Fluidisasi - Laporan Teknik Kimia IV - Zeffa Aprilasani

LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK KIMIA IV FLUIDISASI

Disusun Oleh : Zeffa Aprilasani NIM : 2008430039

Fakultas Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta 2011

FLUIDISASI

I.

Maksud dan tujuan:1. Mempelajari hidrodinamika unggun terfluidakan sistem padat gas atau

padat cair 2. Menentukan kecepatan minimal fluidisasi 3. Menentukan karakteristuik unggun terfluidakan seperti peronakan/ sluging, penjaluran/ chanelling, dsb.

II. Teori Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik cair maupun gas. Dengan metode ini diharapkan butiran-butiran padat memiliki sifat seperti fluida dengan viskositas tinggi. Sebagai ilustrasi tinjau suatu kolom berisi sejumlah partikel padat berbentuk bola. Pada laju alir yang cukup rendah butiran padat akan tetap diam karena gas hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan perubahan susunan partikel tersebut. Keadaan yang demikian disebut unggun diam. Kalau laju alir kemudian dinaikkan akan sampai pada satu keadaan dimana unggun padatan akan terpisahkan satu sama lain sehingga dapat bergerak dengan lebih mudah. Pada kondisi butiran yang dapat bergerak ini disebut hidrostatik. Dalam dunia industri dapat diaplikasikan dalam banyak hal seperti transportasi serbuk padatan (conveyer solid), pencanpuran padatan halus, perpindahan permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembukaan, proses pertumbuhan partikel, dan kondensasi bahan yang dapat mengalami sublimasi, adsorbsi (untuk pengering udara dan adsorben) dan masih banyak aplikasi lain. Fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi antara lain:

2

Praktikum Teknik Kimia IV Fluidisasi

1. Fenomena fixed bed yang terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju

minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini partikel diam atau tidak bergerak. Fenomena minimum atau incipient fluidization yang terjadi ketika laju alir fluida mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada kondisi ini partikel-partikel padat mulai terekspansi. 2. Fenomena snooth or homogenously fludization terjadi ketika kecepatan distribusi aliran fluida merata.densitas dan distribusi partikel dalam unggun sama atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan beragam. 3. Fenomena bubling fluidization yang terjadi ketika gelembung gelembung pada unggunu terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen.4. Fenomena sluging fluidization yang terjadi ketika gelembung-gelembung

besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikel partikel padat. Pada kondisi ini terjadi penorakan sehingga partikel-partikel padat seperti terangkat. Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam unggun partikel padat terbentuk saluran-saluran seperti tebing vertikal. 5. Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan alir fluida melampaui lecepatan maksimal aliran fliuida. Pda fenomena ini sebagian partikel akan terbawa aliran fluida dan ekspansi mencapai nilai maksimum. Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut dipengaruhi oleh faktor-faktor: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Laju alir fluida dan jenis fluida Ukuran partikel. Jenis dan densitas partikel serta faktor intrlok antar partikel. Porositas unggun Distribusi aliran. Distribusi bentuk ukuran fluida Diameter kolom Tinggi unggun

3


Faktor-faktor diatas merupakan variabel variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut. Pada praltikum fluidisasi ini fluida yang digunakan adalah udara tekan , butiran padat yang akan difluidisasikan juga dapat bervariasi seperti butiran batu bara pasir dsb. Ukuran partikel juga divariasikan dengan mengatur ukuran partikel melaalui proses pemgayakan. Dengan mesh tertentu. Densitas partikel dapat juga bervariasi dengan mencampurkan partikel-partikel baik yang berbeda ukuran maupun berbeda jenis. Selain itu variasi juga dapat dilakukan pada tinggi unggun. Dalam praktikum ini dapa teramati fenomena-fenomena fluidisasi secara visual. Dari hasil pengukuran tekanan dan laju alir fluida dibuat kurva karakteristik fluidisasi. Pressure Drop Aspek utama yang akan ditinjau dalam percobaan ni adalah mengetahui besarnya pressure drop di dalam unggun padatan yang terfluidakan. Hal ini mempunyai arti yang cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan besarnya energi yang diperlukan juga bisa memberikan indikasi tentang kelakuan unggung selama operasi berlangsung. Penentuan besarnya hilang tekan di dalam unggun terfluidakan: Pressure Drop damal Unggun Diam Korelasi matematik yang menggambarkan hubungan antara hilamg tekan dan dengan laju alir fluida dalam suatu sistem unggun diam diperoleh pertama kali pada tahun 1922 yaitu dengan menggunakan bilangan-bilangan tak berdimensi. Untuk aliran laminar dengan kehilangan energi terutama disebabkan oleh gaya viscous. ........................................................................................ (1) Dimana: = Pressure drop persatuan panjang / tinggi unggun = gravitasi buni

4


= Viskositas fluida Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan persatuan volume unggun) dihitung dari korelasi berikut: ......................................................... (2)

Sehingga persamaan tersebut menjadi: .............................................................................. (3) Atau ................................................................................. (4)

Persamaan ini kemudian diturunkan lagi oleh kozeny (1927) denngan mengasumsikan bahwa unggun zat padat tersebut adalah ekivalen dengan kumpulan saluran-saluran lurus yang paralel mempunyai luas permukaan . Untuk aliran turbulen pressure drop digambarkan sebagai gabungan dari viscous losses dan kinetic energy loss. .................................................... (5) Pada keadan ekstrim yaitu bila: a. Aliran laminer (Re < 20) kinetic energy losses dapat diabaikan sehingga ...............................................................(6) b. Aliran turbulen (Re > 1000), viscous losses dapat diabaikan sehingga ...................................................... (7)

5


Pressure Drop pada Unggun Terfluidakan Pada unggun terfluidakan persamaan yang menggambarkan hubungan P/L dan U biasanya digunakan peersamaan Ergun yaitu: ................................... (8) adalah prositas unggun pada keadaan terfluidakan, pada keadaan ini dimana partilel-partikel zat padat seolah-olah terapung di dalam fluida sehingga terjadi kesetimbangan antara berat partikel dengan gaya apung dari fluida disekeliling gaya seret oleh fluida yang naik = berat partikel gaya apung atau pressure drop pada unggun x luas penampang = volume unggun x fraksi zat padatx densitas zat parat densitas fluida ....................................................... (9) ................................................................... (10)

Kecepatan Minimum Fluidisasi Yang dimaksud dengan kecepatan minimum fluidisasi (dengan notasi Vnf) adalah kecepatan superficial fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi. Harganya didapat dengan mengkombinasikan persamaan ergun dengan neraca massa terfluidisasikan menjadi : ............ (11) Untuk keadaan ekstrim yaitu: Aliran Laminer (Re1000) kecepatan fluidisasi minimumnya adalah:

6


.................................................................... (13)

Karakteristik Unggun terfluidalan Evaluasi parameter-parameter dalam peristiwa fluidisasi Densitas partikel dan bentuk partikel .............................................................. (14) ........ (15)

Porositas Unggun Porositas unggun menyatakan fraksi kosong didalam ruang unggun yang secara matematik ditulis

III. Alat dan Bahan A. Bahan yang digunaka: 1. Fluida cair dan gas sebagai media untuk membuat unggun terfluidisasi 2. Pertikel-partikel padat sebagai unggun yang akan terfluidisasi 3. Tipol untuk analisa densitas B. Peralatan Utama 1. Satu set kolom fluidisasi sistem padat gas 2. Sumber fluida bertekanan

7


3. Alat pengatur laju alir berupa kerangan jarum. 4. Alat ukur laju alir fluida yang terdiri dari venturimeter, dry gass meter C. Peralatan Pembantu 1. Wet test meter 2. Piknometer 3. Timbangan 4. Jangka Sorong 5. Stop watch 6. Gelas Ukur 7. Ayakan

IV. Prosedur percobaan A. Persiapan 1. Penentuaan densitas butiran padatan dengan metoda ergun atau dengan piknometer. 2. Penentuan dimensi kolom dengan memakai jangka sorong 3. Penentuan ukuran butiran padat dengan memakai analisa ayakan. 4. Kalibrasi flow meter dengan wet test meter B. Tahapan Operasi 1. Kalibrasi kolom kosong 2. Mengisi kolom dengan butiran padatan dengan jumlah tertentu

8


3. Mengukur P di dalam kolom yang berisi padatan untuk laju alir

yang berbeda.

V. Data dan Perhitungan 1.1 Data Pompa Pembukaan 0.5 dengan variasi bukaan valveBukaa n Valve 0.5 0.75 1 P 4 5.2 5 Q 15 10 14 12 15 17 L 14.5 13 14 Fenomen a Bubling Bubling Dispese

1.2 Data Pompa Pembukaan 1 dengan variasi bukaan valveBukaa n Valve 0.5 0.75 1 P 4.8 4.8 5.2 Q 25 25 25 35 38 45 L 25 26 27 Fenomen a Chanellin g Chanellin g Disperse

Dimensi kolom = 4.8 cm Diameter partikel pada 80 mesh = 0,070 inch = 0,1778 cm Gravitasi = 981 cm/dtk2

Densitas air Massa pikno + air = 76.96 g Massa pikno kosong Massa air = 26.76 g -

= 50.20 g

9


air

= massa air (m)/ Volume air (V) = 50.20/ 50 = 1.004 g/ml

Densitas partikel Massa pikno + partikel Massa pikno kosong Massa partikel = 66.70 g = 26.76 g

= 39.94 g

Massa pikno + partikel + air Massa pikno + partikel Volume Air

= 86.23 g = 66.70 g

= 19.53 ml

Volume partikel

= 50 19.53 = 30.47 ml

partikel

= massa partikel/ vol partikel

= 39.94/30.47 = 1.31 g/ml

Menghitung densitas fluida Diketahui dari literatur:

N2 = 0,314076

O2 = 0,43536

10


N2 + 0,21

O2

Menghitung porositas unggun Emf = Vu-Vp Vu = . D2 . L - Vp . D2 . L

Emf1 = (1/4 X 3.14 X 4.82 X 14.5 )-30.47 (1/4 X 3.14 X 4.82 X 14.5 ) Emf1 = 0.8838

Dengan cara yang sama, diperoleh hasilnya pada table 2.

Menghitung densitas fluida Diketahui dari literatur:

N2 = 0,314076

O2 = 0,43536

N2 + 0,21

O2

11


Perhitungan Kecepatan Min Fluidisasi

Umf = 0.1778 X (1.31- 0.3395) X 981 X (0.8838)3 1.75 X 0.3395 = 196.69 cm/dtk

Dengan cara yang sama, maka dapat diperoleh hasil pada table 2. Konversi Debit (Q)

Perhitungan Viscositas Fluida

12


f = N2 x 0.79 + O2 X 0.21 = (1766 x 107 . 0.79) + (2026 x 107 . 0.21) = 1.8206 x 1010 Cp

TABEL 2N o 1 2 3 4 5 6 Emf 0.883 8 0.870 4 0.879 7 0.932 6 0.935 2 0.937 6 Umf (cm/dtk) 196.6988 187.8831 193.9413 231.1117 233.0439 234.8426 Q (x104 ) 1,33 1,25 1,83 1,33 1,00 3,00 Log Umf 2.293 8 2.273 9 2.287 7 2.363 8 2.367 4 2.370 8 Log P 0.602 1 0.716 0 0.699 0 0.681 2 0.681 2 0.716 0 SQRT H 3.464 1 3.873 0 4.123 1 5.916 1 6.164 4 6.708 2

13


VI. PEMBAHASAN

Pada praktik fluidisasi yang kami lakukan terjadi fenomena-fenomena

seperti fixed bed, chanelling, bubling, dan disperse. Fluidisasi merupakan metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik itu cair ataupun gas.

14


Pada saat percobaan dilakukan harus dilakukan dengan teliti karena tekanan dari kompresor cepat habis, serta saat melihat skala harus cermat .

VII.KESIMPULAN

Dari grafik kalibrasi venture, hubungan umf dengan diperoleh H

persamaan sebagai berikut y = 10.38x + 176.5 R = 0,764 Dari grafik kalibrasi kolom kosong, hubungan antara engan Q d

diperoleh persamaan sebagai berikut: y = 0.202x + 0.913 R = 0,273 Dari grafik karakteristik fluidisasi, hubungan log umf dengan log P

diperoleh persamaan sebagai berikut : y = 0.0102x + 0.637 R = 0,318 VIII. DAFTAR PUSTAKA Anonimus. 2003. Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia, Lab. Operasi Teknik Kimia FT-UMJ. Fakultas Teknik, Jurusan Kimia. Universitas Muhammadiyah Jakarta. Cabe W.L, Mc. and Smith, J.C. 1956. Unit Operation of Chemical Engineering, Mc.Graw Hill Ltd. New York Satibi, Loekman Dr. Ir. H. 2003. Diktat Kuliah Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Jurusan Kimia. Universitas Muhammadiyah Jakarta.

15


JAWABAN TUGAS

1. Analisa Kesalahan min 3? Pembacaan Skala yang kurang tepat Pengukuran berat jenis Partikel yang kurang tepat Piknometer yang belum konstan

2. Gambarkan grafik kalibrasi venture, kolom kosong, dan karakteristik

fluidisasi!

16


TUGAS

3. Aplikasi Industri? (2 lembar)

Peristiwa fluidisasi digunakan dalam industri petrokimia dalam reaktor cracking, katalis padat dalam butiran dapat diregenerasi secara kontinyu dengan mengalirkan katalis dari reaktor ke unit aktivasi katalis. Contoh pemakaian dari reaktor ini adalah pembuatan alkil klorida dari gas klorin dengan olefin dan pembuatan phthalic-anhidride dari oksidasi naphtalena oleh udara. Selain itu, contoh lainnya adalah :

APLIKASI FLUIDISASI DALAM INDUSTRI PEMBAKARAN BATUBARA Sistem pembakaran batubara umumnya terbagi 2 yakni sistem unggun terfluidakan (fluidized bed system) dan unggun tetap (fixed bed system atau grate system).

Fluidized bed system adalah sistem dimana udara ditiup dari bawah menggunakan blower sehingga benda padat di atasnya berkelakuan mirip fluida. Teknik fluidisasi dalam pembakaran batubara adalah teknik yang

17


paling efisien dalam menghasilkan energi. Pasir atau corundum yang berlaku sebagai medium pemanas dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan biasanya dilakukan dengan minyak bakar. Setelah temperatur pasir mencapai temperature bakar batubara (300oC) maka diumpankanlah batubara. Sistem ini menghasilkan abu terbang dan abu yang turun di bawah alat. Abu-abu tersebut disebut dengan fly ash dan bottom ash. Teknologi fluidized bed biasanya digunakan di PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (80-90%) berbanding (10-20%). Secara umum konsep teknologi yang diunggulkan dari system pembakaran fluidized bed adalah : 1. adanya gerak turbulen partikel yang sangat baik untuk proses perpindahan panas dan massa bahan bakar padat, dan baik untuk menyeragamkabn temperature di dalam bed dan reactor. 2. injeksi langsung gas terlarut (sorbent) ke dalam bed, sangat memudahkan untuk mengkontrol gas asam 3. penggunaan temperature sebagai variable independent, yang berguna untuk mengendalikan polusi, mengatur distribusi bahan bakar dan udara, serta penukaran panas di dalam reactor 4. penggunaan bed dengan material inert sebagai pemberat panas (thermal flywheel) yang dapat mengurangi terjadinya slugs ataupun pengotor bahan bakar lainnya.

Fixed bed system atau Grate system adalah teknik pembakaran dimana batubara berada di atas conveyor yang berjalan atau grate. Sistem ini kurang efisien karena batubara yang terbakar kurang sempurna atau dengan perkataan lain masih ada karbon yang tersisa. Ash yang terbentuk terutama bottom ash masih memiliki kandungan kalori sekitar 3000 kkal/kg. Di China, bottom ash digunakan sebagai bahan bakar untuk kerajinan besi (pandai besi). Teknologi Fixed bed system banyak digunakan pada industri tekstil sebagai pembangkit uap (steam

18


generator). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (15-25%) berbanding (75-25%).

v Gasifikasi

Gambut dan Gasifikasi Biomassa

Gasifikasi adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung karbon untuk mengubah material baik cair maupun padat menjadi bahan bakar gas dengan menggunakan temperatur tinggi. Gas yang dihasilkan mempunyai nilai bakar sehingga dapat menghasilkan energi. Gambut memiliki kadar karbon cukup tinggi sehingga berpotensi untuk dijadikan bahan bakar. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengolah gambut menjadi bahan bakar adalah gasifikasi. Dengan teknik gasifikasi, gambut diharapkan dapat menjadi sumber bahan bakar yang potensial untuk mengatasi krisis energi. Gambut merupakan timbunan material vegetasi yang tidak terdekomposisi secara sempurna. Pada prinsipnya, gambut terbentuk dari vegetasi yang mengalami hambatan dalam proses dekomposisinya pada lingkungan asam dimana terjadi genangan air sepanjang tahun atau disebut kondisi rawa. Gambut memiliki bentuk dan ukuran yang beragam. Sebagian besar gambut yang digunakan berbentuk bongkahan. Selain itu gambut juga memiliki kadar air tinggi. Sebagai umpan gasifikasi, jika digunakan secara langsung, maka gambut akan sulit diproses dan dapat mengganggu kinerja gasifikasi. Oleh sebab itu, pengolahan awal terhadap gambut perlu dilakukan. Pengolahan awal tersebut

19


berupa pengecilan dan penyeragaman ukuran serta pengurangan kadar air pada gambut. Proses gasifikasi gambut terdiri dari tahap pemanasan gasifier, pengumpanan pasir, pengumpanan bahan bakar. Pemanasan gasifier dilakukan hingga temperatur bagian bawah gasifier mencapai temperatur gasifikasi, yaitu 800 1000 C. Pada saat temperatur bagian bawah gasifier mencapai 700 C, pasir diumpankan ke gasifier. Ketika temperatur gasifikasi tercapai, bahan bakar diumpankan ke gasifier. Berdasarkan percobaan gasifikasi yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa gambut dapat tergasifikasi melalui mekanisme fluidisasi. Sifat reaktif gambut memungkinkan terjadinya gasifikasi dengan cepat. Karakteristik gasifikasi gambut yang diperoleh pada percobaan gasifikasi gambut yaitu: profil temperatur gasifikasi; kandungan gas produser terdiri dari CO, H2, CH4, CO2, O2, dan N2; perolehan gas produser; nilai bakar gas produser (LHV); efisiensi gasifikasi; serta konversi karbon. Dan yang tidak kalah penting adalah nilai bakar gas produser (LHV) yang cukup besar, yakni 1330 1370,6 kJ/Nm3.

Gasifikasi batubara dengan unggun terfluidakan

Untuk melangsungkan gasifikasi diperlukan suatu suatu reaktor. Reaktor tersebut dikenal dengan nama gasifier. Kontak antara bahan bakar dengan medium menentukan jenis gasifier yang digunakan. Secara umum pengontakan bahan bakar dengan medium penggasifikasinya pada gasifier dibagi menjadi tiga jenis, yaitu entrained bed, fluidized bed, dan fixed/moving bed. Perbandingan jenis-jenis gasifier Parameter Fixed/Moving Bed Fluidized Bed Ukuran umpan < 51 mm < 6 mm Toleransi kehalusan Terbatas Baik partikel Toleransi kekasaran Sangat baik partikel20

Entrained Bed < 0.15 mm Sangat baik Buruk

Baik


Toleransi jenis umpan

Batubara kualitas rendah

Batubara kualitas rendah dan biomassa

Segala jenis batubara, tetapi tidak cocok untuk biomassa Tinggi Rendah > 1990 C > 1260 C Terak 80% Besar Pendinginan gas produk

Kebutuhan oksidan Kebutuhan kukus Temperatur reaksi Temperatur gas

Rendah Tinggi 1090 C 450 600 C

Menengah Menengah 800 1000 C 800 1000 C Kering 89.2% Menengah Konversi karbon

keluaran Produksi abu Kering Efisiensi gas dingin 80% Kapasitas Kecil penggunaan Permasalahan Produksi tar

Gasifikasi unggun terfluidakan dioperasikan dengan cara memfluidisasi partikel bahan bakar dengan gas pendorong yang berupa udara/oksigen, baik dicampur dengan kukus maupun tidak dicampur. Gas pendorong tersebut memiliki dua fungsi, yaitu sebagai reaktan dan sebagai medium fluidisasi. Pada gasifikasi unggun terfluidakan, gas pendorong yang umum digunakan adalah udara. Pada gasifier jenis ini, udara dan bahan bakar tercampur pada unggun yang terdiri dari padatan inert berupa pasir. Keberadaan padatan inert tersebut sangat penting karena berfungsi sebagai medium penyimpan panas. Gasifikasi unggun terfluidakan dioperasikan pada temperatur relatif rendah, yaitu 800 1000 C. Temperatur operasi tersebut berada di bawah temperatur leleh abu sehingga penghilangan abu yang dihasilkan pada gasifikasi jenis ini lebih mudah. Hal inilah yang menyebabkan gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan pada pengolahan bahan bakar dengan kandungan abu tinggi sehingga rentang penerapan gasifikasi unggun terfluidakan lebih luas daripada gasifikasi jenis lainnya. Reaksi pada Gasifikasi Unggun Terfluidakan

21


Gasifikasi umumnya terdiri dari empat proses, yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi. Pada gasifier jenis unggun terfluidakan, kontak yang terjadi saat pencampuran antara gas dan padatan sangat kuat sehingga perbedaan zona pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi tidak dapat dibedakan. Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur masing-masing proses, yaitu:

Pengeringan: T > 150 C Pirolisis/Devolatilisasi: 150 < T < 700 C Oksidasi: 700 < T < 1500 C Reduksi: 800 < T < 1000 C

Proses pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik). Pada pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas yang diserap dari proses oksidasi. Pada pirolisis, pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak terkondensasi) dari arang atau padatan karbon bahan bakar juga menggunakan panas yang diserap dari proses oksidasi. Pembakaran mengoksidasi kandungan karbon dan hidrogen yang terdapat pada bahan bakar dengan reaksi eksotermik, sedangkan gasifikasi mereduksi hasil pembakaran menjadi gas bakar dengan reaksi endotermik. Pirolisis Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T < 350 C dan terjadi secara cepat pada T > 700 C. Komposisi produk yang tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan, dan komposisi gas selama pirolisis berlangsung. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile matters pada batubara, pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan PAH (polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan

22


(H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang. Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis beserta produknya adalah: Oksidasi(Pembakaran) Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi di dalam gasifier. Proses ini menyediakan seluruh energi panas yang dibutuhkan pada reaksi endotermik. Oksigen yang dipasok ke dalam gasifier bereaksi dengan substansi yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada pirolisis. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran adalah: C + O2 -> CO2 + 393.77 kJ/mol karbon Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah oksidasi hidrogen yang terkandung dalam bahan bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi adalah: H2 + O2 -> H2O + 742 kJ/mol H2 Reduksi (Gasifikasi) Reduksi atau gasifikasi melibatkan suatu rangkaian reaksi endotermik yang disokong oleh panas yang diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini merupakan empat reaksi yang umum terlibat pada gasifikasi.

Water-gas reaction Water-gas reaction merupakan reaksi oksidasi parsial karbon oleh kukus yang dapat berasal dari bahan bakar padat itu sendiri (hasil pirolisis) maupun dari sumber yang berbeda, seperti uap air yang dicampur dengan udara dan uap yang diproduksi dari penguapan air. Reaksi yang terjadi pada water-gas reaction adalah:

C + H2O -> H2 + CO 131.38 kJ/kg mol karbon Pada beberapa gasifier, kukus dipasok sebagai medium penggasifikasi dengan atau tanpa udara/oksigen.23


Boudouard reaction Boudouard reaction merupakan reaksi antara karbondioksida yang terdapat di dalam gasifier dengan arang untuk menghasilkan CO. Reaksi yang terjadi pada Boudouard reaction adalah:

CO2 + C -> 2CO 172.58 kJ/mol karbon

Shift conversion Shift conversion merupakan reaksi reduksi karbonmonoksida oleh kukus untuk memproduksi hidrogen. Reaksi ini dikenal sebagai water-gas shift yang menghasilkan peningkatan perbandingan hidrogen terhadap karbonmonoksida pada gas produser. Reaksi ini digunakan pada pembuatan gas sintetik. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

CO + H2O -> CO2 + H2 41.98 kJ/mol

Methanation Methanation merupakan reaksi pembentukan gas metan. Reaksi yang terjadi pada methanation adalah:

C + 2H2 -> CH4 + 74.90 kJ/mol karbon Pembentukan metan dipilih terutama ketika produk gasifikasi akan digunakan sebagai bahan baku indsutri kimia. Reaksi ini juga dipilih pada aplikasi IGCC (Integrated Gasification Combined-Cycle) yang mengacu pada nilai kalor metan yang tinggi. Salah satu reaktor gasifikasi unggun terfluidakan di sebuah pembangkit listrik dari batubara. Gasifier unggun terfluidakan memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan gasifier jenis lainnya, yaitu:

Rentang penanganan jenis bahan bakar lebar Tingkat perpindahan panas dan massa bahan bakar tinggi

24


Nilai pemanasan tinggi Kadar arang rendah

25


Fluidisasi - Laporan Teknik Kimia IV - Zeffa Aprilasani

Documents

Transcript of Fluidisasi - Laporan Teknik Kimia IV - Zeffa Aprilasani