LAPORAN PRAKTIKUM

OPERASI TEKNIK KIMIA 1

MATERI :

FLUIDISASI

Disusun Oleh :

Nama : Rida Ferliana

NIM : 011100296

Prodi : Teknokimia Nuklir

Semester : III ( Tiga )

Kelompok : VII

Teman Kerja : 1. Pandu Dwi Cahya Perkasa

2. Tino Umbar

Tanggal Praktikum : 3 Desember 2012

Asisten : Kartini Megasari , SST

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

YOGYAKARTA

2012

FLUIDISASI

I. TUJUAN

a. Menentukan porositas fluidisasi

b. Menentukan penurunan tekanan ( pressure drop ) untuk fluidisasi ( - Pm )

c. Menentukan kecepatan semu fluidisasi berdasarkan percobaan ( Vm )

II. DASAR TEORI

Fluidisasi merupakan salah satu teknik pengontakan fluida baik gas maupun

cairan dengan butiran padat. Pada fluidisasi kontak antara fluida dan partikel padat terjadi

dengan baik karena permukaan kontak yang luas. Teknik ini banyak digunakan di

industri kimia dengan penggunaannya meningkat pesat pada dekade terakhir ini.

Bila zat cair atau gas dilewatkan melalui hamparan partikel padat pada kecepatan

aliran yang randah maka partikel-partikel itu tidak akan ikut bergerak. Pada kecepatan

fuida yang berangsur-angsur dinaikkan, partikel-partikel akhirnya akan mulai bergerak

dan melayang di dalam fuida yang disebut dengan istilah fluidisasi. Zat padat yang

terfluidisasi dapat dikosongkan dari hamparannya melalui pipa dan katup sebagaimana

halnya suatu zat cair, dan sifat fluidisasi ini merupakan keuntungan utama dari

penggunaan fluidisasi untuk penanganan zat padat.

II.1 Hilang Tekan (Pressure Drop)

Penentuan besarnya hilang tekan dalam unggun terfluidakan terutama dihitung

berdasarkan rumus-rummus yang diturunkan untuk unggun diam (persamaan Ergun)

dan diturunkan oleh Blake, Carman maupun peneliti-peneliti lainnya.

Besar penurunan tekanan untuk fluidisasi dapat ditentukan dengan :

−ΔP=L(1−X )( ρ s−ρ)( ggc

)

dengan :

-P : penurunan tekanan

L : panjang hamparan

X : porositas

ρ s : densitas benda

ρ : densitas fluida

II.2 Kecepatan Minimum Fluidisasi

Yang dimaksud dengan kecepatan minimum fluidisasi (dengan notasi Vm)

adaah kecepatan superfisial fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi.

Harganya diperoleh denan persamaan sebagai berikut :

dengan :

vm : kecepatan semu minimum

ϕ : derajat kebundaran ( spherecity )

Dp : diameter partikel

µ : viskositas fluida

II.3 Karakteristik Unggun Terfluidakan

Karakteristik unggun terfluidakan biasanya dinyatakan dalam bentuk grafik

antara penurunan tekanan (-P) dan kecepatan superficial (V0). Untuk keadaan yang

ideal, kurva hubungan berbentuk seperti apa yang diberkan didalam gambar :

vm=g( ρ s−ρ) X3

150μ (1−X )ϕ2 D

p2

Gambar 1. Kurva karakteristik fluidisasi ideal

Garis A - B didalam grafik menunjukan hilang tekan pada daerah unggun diam

(porositas unggun).

Garis B - C menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakan.

Garis D - E menunjukkan hilang tekan dalam daerah unggun diam pada waktu

menurunkan kecepatan alir fluida.

Harga penurunan tekanannya, untuk kecepatan alir fluida tertentu sedikit lebih

rendah dari pada saat awal operasi.

II.4 Penyimpangan dari keadaan ideal

Interlock

Karakteristik fluidisasi seperti digambarkan didalam gambar 1 hanya terjadi pada

kondisi yang betul-betul ideal dimana butiran zat padat dengan mudah saling

melepaskan pada saat terjadi kesetimbangan antara gaya seret dengan berat

partikel. Pada kenyataannya keadaan diatas tidak selamanya bisa terjadi karena

adanya kecenderungan partikel-partikel untuk saling mengunci satu dengan

lainnya (interlock), sehingga akan terjadi kenaikan hilang tekan (-P) sesaat

sebelum fluidisasi terjadi (Gambar 2).

Gambar 2. Kurva Karakteristik Fluidisasi

Fluidisasi Heterogen (aggregative Fluidization)

Jenis penyimpangan yang lain adalah kalau pada saat fluidisasi partikelpartikel

padat tidak terpisah-pisahkan secara sempurna tetapi berkelompok membentuk

suatu agregat. Keadaan yang seperti ini disebut sebagai fluidisasi heterogen atau

(aggregative fluidization). Tiga jenis fluidisasi heterogen yang biasa terjadi adalah

karena timbulnya :

a. Penggelembungan ((bubbling), Gambar 5a)

b. Penorakan (slugging, Gambar 5b)

c. Saluran-saluran fluida yang terpisah (channeling, Gambar 5c)

Gambar 3. Penyebab timbul fluidisasi heterogen

III. ALAT DAN BAHAN

III.1 Alat

a. Manometer

b. Kolom

c. Termometer

d. Jangka sorong

e. Beker gelas

f. Gelas ukur

g. Stopwatch

h. Kompor

i. Labu leher tiga

j. cKomdensor

III.2 Bahan

a. Aquades

b. Bahan isian silinder

Gambar 4. Rangkaian Alat Percobaan

IV. LANGKAH KERJA

a. Suhu aquades diukur.

b. Diameter benda silinder , diameter kolom , dan panjang susunan bahan diukur.

c. Massa benda silinder ditimbang.

d. Alat dirangkai seperti pada Gambar 4.

e. Labu leher tiga diisi aquades secukupnya.

f. Kompor listrik dan pendingin dinyalakan.

g. Waktu saat mendidih hingga air menetes pertama dicatat.

h. Waktu saat tetes pertama hingga mencapai 10 mL dicatat.

V. DATA PERCOBAAN

T aquades = 29°C

ρ aquades = 0,995945 g/mL

µ aquades = 1,845 cp

m silinder = 0,1391 g

φ silinder = 1

D silinder = 0,635 cm

L hamparan silinder = 6 cm

h manometer = 0,5cm

t mendidih hingga tetes air pertama =15 menit 40 detik

t tetes pertama hingga volume 10mL = 43 menit 10 detik

VI. PERHITUNGAN

L=6 cm=6 cm1 ft

30 ,48 cm=0 , 1969 ft

g=32, 174ft

s2

gc=32 ,174lbm . ft

lbf . s2

Dbola=Dp=0 ,635 cm=0 ,635 cm1 ft

30 ,48 cm=0 ,0208 ft

vbola=43

πr3=43(3 , 14 )(0 ,3175 cm )3=0 ,134 cm3

ρbola=ρ s=mbola

vbola

= 0 , 1391g0 ,1340 cm3

=1 , 0380 g/cm3=(1 ,0380 g /cm3 )(62 ,428lbm / ft3

g /cm3)=64 , 8003

lbmft 3

ρaquades=ρ=0,995945 g/mL=(0,995945g/mL)(62,428lbm/ft3

g/mL)=62, 1749

lbmft3

μaquades=1, 845 cp=(1 ,845 cp )(0 ,000672lbm/ ft . s

cp)=1 ,23984×10−3 lbm / ft . s

VI.1 Penentuan Porositas Fluida

ϕbola=1 , sehingga dari grafik hubungan porositas dengan derajat kebundaran

( normal packing ) dalam buku Brown diperoleh porositas ( X ) sebesar 0,38.

VI.2 Penurunan Tekanan ( Pressure Drop )

−ΔP=L(1−X )( ρ s−ρ)(ggc

)

−ΔP=0 ,1969 ft (1−0 , 38)(64 ,8003lbmft 3

−62 ,1749lbmft 3

)(32 ,174 ft / s2

32 ,174 lbmft /lbf . s2)

−ΔP=0 ,3205¿ lbf / ft 2

¿

VI.3 Penentuan Kecepatan Semu Fluidisasi

vbola=43

πr3=43(3 , 14 )(0 ,3175cm )3=0 ,1340 cm3

vm=g( ρ s− ρ) X3

150μ (1−X )ϕ2 D

p2

vm=32 ,174

ft

s2(64 , 8003

lbm

ft 3−62 , 1749

lbm

ft 3)(0 ,383 )

150(1 , 23984×10−3 lbm/ ft . s )(1−0 ,38 )(12 )(0 ,0208 ft )3

vm=3 , 6174 ft /s

VII. PEMBAHASAN

Praktikum ini bertujuan untuk menentukan porositas fluidisasi , penurunan

tekanan (pressure drop) untuk fluidisasi (-Pm) dan kecepatan semu fluidisasi

berdasarkan percobaan ( Vm ). Fluidisasi merupakan salah satu teknik pengontakan fluida

baik gas maupun cairan dengan butiran padat.

Pada praktikum ini fluida yang dikontakkan dengan butiran padat adalah gas. Gas

diperoleh dari aquades yang didihkan kemudian menguap ke permukaan atas. Uap ini

kemudian akan menjadi uap air dan menghasilkan tetesan air. Waktu yang dibutuhkan

aquades untuk mendidih hingga tetes air pertama adalah 15 menit 40 detik sedangkan

waktu tetes pertama hingga volumenya mencapai 10mL adalah = 43 menit 10 detik.

Waktu ini dapat dikatakan cukup lama. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya lubang pada

kran ( bocor ) sehingga air tidak melewati jalur yang semestinya dan bahkan air susah

untuk keluar.

Hal yang berpengaruh dalam menentukan kecepatan minimum fluidisasi adalah

porositas dan penurunan tekanan. Berdasarkan teori porositas hamparan sebelum

fluidisasi dianggap berubah namun setelah mulai terfluidisasi maka porositas hamparan

akan naik dan merupakan fungsi bilangan Reynoldnya. Dalam praktikum ini, kami tidak

menggambarkan hubungan antara porositas dengan bilangan Reynold melainkan hanya

menentukan besarnya porositas bahan isian. Bahan isian yang digunakan adalah bahan

berbentuk bola yang berdiameter 0,0208 ft. Dari tabel hubungan ukuran ayakan dengan

derajat kebundaran dapat diketahui bahwa spherecity bola adalah 1 sehingga diperoleh

porositas sebesar 0,38 berdasarkan grafik hubungan porositas dengan derajat kebundaran

dalam kondisi normal packing berdasarkan buku Brown.

Penurunan tekanan terjadi karena adanya fluida yang mengalir. Pada saat

hamparan partikel bergerak maka penurunan tekanan akan meningkat sebanding dengan

kecepatan semunya. Praktikan pada praktikum ini tidak menunjukkan hubungan antara

penurunan tekanan dengan kecepatan semu karena waktu yang diperlukan cukup lama.

Namun jika kita liat dari rumus :

vm=g( ρ s−ρ) X3

150 μ (1−X )ϕ2 D

p2=

g( −ΔP

L(ggc

))X 3

150 μϕ2 D

p2

dapat dilihat bahwa nilai penurunan tekanan berbanding lurus dengan kecepatan

minimum fluidisasi. Berdasarkan perhitungan penurunan tekanan yang terjadi adalah

sebesar 0,3205 lbf/ft2 dan kecepatan semu minimum fluidisasi adalah 3,6174 ft/s.

VIII. KESIMPULAN

Dari percobaan diperoleh hasil sebagai berikut :

a. porositas fluidisasi = 0 ,3205

¿ lbf / ft2 ¿

b. pressure drop ( - Pm ) = 0,38

c. kecepatan semu fluidisasi ( Vm ) = 3 ,6174

¿ ft /s¿

IX. DAFTAR PUSTAKA

Putra , Sugili dkk . 2006 . Petunjuk Praktikum Operasi Teknik Kimia 1. Yogyakarta :

STTN-BATAN

Soetedjo. 1986. Fluid Flow . Bandung : Penerbit Angkasa Bandung

che.ft-untirta.ac.id diakses pada tanggal 4 Desember 2012

Yogyakarta, 9 Desember 2012

Asisten, Praktikan

Kartini Megasari , SST Rida Ferliana