelasi Wilke and Lee ( D G , m 2 /dt) untuk gas dan korelasi Minhas and Hayduk untuk cairan ( D L , m 2 /dt).  Selanjutnya  terlebih  dahulu, dihitung faktor temperatur ( T* , K), tumbukan difusi (  D ), diameter tumbukan (  , Å ), berat molekul  ( M ,  kg/kmol),  volume  molar  ( V NOx , cm 3 /mol), viscositas air (  W , Pa.dt), dan faktor volume molar ( n ). Nilai koefisien perpindahan massa  dapat  dicari  dengan  menggunakan korelasi yang dibuat oleh Billet dan Schultes , meliputi koefisien perpindahan massa
konvektif gas ( k G , kmol/m 2 .dt) dan cairan ( k L , m/dt).  Untuk  menentukan  besaran  kedua koefisien  tersebut,  maka  harus  ditentukan dahulu  nilai  dari  bilangan  Schmidt  ( S cG ), faktor perpindahan massa dari jenis packing yang  digunakan  untuk  gas  ( C V )  dan  untuk cairan  ( C L ),  nilai  tetapan  gas  ideal  ( R = 0,0821  m 3 .atm/kmol.K),  fraksi  pori packing (  ), dan luas permukaan perpindahan massa per unit volume ( a, m -1 ), berturut-turut:
T* = 𝑇 √ 𝑒 𝑘 𝑁𝑜𝑥 (23)
Ω D = 1,06036 (𝑇∗)0,1561 + 0,19300 exp(0,47635 .𝑇∗) +
1,03587 exp(1,52996 .𝑇∗) + 1,76474 exp(3,89411 .𝑇∗) (24)
𝐷 G =
[3,03− ( 0,98 𝑀NO𝑥 1/2)] .  (10 −3) .  𝑇3/2 𝑃 .  𝑀NO𝑥 1/2 .𝜎NO𝑥2 . Ω D (25)
𝑛 = 9,58 𝑉 NO𝑥 −  1,12 (26)
𝐷 L = 1,25 𝑥 10−8.(𝑉NOx −0,19− 0,292) . 𝑇1,52 .𝜇W𝑛 10000 (27)
𝑆𝑐 G = 𝜇G 𝜌G .𝐷G (28)
𝑘 G = 0,1304 . 𝐶 𝑉 . [ 𝐷G .𝑃 𝑅 .𝑇 ] . [ 𝑎 [𝜀 (𝜀−ℎL)]0.5 ] . [ 𝑅𝑒G 𝐾W ] . 𝑆𝑐 G 2/3 (29)
𝑘 L = 0,757 . 𝐶 𝐿 . [ 𝐷L.𝑎 .𝑣L 𝜀 .ℎL ] 0,5 (30)
(Agoeng Kadarjono, Erilia Yusnitha, Agus Sartono Dwi Santosa, Pertiwi Diah Winastri)

## Penentuan  Tinggi  Kolom  Packing  dan Tinggi Menara
Penentuan tinggi menara ( Z ) berturut-turut dimulai dari perhitungan laju alir molar gas ( N G , kmol/j), kecepatan molar gas
masuk menara ( G My(1) , kmol/m 2 .dt), kecepatan  molar  gas  keluar  menara  ( G My(2) , kmol/m 2 .dt),  kecepatan  molar  gas  rata-rata ( G My ,  kmol/m 2 .dt),  kecepatan  molar  cairan masuk ( G Mx(1) , kmol/m 2 .dt), kecepatan molar cairan keluar ( G Mx(2) , kmol/m 2 .dt), kecepatan molar  rata-rata  ( G Mx ,  kmol/m 2 .dt),  faktor absorpsi  daerah  bawah  ( A (1) )  dan  atas  ( A (2) ) menara,  faktor  absorpsi  rata-rata  ( A ), koefisien perpindahan massa volumetrik gas ( K vG ,  kmol/m 3 .dt),  cairan  ( K vL ,  kmol/m 3 .dt), total  ( K m ,  kmol/m 3 .dt),  tinggi  kolom packing ( H tOG ,  m),  jumlah  kolom packing ( N tOG ), koefisien distribusi (  ), dan tinggi menara ( Z, m).
𝑁 G = ( 𝑄G .𝜌G 𝑀G ) (31)
𝐺 My(1) = 4 .𝑁G 3600 .𝜋 .𝐷2 (32)
𝑁 NOx(abs) = ( 𝑄G .𝜌G 𝑀G ) . 𝑦 NOx . %𝑅 (33)
𝐺 My(2) = 4 .  (𝑁G− 𝑁NOx(abs)) 3600 .𝜋 .𝐷2 (34)
𝐺 My = 𝐺My(1)+ 𝐺My(2) 2 (35)
𝑁 𝐿(2) = ( 𝑚𝐿(2) 𝑀𝑊 ) (36)
𝐺 Mx(1) = 4 .  (𝑁L(2) + 𝑁NOx(abs)) 3600 .𝜋 .𝐷2 (37)
𝐺 𝑀𝑥(2) = 4 .𝑁𝐿(2) 3600 .𝜋 .𝐷2 (38)
𝐴 (1) = 𝐺𝑀𝑥(1) 𝐺𝑀𝑦(1) .∅ (39)
𝐴 (2) = 𝐺𝑀𝑥(2) 𝐺𝑀𝑦(2) .∅ (40)
𝐴 = 𝐴(1)+ 𝐴(2) 2 (41)
𝑦 NOx(2) =   (1 − %𝑅) . 𝑦 NOx(1) (42)
𝐾 vG =   𝑘 G . 𝑎 h (43)
𝑐 = 𝜌1 𝑀W (44)
𝐾 vL =   𝑘 L . 𝑎 h . 𝑐 (45)
𝐾 m = 1 1 𝐾vG . ∅ 𝐾vL (46)
𝐻 tOG = 𝐺My 𝐾m (47)
[𝑥 NOx(1) ] = 𝑁NOx(abs) 𝑁L(1) = 𝑁NOx(abs) 𝑁L(2)+ 𝑁NOx(abs) (48)
𝑁 tOG = ln{[ 𝑦NOx(1)− (∅ .𝑥NOx(2)) 𝑦NOx(2)− (∅ .𝑥NOx(2)) .(1− 1 𝐴 )]+ 1 𝐴 } 1− 1 𝐴 (49)
𝑍 =   𝐻 𝑡𝑂𝐺 . 𝑁 𝑡𝑂𝐺 (50)
Skema  aliran  fluida  dalam  menara packed-bed , jenis,  dan  parameter packing ditampilkan pada Gambar 1, 2, dan Tabel 1.
Gambar 1. Skema aliran fluida dalam menara
packed-bed [6].
(a) (b) (c) Gambar 2. Model  beberapa  jenis packing yang digunakan dalam perhitungan[6,12]. a) 25 mm pall ring plastik
b) 25 mm ralu ring plastik
c) 25 mm nor-pac ring plastik
Tabel 1 Parameter perpindahan massa dan hidrolika beberapa jenis packing [6,13] Tipe packing Parameter hidrolik Parameter perpindahan massa a  Ch C P F P C L C V 25-mm pall ring plastik 225,0 0,887 0,528 0,865 55 0,905 0,446 25-mm ralu ring plastik 190,0 0,94 0,719 0,800 233,4 1,320 0,333 25-mm nor-pac ring plastik 202,0 0,953 0,601 0,397 402,5 0,883 0,366 Sejauh sepengetahuan penulis,
banyak tersedia jenis absorber dan packing , namun  belum  ada  peneliti  yang  melakukan pengembangan  desain  alat  proses  untuk efluen dari proses fabrikasi kernel[14]. Pada penelitian ini mencoba membahas pengaruh jenis packing pada  menara  absorber  pada skala laboratorium dan memilih jenis packing yang  sesuai,  melalui  tahapan  perhitungan desain  menara  absorber  menggunakan program EXCEL

## METODOLOGI
Desain  menara packed-bed dimulai dari  penentuan  jenis packing ,  ukuran packing ,  posisi  gas  dan  air  sebagai  aliran masuk dan keluar sesuai dengan Gambar 1. Aliran  gas  NOx  dihasilkan  dari  proses pelarutan serbuk U 3 O 8 menggunakan larutan asam  nitrat,  sedangkan  aliran  air  dari  air bebas  mineral  (ABM).  Untuk  menentukan pengaruh  jenis packing ( pall  ring,  ralu  ring,
nor-pac ring ) , dilakukan dengan cara simulasi laju  alir  fluida  (gas  dan  air)  terhadap diameter,  luas  permukaan  efektif packing, pressure drop , koefisien perpindahan massa, tinggi  kolom packing, dan  tinggi  menara dengan cara memasukkan ke dalam persamaan-persamaan
yang
sesuai
menggunakan  program  EXCEL.  Dengan cara yang sama, berturut-turut disimulasikan penyerapan  gas  NOx,  faktor flooding, tekanan  operasi,  dan  temperatur  terhadap ukuran (dimensi) menara absorber.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil perhitungan, proses  pelarutan  sebanyak  1500  g  serbuk U 3 O 8 dengan  larutan  asam  nitrat  (HNO 3 ) diperoleh  laju  alir  gas  NOx  sebesar  0,0345 m 3 /j.  Proses  pelarutan  serbuk  U 3 O 8 dengan asan  nitrat  (HNO 3 )  berlangsung  menurut persamaan reaksi:
U 3 O 8 +  12HNO 3 3UO 2 (NO 3 ) 3 +  2NO 2 +  NO  +  6H 2 O
Laju  alir  gas  NOx  (0,0345  m 3 /j) dianggap sebagai aliran yang kecil, sehingga pemilihan jenis packing pun harus berukuran kecil.  Jenis  dan  ukuran  serta  parameter packing yang  tersedia  menggunakan  jenis pall  ring,  ralu  ring,  dan  nor-pac  ring sebagaimana  ditunjukkan  pada  Gambar  2 dan Tabel 1. Selanjutnya dengan
mensimulasi  laju  alir  gas  (dari  0,0345; 0,0670;  0,1035;  dst)  maka  berdasar  pada
tahapan perhitungan menara absorber
(pers.  1 –50),  maka  diperoleh  berturut-turut nilai  diameter  menara,  luas  permukaan efektif packing , pressure  drop ,  koefisien perpindahan  massa,  tinggi  kolom packing,
dan tinggi menara absorber seperti ditunjukkan pada Gambar  3 hingga Gambar 7 sebagai fungsi jenis packing . Demikian juga simulasi  dilakukan  terhadap  laju  alir  air (dipilih 360 ; 720 ; 1080 ; dst)
(Agoeng Kadarjono, Erilia Yusnitha, Agus Sartono Dwi Santosa, Pertiwi Diah Winastri)
Gambar 3. Hasil perhitungan diameter menara terhadap laju alir fluida sebagai fungsi jenis packing
Gambar 4. Hasil perhitungan luas permukaan efektif packing terhadap laju alir fluida sebagai fungsi jenis packing.
Gambar 5. Hasil perhitungan pressure drop terhadap laju alir fluida sebagai fungsi jenis packing.
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,00 0,07 0,14 0,21 0,28 0,35 Dia m e te r m e na ra, m Laju alir gas, m3/j Pall Ralu Nor-Pac 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Dia m e te r m e na ra, m Laju alir air, kg/j Pall Ralu Nor-Pac 0 50 100 150 200 250 300 350 0,00 0,07 0,14 0,21 0,28 0,35 Lu a s pe rmu k a a n e fe k tif pa c k in g, m Laju alir gas, m3/j Pall Ralu Nor-Pac 0 50 100 150 200 250 300 350 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Lu a s pe rmu k a a n e fe k tif pa c k in g, m Laju alir air, kg/j Pall Ralu Nor-Pac 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,00 0,07 0,14 0,21
0,28 0,35
Pres s ure drop , Pa /m Laju alir gas, m3/j Pall Ralu Nor-Pac 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Pres s ure drop , Pa /m Laju alir air, kg/j Pall Ralu
Nor-Pac
Gambar 6. Hasil perhitungan koefisien perpindahan massa terhadap laju alir fluida sebagai fungsi jenis packing.
Gambar 7. Hasil  perhitungan  tinggi  kolom packing terhadap  laju  alir  fluida  sebagai  fungsi  jenis packing
Pada  Gambar  3,  dengan  simulasi laju  alir  gas,  tampak  bahwa  pengaruh peningkatan  laju  alir  gas  tidak  terlalu signifikan terhadap diameter menara, sedangkan penambahan laju alir air menghasilkan  diameter  menara  bertambah besar.  Menurut  hasil  simulasi  perhitungan, hal  ini  disebabkan  laju  alir  gas  yang  kecil (0,0345 m 3 /j) dan laju alir air yang besar (360 kg/j).  Disamping  itu,  faktor  lain  yang mempengaruhi  hasil  perhitungan  adalah porositas packing ,  kecepatan  fluida,  dan kondisi flooding. Pada  situasi  ini, packing jenis pall-ring menjadi pilihan karena
membutuhkan  diameter  yang  lebih  kecil dibanding packing jenis lainnya.
Hasil  perhitungan  pada  Gambar  4. tampak  bahwa  nilai  luas  permukaan  efektif packing terdapat  kecenderungan  menurun pada kondisi kenaikan laju alir fluida (gas dan air).  Kinerja  suatu packing dikatakan  baik apabila  seluruh  permukaan packing dapat secara efektif memberikan luas kontak yang besar  dengan  fluida  yang  mengalirinya, sehingga  luas  kontak  yang  besar  akan diperoleh  pada  laju  alir  fluida  yang  rendah. Pada  laju  alir  fluida  yang  semakin  besar, akan  menyebabkan  luas  permukaan  efektif
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 0,00 0,07 0,14 0,21 0,28 0,35 Koe fis ie n pe rpin da ha n m a s s a , Pa /m Laju alir gas, m3/j Pall Ralu Nor-Pac 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Koe fis ie n pe rpin da ha n m a s s a , m /d t Laju alir air, kg/j Pall Ralu Nor-Pac 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 Ting gi ko lom pa ck ing, m Laju alir gas, m3/j Pall Ralu Nor-Pac 0,0 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Ti ng gi k ol om pa c k in g, m Laju alir air, kg/j Pall Ralu Nor-Pac
(Agoeng Kadarjono, Erilia Yusnitha, Agus Sartono Dwi Santosa, Pertiwi Diah Winastri)
packing
semakin kecil, sehingga kemungkinan  besar  menghasilkan  efisiensi pemisahan  yang  lebih  rendah[14].  Tampak juga  pada  Gambar  4.  bahwa packing jenis pall ring mempunyai luas kontak permukaan efektif  paling  besar  dibanding  dengan packing jenis lainnya.
Sementara  itu  faktor-faktor  yang diperlukan dalam perhitungan pressure drop adalah diameter partikel, parameter hidrolika packing , kecepatan dan waktu tinggal fluida,
serta  gravitasi.    Nilai pressure  drop akan bertambah  besar  bila  menara  dan packing dialiri  fluida  dengan  kecepatan  yang  rendah karena  kecepatan  aliran  fluida  yang  rendah berpotensi  menyebabkan  gaya  gesek  dan resistensi (ketahanan) yang besar[15]. Pressure  drop berkaitan  erat  dengan viskositas  fluida.  Viskositas  tinggi  akan menahan  laju  aliran  air  ke  bawah  menara semakin rendah, sehingga akan menyebabkan  kecepatan flooding yang rendah. Pada situasi seperti ini tampak pada Gambar  5.  bahwa  air  yang  mempunyai viskositas lebih besar menghasilkan pressure drop yang  semakin  rendah,  demikian sebaliknya, kecepatan gas yang mempunyai viskositas rendah akan menghasilkan pressure  drop lebih  besar.  Pada packing jenis pall  ring ,  menghasilkan pressure  drop yang  besar  dibanding packing jenis  lainnya. Hal  ini  karena packing jenis pall-ring mempunyai  luas  permukaan  efektif  dan waktu  tinggal  yang  lebih  lama  dibanding dengan packing jenis lainnya.
Untuk penentuan koefisien perpindahan  massa  total  pada  menara absorber , dapat digunakan metode Billet and Schultes pada  sistem  biner  untuk  jenis packing dengan  diameter  menara  antara  6 cm hingga 1,4 m. Nilai koefisien perpindahan massa  total  diperoleh  dari  nilai  perpindahan massa  konvektif  fasa  gas  dan  air.  Koefisien perpindahan  massa  konvektif  fasa  gas dipengaruhi oleh koefisien difusi gas, kondisi operasi, bilangan Reynold, bilangan Schmidt, tumbukan,  dan  faktor  perpindahan  massa.
Sementara  itu koefisien  perpindahan  massa konvektif  fasa  air  dipengaruhi  oleh  koefisien difusi  air,  waktu  tunda,  dan  kecepatan  air. Pada Gambar 6. tampak bahwa kenaikan laju alir gas menyebabkan kenaikan nilai koefisien perpindahan massa totalnya, namun sebaliknya dengan laju alir airnya. Hal ini  karena  pada  laju  alir  gas  yang  rendah akan  memberikan  waktu  dan  kesempatan terjadi proses perpindahan massa dan difusi yang besar.
Menara packed-bed absorber adalah menara  yang  berisi  sekumpulan packing. Tinggi  kolom packing ditentukan dari kecepatan  molar  gas  terhadap  koefisien perpindahan  massa  total  dari  fluida  yang mengalirinya. Ketinggian kolom packing yang baik apabila luas permukaan efektif, pressure drop ,  dan  perpindahan  massa  dari  masing- masing packing dapat  dipenuhi  pada ketinggian packing yang serendah- rendahnya.  Pada  Gambar  7.  tampak  bahwa pada kenaikan laju alir gas akan menghasilkan kenaikan tinggi kolom packing, namun  pada  kenaikan  laju  alir  air  terjadi kecenderungan  penurunan  tinggi  kolom packing . Hal ini karena pada laju alir rendah (gas),  perbandingan  kecepatan  molar  dan perpindahan  massa  total  yang  membesar pada koefisien distribusi fluida tetap sehingga menyebabkan menara semakin tinggi.
Demikian juga pada laju alir yang besar (air) terdapat perbandingan kecepatan molar dan perpindahan massa total yang mengecil pada koefisien distribusi yang tetap, akan menyebabkan penurunan tinggi menara. Dari Gambar  7.  dapat  dikatakan  bahwa  menara absorber  berisi packing jenis pall - ring telah memenuhi kriteria tinggi kolom packing yang baik.
Penentuan  tinggi  menara  umumnya sangat  dipengaruhi  oleh  laju  alir  atau kecepatan molar fluida selama aliran fluida di dalam  menara.  Tampak  pada  Gambar  8. bahwa  pada  kenaikan  laju  alir  gas  akan menghasilkan kenaikan tinggi menara , namun  pada  kenaikan  laju  alir  air  terjadi
kecenderungan  penurunan  tinggi  menara. Hal  ini  karena  pada  laju  alir  rendah  (gas), perbandingan kecepatan molar dan perpindahan  massa  total  yang  membesar pada  faktor  absorbsi  tetap  menyebabkan menara semakin tinggi. Demikian juga  pada laju alir yang besar (air) terdapat
perbandingan kecepatan
molar dan perpindahan massa total yang mengecil pada faktor absorbsi yang tetap, akan menyebabkan  penurunan  tinggi  menara. Seperti halnya pada penentuan tinggi kolom packing , ketinggian menara yang baik dapat menggunakan packing jenis pall-ring.
Gambar 8. Hasil perhitungan tinggi menara absorber terhadap laju alir fluida sebagai fungsi jenis packing.
Hasil  simulasi  perhitungan  dan perancangan  menara packed-bed  absorber pada  pengaruh  jenis packing terhadap penyerapan  gas  NOx,  faktor flooding, tekanan  operasi,  dan  temperatur  pada ukuran  (dimensi)  menara  berturut-turut ditampilkan pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Uranium  dapat  dimungkinkan  terikut dalam gas NOx dianggap sebagai kontaminan  atau  aerosol  meskipun  dengan jumlah  yang  relatif  sedikit,  namun  demikian mengingat  sifat  uranium  yang  radioaktif, menurut  standar  keselamatan  udara  buang, maka efisiensi penyerapan gas harus diatas 97%.  Hasil  perhitungan  yang  ditampilkan dalam  Gambar  9.  tampak  bahwa  kenaikkan penyerapan gas NOx pada menara menyebabkan  kenaikan  tinggi  menara (Z) dan  tidak  mempengaruhi  diameter  (D)  dan tinggi  kolom packing ( H tOG ).  Hal  ini  karena kenaikan  jumlah  gas  NOx  terserap  akan membutuhkan waktu tinggal di dalam menara
yang  lama  dan  difusi  gas  terhadap  luas permukaan  efektif packing yang  tinggi. Kenaikan faktor flooding tidak terlalu signifikan mempengaruhi penurunan dimensi menara  dan  tinggi  kolom packing seperti ditunjukkan  pada  Gambar  9.  Hal  ini disebabkan  oleh  laju  volumetrik  air  tetap meskipun kondisi flooding dinaikkan Pengaruh
kenaikkan
tekanan operasi  berdampak  pada  penurunan  ukuran (dimensi)  menara  (tinggi  kolom packing dan tinggi  menara)  seperti  ditunjukkan  pada Gambar  10.  Tekanan  operasi  yang  lebih tinggi  dapat  disebabkan  oleh  laju  alir  fluida yang  tinggi.  Laju  alir  fluida  yang  tinggi biasanya  terdapat  pada  umpan  yang mempunyai  viskositas  tinggi  (air  >  gas). Sementara itu pengaruh kenaikkan temperatur tidak terlalu signifikan
mempengaruhi penurunan tinggi menara dan tinggi kolom packing , serta tidak berpengaruh pada diameter menara.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,00 0,07 0,14 0,21 0,28 0,35 Ti ng gi m e na ra, m Laju alir gas, m3/j Pall Ralu Nor-Pac 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Ti ng gi m e na ra, m Laju alir air, kg/j Pall Ralu Nor-Pac
(Agoeng Kadarjono, Erilia Yusnitha, Agus Sartono Dwi Santosa, Pertiwi Diah Winastri)
Gambar 9.  Hasil  perhitungan  ukuran  (dimensi)  menara  dari simulasi  penyerapan  gas  NOx  dan faktor flooding
Gambar 10.  Hasil  perhitungan  ukuran  (dimensi)  menara  dari  simulasi  tekanan  dan  temperatur operasi.

## SIMPULAN
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa  kenaikan  laju  alir  gas  tidak  terlalu signifikan terhadap diameter menara, sedangkan kenaikan laju alir air menghasilkan  diameter  menara  bertambah besar.  Luas  permukaan  efektif packing cenderung  menurun  pada  kenaikan  laju  alir fluida. Pressure drop , koefisien perpindahan massa,  tinggi  kolom packing ,  dan  tinggi menara bertambah besar pada kenaikan laju alir gas, dan cenderung menurun bila laju alir air dinaikkan. Kenaikan penyerapan gas NOx menyebabkan  kenaikan  tinggi  menara, sedangkan kenaikan faktor flooding menyebabkan penurunan tinggi kolom packing dan  tinggi  menara.  Kenaikan tekanan dan temperatur operasi
menyebabkan penurunan tinggi kolom packing dan tinggi menara. Packing jenis pall ring menjadi pilihan desain karena menghasilkan  dimensi  yang  kecil/ekonomis dibanding  jenis packing jenis ralu  ring atau nor-pac ring .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih ditujukan kepada  bapak  Ir.  Agus  Sumaryanto,  M.S.M sebagai  Kepala  Pusat  Teknologi  Bahan Bakar  Nuklir –  BATAN  dan  ibu  Ir.  Ratih Langenati  M.T  sebagai  Kepala  Bidang Fabrikasi Bahan Bakar Nuklir – BATAN, yang keduanya telah mendorong untuk berpartisipasi  pada  program  INSINAS-2019 sehingga  dapat  diterbitkan  makalah  ini sebagai  bentuk  tanggung  jawab  luaran laporan kegiatan.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 Uku ran , m Gas NOx terserap D Z HtOG 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,6 0,7 0,8 Uku ran , m Faktor Flooding D Z HtOG 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,1 2,1 3,1 4,1 Uku ran , m Tekanan, atm D Z HtOG 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 298 303 308 313 Uku ran , m Temperatur, K D Z HtOG

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  W.  Kristanti,  B.S.  Wahyudi,  P.  Indra,
“Pengaruh  diameter  nozzle  terhadap diameter  gel  pada  proses  gelasi eksternal kernel ceria stabilized zirconia ,” Jurnal  Ilmiah  Daur  Bahan Bakar  Nuklir  Urania ,  vol.  25,  no.  3, hal. 141-204, 2019.
[2]  K.C.  Jeong,  Y.K.  Kim,  S.C.  Oh,  Y.W. Lee, “Preparation of an intermediate and particle characteristics for HTGR nuclear fuel, ” Journal  of  the  Korean  Ceramics Society ,
vol.
44,
no.
2,
pp. 124-131, 2007.
[3]  R.  Sukarsono, et.  al , “Effect  of  sol concentration, aging and drying process on  cerium  stabilization  zirconium  gel produced  by  external  gelation, ” Journal of  Physics:  Conference Series ,  962 012056, 2018.
[4]  Q.  Ying, et.  al , “The  conceptual flowsheet  of  effluen  treatment  during preparing  spherical  fuel  elements  of HTR ,” Nuclear Engineering and Design,
vol. 271, pp. 189-192, 2014.
[5]  F.  Zhang,  Z.B.  Zhang, “Absorption  of nitrogen dioxide in water and dilute nitric acid  solution  with  constant-volume absorption system, ” Chineese Journal of Inorganic  Chemistry ,  vol.  29,  no.1, pp. 95-102, 2013.
[6]  A.P.  Sanchez,  E.J.P.  Sanchez,  R.S. Silva, “Design of packed bed absorption column  considering  four  packing  types and  applying  MATLAB, ” Nexo  Revista Cientifica ,  vol.  29,  no.  2,  pp.  83-104, 2016.
[7]  B. Raj Mohan and B.C. Meikap, “Control of  SO 2 from  industrial  effluents  by  a spray-cum  bubble  column  scrubber,
Science Aler t, 2010, Available:
https://scialert.net/fulltext/?doi=jas.2010 .3277.3282.
[8]  A. Barghava, “Wet scrubbers–design of spray  tower  to  control  air  pollutants, ” International  Journal  of  Environmental Planning and Development , vol. 2, no. 1,
2016.
[9]  G.  Raja, “Cuboid  Packed-Beds  as Chemical Reactors?, ” Processes , vol. 6, no. 5, p. 44, 2018.
[10]  H. Alsyouri, “Design of packed columns in chemical engineering unit operations, ” Engineering , 2015, Available: https://www.slideshare.net/alsyourih/de sign-of-packed-columns.
[11]  K.  Shah, “Types  of  packing  material,” ChemAlone: The Chemical Engineering eResources portal, 2016.
[12]  E.E. Ludwig, “Applied process design for chemical  and  petrochemical  plants, ” 3 rd ed, Oxford,
U.K., Butterworth- Heinemann, 1997.
[13]  J.  Benitez, “Principles  and  modern applications of mass transfer
operations, ”  2 nd ed,  Hoboken,  U.S.A,
John Wiley and Sons, 2009.
[14]  X.  Chen, et.  al , “The  uranium  recovery from  UO 2 kernel  production  effluent, ” Nuclear Engineering and Design , vol. 310 pp. 187-191, 2016.
[15]  U.L. Minne, A.J.  Burger,  C.E.  Schwarz, “The  effect  of  fluid  properties  and packing  size  on  the  hydrodynamics  of packed columns, ” Chemical Engineering Transactions , vol. 69, pp. 31-36, 2018.