lapres-fluidisasi (1)

FLUIDISASI

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Fluidisasi dipakai untuk menggambarkan salah satu cara mengontakkan

butiran-butiran padat dengan fluida. Sebagai ilustrasi dari apa yang dinamakan

fluidisasi, kita tinjau dari suatu bejana yang didalamnya ditempatkan sejumlah

partikel padat, lalu dialirkan gas dan laju alirnya dinaikkan terus hingga sampai

pada suatu saat dimana unggun padatan tadi tersuspensi dalam suatu gas yang

melaluinya.

I.2. Tujuan Percobaan

1. Tujuan Instruksiaonal Umum

- Dapat mengoperasikan alat percobaan fluidisasi

- Mampu membuat laporan secara tertulis

2. Tujuan Instruksional Khusus

- Dapat emnentukan kurva karakteristik fluidisasi dan hubungan antara pressure

drop dengan laju alir untuk bermacam-macam jenis partikel

- Dapat menentukan kecepatan fluidisasi minimal secara perhitungan

I.3. Manfaat Percobaan

Dengan menggunakan alat percobaan fluidisasi, dapat menentukan pengaruh

tinggi unggun terhadap proses fluidisasi serta dapat menjelaskan fenomena yang

terjadi selama fluidisasi.

Laboratorium Proses Kimia 1

FLUIDISASI

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Fluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan salah satu

cara mengontakkan butiran-butiran padat dengan fluida (gas/cair). Sebagai

ilustrasi dari apa yang dinamakan dengan fluidisasi ini, kita tinjau dari suatu

bejana dimana ditempatkan sejumlah partikel padat berbentuk bola. Melalui

unggun padatan ini kemudian dialirkan gas dengan arah aliran dari bawah ke atas.

Pada laju alir yang cukup rendah, partikel padat akan diam. Keadaan demikian

disebut sebagai unggun diam atau “fixed bed”. Kalau laju alir dinaikkan , maka

akan sampai pada suatu keadaan dimana unggun padatan tadi tersuspensi di dalam

aliran gas yang melaluinya. Pada kondisi partikel yang mobil ini, sifat unggun

akan menyerupai sifat-sifat suatu cairan dengan viskositas tinggi, misalnya ada

kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik. Keadaan tersebut

dinamakan “fluidized bed”.

II.1. Kehilangan Tekanan (Pressure Drop)

Aspek utama yang akan ditinjau di dalam percobaan ini adalah mengetahui

besarnya kehilangan tekana di dalam unggun padatan yang terfluidisasikan. Hal

tersebut mempunyai arti yang cukup penting karena selain erat sekali

hubungannya dengan banyaknya energi yang dibutuhkan, juga bisa memberikan

indikasi tentang kelakuan unggun selama operasi berlangsung. Korelasi-korelasi

matematik yang menggambarkan hubungan antara kehilangan tekanan dengan

laju alir fluida di dalam suatu sistem unggun diperoleh melalui metode-metode

yang bersifat semi empiris dengan menggunakan bilangan-bilangan yang tak

berdimensi. Untuk aliran laminer dimana kehilangan energi terutama disebabkan

oleh “Viscous Loses”, Blake memberikan hubungan sebagai berikut:

∆ PL

. gc= k . μ s2

ε3 U .........(1)

Dimana:∆P = Kehilangan tekanan per satuan panjang atau tinggi ukuran


FLUIDISASI

gc = Faktor konversi

µ = Viskositas fluida

ε = Porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan

volume ruang kosong di dalam unggun dengan volume unggunnya

U = Kecepatan alir superfisial fluida

s = Luas permukaan spesifik partikel

Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan per satuan volume

unggun), dihitung berdasarkan korelasi berikut:

s=6 (1−ε)

dp .........(2)

Sehingga persamaan (1) menjadi:

∆ PL

gc=36 k μ(1−ε )2

dp3 ε3 U .........(3)

atau, ∆ PL

gc=k ' μ¿¿ .........(4)

Persamaan (4) ini kemudian diturunkan lagi oleh Konzeng dengan

mengamsusikan bahwa unggun zat padat tersebut adalah ekivalen dengan satu

kumpulan saluran-saluran lurus yang paralel yang mempunyai luas permukaan

dalam total dan volume total masing-masing sama dengan luas permukaan luar

partikel dan volume ruang kosongnya. Harga konstanta k’ yang diperoleh

beberapa peneliti sedikit berbeda, sepertti misalnya:

Konzeng (1927) k’= 150

Carman (1937) k’= 180

US Bureaunof Mines (1951) k’= 200


FLUIDISASI

Untuk aliren turbulen, persamaan (4) tidak bisa dipergunakan lagi, sehingga

Ergun (1952) kemudian menurunkan rumus lain dimana keholangan tekanan

digambarkan sebagai gabungan dari “Viscous Losses” dan “Kinetic Energy

Losses”.

∆ PL

gc=k 1

(1−ε )2

ε3

μdp2 μ+k2

(1−ε )ε3

ρgdp

U 2.........(5)

Viscous Losses Kinetic Energy Losses

Dimana: k1 = 150

k2 = 1,75

Pada keadaan ekstrim, yaitu:

a. Aliran laminer (Re=20), sehingga term II bisa diabaikan

b. Aliran turbulen (Re=1000), sehingga term I bisa diabaikan

II.2. Unggun terfluidisasikan (Fluidized bed)

Untuk unggun terfluidisasikan persamaan yang menggambarkan ∆P/L dan

U yang biasanya digunakan adalah persamaan Ergun, yaitu:

∆ PL

gc=150(1−εf )2

εf 3

μdp❑ U +1,75

(1−εf )εf 3

ρpdp

U 2....(6)

Dimana εf adalah porositas unggun pada keadaan terfluidisasikan. Pada

keadaan ini dimana partikel-partikel zat padat seolah-olah terapung di dalam

fluida, akan terjadi kesetimbangan antara berat partikel dengan gaya apung dari

fluida di sekelilingnya.

Gaya berat oleh fluida yang naik = berat partikel – gaya apung

Atau:

[kehilangan tekanan pada unggun][Luas penampang]=[volume unggun][densitas

zat padat – densitas fluida]


FLUIDISASI

[∆P][A] = [A.t][1-εf][ρp-ρp] g/gc .....(7)

∆ PL

= ][1-εf][ρp-ρp] g/gc .....(8)

II.3. Kecepatan Minimum Fluidisasi

Yang dimaksud kecepatan minimum fluidisasi (Umf), adalah kecepatan

superficial fluida minimum dimana fluida mulai terjadi. Harga Umbisa diperoleh

dengan mengkombinasikan persamaan (6) dengan persamaan (8)

II.4. Karakteristik Unggun Tidak Terfluidisasikan

Karakter unggun terfluidisasikan biasanya dinyatakan dalam bentuk grafik antara

penurunan tekanan (∆P) dan kecepatan superfisial fluida (U). Untuk keadaan yang

ideal, kurva hubungan ini berbentuk seperti dalam gambar 1.

Gambar 1. Kurva Karakteristik Fluidisasi Ideal


http://lab.tekim.undip.ac.id/otk/files/2010/09/18.jpg


FLUIDISASI

Keterangan:

Garis AB : menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam

Garis BC : menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakan

Garis DE: menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam pada

waktu kita menurunkan kecepatan air fluida . Harga penurunan tekanan

untuk kecepatan aliran fluida tertentu, sedikit lebih rendah daripada harga

penurunan tekanan pada saat awal operasi.

II.5. Fluidisasi Heterogen (Agregative Fluidization)

Apabila dalam fluidisasi partikel-partikel padatnya terpisahnya secara

sempurna tetapi berkelompok membentuk suatu agregat. Keadaan yang seperti ini

disebut sebagai fluidisasi heterogen (agregative fluidization).

Tigajenis fluidisasi yang biasa terjadi adalah karena timbulnya:

a. Penggelembungan (bubbling)

b. Penerakan (slugging)

c. Saluran-saluran fluida yang terpisah (channeling)

Gambar 2. Tiga jenis fluidisasi heterogen



FLUIDISASI

a. Bubbling

Dimana saat fluidisasi terjadi di kolom fluidisasi, pada permukaan unggun

padat terjadi ledakan-ledakan kecil (gelembung-gelembung pecah pada

permukaan unggun padat)

b. Slugging

Pada saat fluidisasi terjadi di dalam kolom fluidisasi, pada permukaan partikel

unggun padat terjadi ledakan-ledakan kecil menyerupai payung, tetapi

letaknya tidak beraturan (berpindah tempat)

c. Channeling

Pada saat fluidisasi terjadi dalam kolom fluidisasi, pada permukaan unggun

padat terjadi ledakan-ledakan kecil menyerupai payung, teatpi letaknya tetap.

II.6. Keuntungan dan Kerugian Fluidisasi

a. Keuntungan fluidized bed

1. Kebocoran seperti pada aliaran cairan dan partikel-partikel memberikan

kontrol secara kontinyu.

2. Kecepatan pencampuran solid mendekati kondisi isothermal, tekanan

melalui reaktor dimana operasi dapat dikontroldengan mudah.

3. Sirkulasi solid oleh fluidized bed membuatnya mungkin untuk

transportasi dengan jumlah yang sangat banyak.

b. Kerugian fluidized bed

1. Sulit menggambarkan aliran gas dengan deviasi besar dari sumber aliran

dan dengan passing dari solute dan gelembung-gelembung menyebabkan

tidak efisiennya sistem kontak. Hal ini menjadi serius bila konversi tinggi

dan reaktan-reaktan dibutuhkan.

2. Kecepatan penguapan solid dalam uniformnya. Waktu tinggal solid ini

memberikan konversi lebih efektif dengan kata lain untuk mengerjakan


FLUIDISASI

solid secara batch. Pencampuran ini menolong karena memberikan

produk solid seragam untuk reaksi-reaksi katalitik.

3. Erosi pipa dan tempat abrasi partikel.

4. Untuk pengoperasian luas katalitik pada tempat operasi yang

berpengaruh terhadap kecepatan reaksi.

II.7. Penggunaan Proses Fluidisasi Dalam Industri

1. Operasi Secara Fisik (Physical Operation), seperti:

a. Transportasi: Sifat fluidisasi pada fluidized bed juga merupakan sifat yang

sama dengan cairan dan sifat ini sangat efektif digunakan untuk alat

transportasi dari bubuk padatan.

b. Heat Exchanger (HE): Fluidized bed dapat digunakan untuk HE operasi

fisik dan kimia kareana kemampuannya untuk mempercepat perpindahan

panas dan menjaga suhu menjadi konstan dengan ditunjukkan sebagian

kecil dari bermacam penggunaan dalam lingkup ini.

c. Adsorpsi: Proses adsorpsi multistages fluid chart untuk pemisahan dan

pemurnian kembali komponen gas.

2. Operasi Secara Kimia

Contoh: Reaksi gas dengan katalis padat dan reaksi padat dengan gas.

II.8. Aplikasi Fluidisasi dalam Industri

a. Gasifikasi : batubara

b. Transportasi

Fluidisasi dapat terfluidisasikan sama seperti cairan, sifat ini digunakan

untuk transportasi padat berupa serbuk.

c. Pencampuran bubuk halus (dengan ukuran partikel berlainan)

d. HE

e. Pelapisan bahan peledak pada permukaan logam

f. Drying dan sizeing


FLUIDISASI

BAB III

DESKRIPSI ALAT

III.1. Gambar Alat

Gambar 3. Alat Pengering

Keterangan Gambar:

D = distributor (grid) MU1 = manometer pipa U berisi udara

U = unggun partikel padat MU2 = manometer pipa U berisi air raksa (Hg)

kol = kolom fluidisasi MU3 = manometer pipa U berisi air

UC = udara kompresor V = valve

R = flowmeter TC = three angle cox (valve 3 saluran)



FLUIDISASI

III.2. Kategori Alat

Peralatan yang dipakai selama percobaan dibagi menjadi 2 kategori, yaitu:

A. Peralatan Utama:

1. Kolom gelas yang disertai dengan distributor berupa bahan berpori halus.

Di dalam kolom ini unggun padatan difluidisasikan.

2. Sumber fluida bertekanan.

3. Alat pengukur laju alir yang berupa kerangan jarum.

4. Alat pengukur laju alir fluida (flowmeter).

5. Alat ukur perbedaan tekanan sepanjang kolom yang berupa manometer

pipa U yang berisi air berwarna atau Hg.

B. Peralatan pembantu yang terdiri atas:

1. Picnometer untuk menentukan densitas partikel.

2. Timbangan.

3. Wet test meter untuk kalibrasiflowmeter.

4. Jangka sorong dan penggaris.


FLUIDISASI

BAB IV

METODOLOGI PERCOBAAN

IV.1. Variabel Percobaan

a. Variabel tetap:

Fluida

Bahan padatan

Tekanan Kompressor

Skala= 10,15,20,25,30

b. Variabel berubah:

Tinggi unggun: 1 cm dan 2 cm

Diameter Partikel: 150 µm dan 200 µm

IV.2. Alat dan Bahan

a. Alat

Picnometer

Jangka sorong

Screening

Wet test meter

Kolom fluidisasi

Kompressor

b. Bahan

Batu bata

IV.3. Respon Hasil Uji

Pressure drop (∆P) udara yang melewati kolom yang diukur tiap laju alir

yang berbeda.

IV.4. Prosedur Percobaan

a. Tahap persiapan:

Pada tahap ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :


FLUIDISASI

1. Penentuan densitas partikel dengan menggunakan picnometer atau Metode

Ergun dam porositas partikel.

2. Pengukuran dimensi kolom dengan menggunakan jangka sorong.

3. Penentuan ukuran partikel dengan analisa ayakan.

4. Kalibrasi flowmeter dengan wet test meter

b. Tahap operasi

Pada tahap ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Kalibrasi kolom kosong, yaitu mengukur pressure drop di dalam grid yang

terdapat di bagian dasar kolom untuk skala laju alir yang berbeda.

2. Mengisi kolom dengan partikel padatan dengan ketinggian unggun tertentu

(jumlah tertentu).

3. Mengukur penurunan tekanan (∆P) dalam kolom yang berisi padatan untuk

laju alir fluida yang berbeda. Laju alir fluida divariasikan mulai dari kecepatan

(U) rendah sampai pada suatu dimana penerakan di dalam unggun sudah

tampak mencolok. Dari titik ini laju alir fluida kemudian diturunkan kembali

perlahan-lahan sampai dicapai titik terendah dimana operasi dimulai.

c. Selama operasi berlangsung harus dicatat dan dilihat semua fenomena

yang terjadi di dalam unggun fluidisasi.

DAFTAR PUSTAKA


FLUIDISASI

Davidson, J.F. and Horrison, D. Fluidized Particles. Cambridge University Press.

1963. Kunii, D. Levenspiel, D. Fluidization Engineering. John Wiley and Sons

inc. New York. 1969.

Leva, M. Fluidization. Mc-Graw Hill Co. New York. 1959.

Lee, J.C. and Buckley, D. Fluid Mechanics and Aeration Characteristics of

Fluidized Bed. Cambridge University Press. 1972.

Masayuki Horio, Hiroshi Kiyota and Iwao Muchi. Particle Movement on a

Perforated Plate Distributor of Fluidized Bed. Journal of Chemical Engineering

of Japan volume 13,2. 1980.

Wen, C.Y. and Chen, L.H. Fluidized Bed Freeboard Phenomena, Entertainment

and Elluration, A.J,Ch.E. 198

LAPORAN SEMENTARA

Materi Praktikum : Fluidisasi

Hari, tanggal : Kamis, 21 Oktober 2010

Kelompok : 19/ kamis


FLUIDISASI

Rekan Kerja : Irene Nindita P

Katharina Anggriani

Margaretha Praba Aulia

Rizki Tri Wahyudi

Data Hasil Praktikum

a. Pengukuran Densitas Partikel

Diameter

(mm)

Massa Partikel

(gr)

Volume Air

(mL)

Volume Campuran

(mL)

ρ

(gr/mL)

0,075 3 5 8,5 0,85

0,025 3 5 7 1,5

b. Pengukuran Porositas Partikel

Diameter

(mm)

Massa

Partikel

(gr)

Volume

Partikel

(gr)

Volume

Air

(mL)

Volume

Campuran

(mL)

ε

0,075 5 5 5 8 0,4

0,025 5 7 5 8 0,57

c. Kalibrasi Wet Test Meter

Skala Flowrate t

10 6’45’05

15 5’32’75

20 4’55’96

25 4’11’90


FLUIDISASI

30 3’25’81

25 3’58’23

20 4’55’45

15 5’28’25

10 6’30’45

d. Kalibrasi Pressure Drop pada Udara Kosong

Skala ∆H

10 1,3

15 2,1

20 3,2

25 4,5

30 5,5

25 4

20 3

15 2

10 1,3

Skala D1= 0,075 cm D1= 0,075 cm

h1= 1 cm h2= 2 cm h1= 1 cm h2= 2 cm

∆P Tinggi

Lonjakan

∆P Tinggi

Lonjakan

∆P Tinggi

Lonjakan

∆P Tinggi

Lonjakan

10 2,3 4 2,5 1,8 1,8 2,2

15 2,6 5 2,8 2,4 2,4 2,5


FLUIDISASI

20 4 6 4,1 3,5 3,5 3 3,9

25 4,9 7 5,1 4,4 4,4 3,5 4,8 2,5

30 6,6 11 7 6,1 6,1 4 6,4 3,5

25 4,8 9 5 3,9 3,9 3,5 4,7 3

20 3,8 7 3,9 3,3 3,3 2,5 3,7

15 2,4 5,5 2,6 2,2 2,2 2,3

10 3 5 2,2 1,7 1,7 1,2


lapres-fluidisasi (1)

Documents

Transcript of lapres-fluidisasi (1)