DESAIN FILTER UNTUK GASIFIKASI 1. Pendahuluan
Produk utama yang diharapkan dalam proses gasifikasi biomassa adalah producer gas (gas produser) yang meliputi gas CO, H2, dan CH4. Akan tetapi dalam proses gasifikasi masih terdapat produk-produk ikutan yang dihasilkan bersamaan dengan gas produser yang produser yang mengurangi kualitas gas seperti tar, uap air dan abu. Maka untuk menghasilkan gas produser yang bersih diperlukan sistem pembersihan gas yang dapat memisahkan tar dan abu serta mendinginkan gas produser yang dihasilkan. Telah dilaporkan bahwa sebagian besar partikel pengotor yang dihasilkan selama gasifikasi berukuran submikron. Partikel kecil ini yang tidak dapat dihilangkan dengan mudah dari aliran gas produser menyajikan masalah serius untuk mesin pembakaran internal. Untuk memperjelas proses pembersihan gas, sistem pembersihan harus dikembangkan sedemikian rupa sehingga dapat membersihkan partikel sesuai dengan rentang ukurannya Ukuran partikel gas yang terbawa jatuh menjadi 2 kategori yaitu partikel lapisan yang terdiri sekitar 90% memiliki diameter rata-rata 10 mikron dengan kisaran 1-100 mikron dan partikel submikron lebih kecil yang berpusat di sekitar 0,05 mikron. Partikel-partikel yang lebih besar relatif mudah untuk dihilangkan dari aliran gas melalui teknologi kontrol debu konvensional seperti siklon. Namun, teknologi ini jauh kurang efisien dalam penghilangan partikel submikron. Oleh karena itu agar sistem pembersihan gas menjadi lebih efektif maka dalam praktik yang normal, sistem pembersihan gas dilengkapi dengan scrubber d an juga filter. Kaupp dan Goss (1982) telah meneliti sistem berikut: filter packed-bed kering, siklon kering, siklon basah, dan pelat pengayak scrubber yang digabungkan dengan filter packed-bed kering arang sekam padi. Ia menemukan bahwa sistem pembersihan yang terakhir adalah kombinasi yang sangat efisien. Namun, pressure Namun, pressure drop tinggi sepanjang filter packed-bed. Untuk mencapai tujuan pemisahan tar dan abu maka perlu didesain suatu filter gas yang memiliki efisiensi yang baik dan konsumsi sumber daya yang efektif dan murah. Efisiensi filter seringkali dinyatakan sebagai suatu fungsi dari ukuran partikel yang ditahan oleh filter. Konsumsi sumber daya dibagi menjadi biaya awal dan biaya operasi (misalnya pressure (misalnya pressure drop dan penggunaan material filtrasi) serta biaya pemeliharaan. Pressure pemeliharaan. Pressure drop seringkali bergantung pada jumlah akumulasi partikel, dan dapat juga mendefinisikan kapasitas praktis dari filter. 2. Desain Filter
Filter biasanya terletak setelah siklon yang hal ini bertujuan untuk menghilangkan debu dan partikel pengotor seperti tar yang tersisa dari siklon. Dalam rancangan sistem gasifikasi di sini filter diletakkan setelah scrubber. Kebanyakan perangkat pembersihan gas seperti filter kain dan filter packed-bed mampu membersihkan gas hingga tingkat tertentu; Namun, suatu pompa
mungkin diperlukan karena pressure drop yang besar pada filter tersebut (Mercer, 1973). Telah ditemukan bahwa filter yang terbuat dari nilon setebal 15 cm memiliki pressure drop sekitar 7,5 cm air dan efisiensi pengumpulan sekitar 95% (Khummongkol dan Khatikarn, 1986). Selain itu, gas produser mungkin berisi tar, maka suhu gas produser dan filter harus tetap tinggi sehingga air dan tar tidak akan mengembun pada filter. Oleh karena itu sistem filter harus terisolasi. Pengukuran sebelum filtrasi, C bf
Pengukuran setelah filtrasi, Caf
Filter
Massa terkumpul: mcm Cooled Gas
Volume total gas bersih: Vf
Cleaned Gas
Gambar 1. Besaran pengukuran untuk penentuan efisiensi filter Gambar 1 menunjukan suatu diagram besaran pengukuran yang digunakan untuk penentuan efisiensi filter. Dari massa total partikel yang terkumpul pada filter (m cm) dan volume total gas bersih (Vf ), massa rata-rata partikel yang terkumpul per volume gas (ccm) dihitung:
Pengukuran isokinetik dilakukan sebelum dan sesudah filtrasi. Efisiensi filter akan diperkirakan dalam dua cara: -
Efisiensi filter berdasarkan pengukuran partikel sebelum dan sesudah filtrasi:
-
Efisiensi filter berdasarkan pengukuran partikel setelah filtrasi dan massa rata-rata partikel yang terkumpul (ccm):
Untuk keadaan statis, η bf dan ηcm harus sama dengan efisiensi filter yang sebenarnya (η) dalam ketelitian pengukuran. Jika muatan partikel maupun efisiensi filtrasi bervariasi, keduanya diperkirakan karena penentuan c bf dan caf tidak dilakukan bersama.
Fabric Filter
Umumnya dikenal sebagai baghouses, fabric collector menggunakan saringan untuk memisahkan debu dari gas. Merupakan system yang efektif dari beberapa tipe dust collector dan dapat menyaring lebih dari 99% debu halus. Gas kotor masuk kedalam dan melewati fabric bags yang berguna sebagai penyaring. Baghouse dibedakan dari metode pembersihannya; -
Shaking
Sebuah balok digunakan untuk menghasilkan getaran pada baghouse yang akan mengubah cake menjadi partikel. -
Reverse Air
Memberikan tekanan udara dari arah berlawanan yang akan mebuat dust cake remuk dan jatuh ke hopper. -
Pulse Jet
Memberikan aliran gas bertekanan tinggi untuk memindahkan debu didalam baghouse. -
Sonic
Membersihkan debu didalam baghouse menggunakan metode getaran sonic. Generator suara memproduksi suara berfrekuensi rendah yang akan menyebabkan baghouse bergetar. Metode Sonic biasanya dikombinasikan dengan metode lain.
Gambar 2. Baghouse dust collectors
Baghouse Filter
Baghouse filter merupakan alat pengendali yang sangat baik untuk diapikasikan dalam penyisihan debu yang memiliki ukuran kecil dimana diinginkan efesiensi penyisihan yang cukup tinggi. Bahan yang digunakan pada baghouse filter biasanya berbentuk tabung atau kantung. Baghouse filter beroperasi dengan prinsip kerja yang hampir sama dengan vacuum cleaner. Udara yang membawa debu partikulat yang ditekan melewati kantung-kantung yang terbuat dari bahan yang spesifik. Sehingga ketika udara melewati bahan tersebut, debu akan terakumulasi pada permukaan bahan tersebut, menghasilkan udara yang bersih. Bahan yang digunakan berguna untuk menahan debu. Namun lapisan debu yang terakumulasi di permukaan juga memiliki keuntungan dalam menciptakan efisiensi yang tinggi dalam proses filtrasi partikel yang lebih kecil. (Lapisan debu ini memiliki efek yang sangat penting bagi bahan yang dirajut dibandingkan dengan bahan bulu kempa). Dalam penggunaan baghouse filter terdapat beberapa kelebihan dan kekurangan yang perlu dicermati, sehingga penggunaan alat baghouse filter dalam menanggulangi partikulat di udara akan efektif. Berikut ini adalah keuntungan dan kekurangan dari baghouse filter: Keuntungan dari baghouse filter : 1. 2. 3. 4.
Memiliki efisiensi yang tinggi walau untuk partikel yang sangat kecil. Dapat dioper asikan pada berbagai jenis debu/pengotor. Dapat dioperasikan melebihi rentang laju alir volumetrik yang ada. Membutuhkan pressure drop yang cukup.
Kerugian dari baghouse filter : 1. Membutuhkan area yang besar. 2. Bahan yang digunakan dapat rusak akibat temperatur yang tinggi atau bahan yang dapat menyebabkan korosif. 3. Tidak dapat diaplikasikan pada daerah yang memiliki kelembaban tinggi: karena dapat menyebabkan pori-pori bahan tertutup. 4. Memiliki kemungkinan yang sangat tinggi terhadap terjadinya kebakaran. Bahan yang diaplikasikan dalam baghouse filter dapat terlihat pada Gambar 8.12
Gambar 3. Bahan yang digunakan untuk baghouse filter Ada banyak jenis media filter; mungkin terdiri dari serat ditenun menjadi kain, tikar serat, atau lapisan padatan granular (Hesketh, 1979). Billings et al (1970) telah menunjukkan bahwa efisiensi pengumpulan filtrasi khas partikel 0,3 mikron bervariasi untuk kain jenis dan kondisi filter. Sebagai contoh: kain sintetis Cahaya sama dengan 2% baru, 13z dibersihkan, 65% dengan kue; Kain sintetis Berat sama 24% baru, 66% dibersihkan, 75% dengan kue; Kain alami Berat sama 39% baru, 69% dibersihkan, 82Z dengan kue. Filter Fabric dapat terdiri dari benang yang terbuat dari serat terdampar dari pokok berputar alam atau monofilamen sintetis terus-menerus. Ukuran pori-pori adalah jarak dari pembukaan antara helai benang yang berdekatan di lapisan yang sama dari kain adalah dari 50 sampai 100 mikron. Hambatan aliran gas atau permeabilitas bervariasi dengan ukuran pori, tpe tenun dan pengobatan. Kisaran normal untuk udara adalah 10 150 cm / ft2 kain pada perbedaan tekanan dari 0,5 inci air (Mercer, 1973). Penurunan tekanan yang melintas saringan tergantung pada penurunan tekanan dari berpori menengah ditambah tekanan setetes kue, yang dibangun selama filtrasi. Informasi lebih lanjut tentang filter dapat ditemukan di Chemical Engineers 'Handbook (Perry dan Chilton, 1973). Mekanisme Proses Filtrasi Baghouse filter biasanya digunakan untuk menghilangkan debu dan asap dari aliran udara dengan menggunakan bahan yang memiliki serat dengan diameter 100-150 µ, dan ruang terbuka yang berada diantara serat tersebut antara 50-75µ Gambar 2.21. Ruang ini dapat dilewati oleh debu yang sangat kecil. Sehingga ketika pada saat awal alat baghouse filterdiaplikasikan umunya debu yang kecil akan lolos dari bahan yg digunakan. Namun setelah terjadinya impaksi, intersepsi dan difusi, maka partikel-partikel debu tersebut yang akan menutup celah-celah kecil tersebut. Ketika celah tersebut telah dipenuhi partikulat dan lapisan partikulat dipermukaan bahan telah terbentuk maka efisiensi baghouse filter akan semakin meningkat.
Efisiensi pengumpulan partikel debu dengan penggunaan baghouse filter pada partikulat yang memiliki ukuran 1mm atau kurang bisa mencapai 90%, proses filtrasi secara jelas tidak hanya dengan mekanisme penyaringan biasa saja. Partikel yang kecil pada awalnya akan tertangkap dan tertahan pada serat dari bahan karena adanya intersepsi, impingement,difusi, pengendapan secara gravitasi, dan gaya tarik elektrostatik. Setelah debu terkumpul, pengumpulan selanjutnya dilakukan dengan metode penyaringan seperti telah disebutkan sebelumnya. Berikut ini adalah penjelasan detail tentang mekanisme filtrasi yang terjadi pada Baghouse filter. Intersepsi langsung
Dalam kondisi normal aliran pada udara filtrasi yang ada biasanya bersifat laminer (11). Pada kondisi laminer ini, partikel yang memiliki gaya inersia yang kecil akan bertahan pada suatu streamline. Apabila streamline tersebut melewati suatu halangan, seperti serat dari bahan filter, dalam jarak yang sama dengan radius dari partikel, partikel akan melakukan kontak dengan penghalang tersebut dan akan melekat karena adanya ga yaVan der Walls. I mpin gement
Pada partikel yang memiliki kelembaman yang cukup besar, partikel ini tidak akan mengikuti arah arus aliran ketika arah arus aliran membelok dari arah garis edar ketika mendekati suatu halangan. Kemungkinan dari partikel untuk melakukan kontak dengan permukaan penghalang yang ada bergantung pada ukuran penghalang tersebut serta ukuran dan inersia dari partikel. Seperti yang juga terjadi pada keadaan intersepsi langsung, penghalang yang kecil cenderung lebih efektif sebagai pengumpul maka hal ini juga berlaku pada mekanisme impingement atau impaksi. Kelembaman dari suatu partikel dapat diukur dengan stopping distance. Stopping distancemerupakan jarak yang ditempuh oleh suatu partikel sebelum partikel sampai pada penghalang ketika arah arus aliran berpindah cepa t sebesar 90°. Impaksi bukan merupakan faktor yang penting dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 1 mikron. Sedangkan impaksi merupakan hal yang perlu untuk dipertimbangkan dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran 2 mikron dan yang lebih besar (11). Untuk mengumpulkan partikel secara efektif dengan memanfaatkan gaya inersia, arah aliran aerosol harus berubah cepat terhadap suatu jarak tertentu dari kolektor atau penghalang, yang diperkirakan akan berukuran sama atau kurang dari stopping distance (11). Sehingga untuk mengumpulkan partikulat secara efektif perlu untuk mendesain kolektor dengan dimensi tegak lurus dengan arah aliran aerosol dengan ukuran yang sama dengan stopping distance (11). Pertimbangan teoritis menyatakan bahwa efisiensi pengumpulan untuk ukuran partikel tertentu akan menurun apabila ukuran alat pengumpul meningkat.
Kecepatan arah aliran sangat penting dalam proses impaksi. Efisiensi pengumpulan akan meningkat sejalan dengan meningkatnya kecepatan, dengan pertimbangan stopping distance juga akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan. Asumsi yang dinyatakan pada hal ini adalah kecepatan partikel sama dengan kecepatan arah aliran udara, dimana hampir pada kenyataannya benar. Ketika kecepatan udara sudah mulai berlebihan, bagaimanapun juga kecepatan isapan akan meningkat secara bertahap, hal ini menyebabkan gaya rekat menjadi berlebihan dan menyebabkan partikel yang terkumpul akan terbang kembali dan efisiensi pengumpulan akan menurun. Ukuran serat atau bahan filter pada umumnya dibandingkan dengan ukuran partikel yang akan dikumpulkan. Contohnya serat pada katun dan wool memiliki ukuran diameter bukaan antara 10 sampai 20 mm (11). Serat semacam ini cenderung terlalu besar untuk digunakan menjadi instrumen pengumpul yang efektif untuk menyisihkan partikel yang memiliki ukuran kecil sekali. Efisiensi penyisihan untuk debu halus dan asap pada awal pengaplikasian memiliki efisiensi yang rendah sampai pada saat lapisan telah terbentuk dipermukaan filter. Hal ini dinyatakan berdasarkan beberapa eksperimen sebelumnya. Untuk waktu yang pendek ketika kantung baru dipasang, atau seketika saat baru digunakan untuk pembersihan terdapat partikel yang lolos dari bahan. Difusi
Pada partikel yang berukuran sangat kecil, dengan ukuran yang hampir sama dengan ukuran intermolecular, atau dapat dikatakan memiliki diameter kurang atau sekitar 0.1 sampai 0.2 mikron, difusi menjadi mekanisme yang paling dominan terjadi pada proses deposisi. Partikel yang memiliki ukuran sekecil ini akan mengikuti arah aliran akibat timbulnya kolisi dengan molekul gas, hasil dari gerak random Brown yang meningkatkan kemungkinan kontak antara partikel dan permukaan pengumpul. Ketika beberapa partikel telah terkumpul, konsentrasi gradien akan menjadi lebih sempurna yang akan menjadi gaya pendorong peningkatan kecepatan deposisi (11). Kecepatan udara yang rendah dapat meningkatkan efisiensi dengan meningkatkan waktu kontak dan menghasilkan kemungkinan kontak yang lebih lama dengan permukaan kantung filter. Pengumpul atau halangan yang lebih kecil juga dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan (11). Elektrostatik.
Selama elektrostatik dengan tidak ragukan lagi memegang peranan dalam penangkapan dan menyimpan partikel debu oleh baghouse filter , bukti ini tidak cukup untuk menyatakan mekanisme ini secara kuantitatif. Berdasarkan Frederick (1961), elektrostatik tidak hanya akan membatu proses filtrasi dengan menyediakan gaya tarik antara debu dan bahan, tetapi juga memiliki efek dalam aglomerasi partikel, kemampuan pembesihan bahan, dan efisiensi
pengumpulan. Gaya ini memiliki sifat memberikan dorongan muatan menjadi efek friksi, menyatakan polaritas, intensitas muatan, dan kecepatan disipasi muatan baik pada debu dan media filter, dan hubungan antara keduanya dapat meningkatkan atau menghalangi proses filtrasi. Gaya ini hanya menyatakan perbedan kualitatif saja. Sebagai contoh, bahan A mungkin lebih baik daripada bahan B pada debu X, dimana bahan B lebih baik daripada bahan A untuk debu Y. Gaya ini memberikan beberapa “triboelektrik” bahan filter yang akan berguna untuk menjadi penduan dalam pemilihan bahan dengan sifat elektrostatiknya. Pertimbangan Desain
Baghouse filter merupakan alat pengendali yang memiliki efisiensi pennyisihan yang tinggi. Dalam mendesain baghouse filter terdapat beberapa pertimbangan desain yang termasuk didalamnya optimasi dari kecepatan filtrasi V. Optimasi kecepatan filtrasi dapat diperoleh dengan menyeimbangkan antara biaya kapital (ukuran baghouse filter ) berbanding dengan biaya operasi (kehilangan tekan). Dalam pemilihan kecepatan filtrasi faktor utama yang menjadi pertimbangan awal adalah berdasarkan percobaan awal dengan debu yang hampir sama, karakteristik bahan, karakteristik partikel dan karakteristik aliran udara. Kecepatan Filtrasi.
Kecepatan filtrasi atau filter rasio didefinisikan sebagai rasio dari gas yang terfiltrasi (ft3/menit) pada suatu area filter media (ft2) tertentu. Unit dari filter rasio adalah cfm/ft2. Secara fisik kecepatan filtrasi atau filter rasio, menggambarkan kecepatan rata-rata dimana gas melewati bahan tanpa mempertimbangkan berapa area yang dibutuhkan oleh serat dan bahan apa yang digunakan. Berdasarkan alasan ini, bentuk superficial face velocity sering digunakan. Kecepatan filtrasi merupakan faktor penting dalam proses filtrasi. Apabila filter rasio terlalu besar akan menyebabkan kehilangan tekan yang berlebihan, mengurangi efisiensi pengumpulan, penyumbatan. Clement (1961) menekankan bahwa filter rasio tidak boleh terlalu rendah dari sudut pandang operasional. Hal ini dinyatakan berdasarkan pertimbangan ekonomis dimana sangat dihindari desain yang terlalu berlebihan. Berikut ini pada Tabel 8.2 yang menyatakan filter rasio maksimum pada jenis debu tertentu. Nilai ini dapat menggambarkan hasil yang telah disetujui oleh para ahli yang menunjukkan nilai optimum untuk meminimalisasi biaya, baik pada perawatan, dan juga pada pertimbangan pembiayaan awal. Media Filtrasi.
Media filter yang digunakan pada baghouse filter harus disesuaikan dengan temperatur dan pH dari gas buang (Tabel 8.3). Setiap tipe dari serat memiliki spesifikasi tersendiri. Mekanisme Pembersihan
Debu yang terakumulasi di media filter, akan menyebabkan meningkatnya kehilangan tekan sampai batas tertentu. Setelah batas tersebut tercapai maka perlu dilakukan pembersihan untuk mengurangi kehilangan tekan yang ada. Siklus pembersihan ini bisa dilakukan secara manual, semi otomatis, ataupun sepenuhnya otomatis.. Dari seluruh metode yang ada terdapat dua metode pembersihan pada baghouse filter yang telah digunakan secara luas yaitu reverse air , dan shaker baghouse filter . Pada kedua alat ini terdapat kriteria dalam mendesain yaitu kecepatan maksimum filtrasi yang sangat berhubungan dengan jenis industri apa yang akan ditangani. Namun nilai V (kecepatan maksimum) sangat bergantung pada muatan dari debu, kehalusan dari debu, dan faktor lainnya. Sebagai contoh, pada beberapa keadaan perlu dilakukan pengurang nilai yang ada di tabel dari V antara 10-15% untuk muatan debu yang lebih besar dari 40gr/ft3, dan beberapa perlu ditingkatkan sebesar 20% untuk muatan debu yang kurang dari 5gr/ft3. Hal ini juga terjadi pada partikulat dengan ukuran kurang dari 3μm (atau lebih besar dari 50μm), nilai yang ada di tabel menunjukkan bahwa nilai dar V harus dikurangi (atau dinaikkan) sebesar lebih kurang 20% (11). Nilai V yang terlalu besar dapat menyebabkan penetrasi partikel yang berlebihan, menutup pori-pori bahan dan bahkan dapat menurunkan umur bahan (11). Bahan yang dipilih (termasuk jenis rajutan) merupakan salah satu pertimbangan yang penting berdasarkan pada kemampuan melepaskan diri partikel dari bahan. Bahan yang digunakan harus benar-benar cocok dengan karakteristik dari aliran gas, dan juga dengan tipe partikulat. Bahan yang biasa untuk digunakan memiliki kemampuan yang berbeda, hal ini berhubungan dengan temperatur operasi dan kandungan zat kimia yang ada pada aliran gas. Hal ini dapat terlihat pada Tabel 2.8. Reverse air baghouse dan shaker baghouse memiliki konstruksi dengan beberapa kompartemen. Pada saatnya untuk membersihkan kantung, salah satu kompartemen akan terisolasi dari aliran udara yang mengandung debu. Pulse-jet baghouse
Pulse-jet baghouse, merupakan jenis baghouse filter yang penggunaanya telah berkembang dalam 20-25 tahun terakhir. Metode operasi pulse-jet baghouse dapat dilihat secara skematis pada Gambar 2.26. Metode operasional pada jenis pulse-jet baghouse adalah metode filtrasi eksterior dimana udara yang akan difiltrasi dialirkan melewati kantung-kantung, dimana aliran udara bergerak dari bagian luar kantung menuju ke dalam. Sehingga debu yang akan disisihkan tertahan pada permukaan bahan. Pada pulse-jet baghouse terdapat kerangka yang berada didalam kantung yang berguna untuk mempertahankan kantung agar tidak jatuh. Metode pembersihan pada kantung-kantung filter menggunakan udara yang memiliki aliran udara cepat (30-100 millisecond), dengan tekanan udara yang besar (90-100 psi). Getaran udara ini dialirkan melalui solenoid valve sehingga membentuk gelombang udara yang tiba-tiba, yang membuat kantung menjadi meregang sehingga partikel yang tertahan di permukaan kantung akan
meluruh. Waktu pembersihan kantung cenderung lebih singkat dari metode-metode lainnya dan baghouse tidak terbagi-bagi ketika pembersihan dengan pulse jet berlangsung. Pulse-jet baghouse secara umum hanya membutuhkan ukuran setengah dari ukuran reverse-air baghouse, yang merupakan pertimbangan yang cukup penting bagi area yang terbatas. Luas area yang tidak terlalu besar disebabkan karena pada system pulse-jet baghouse tidak terdapat kompartemen dan juga tidak terdapat kantung ekstra yang dibutuhkan oleh sistem-sistem lainnya. Berdasarkan percobaan, sistem pembersihan pada pulse-jet baghouse dapat menyisihkan debu hingga hanya meninggalkan konsentrasi debu 1% di permukaan kantung (11). Namun dalam sistem pembersihan kantung pulse-jet baghouse, yang berlangsung ketika proses filtrasi terus berlanjut, dapat menyebabkan kantung yang digunakan menjadi mengkerut yang dalam hal ini dapat mengurangi efisiensi dari filtrasi itu sendiri. Dalam pengoperasian baghouse filter hal lain yang penting adalah adanya kompresso untuk mengalirkan udara balik pada kantung. Pada umumnya dalam pengoperasian pulse-jet baghouse, aliran volumetrik dari udara kompresor setara dengan 0.2% – 0.8% dari aliran udara filtrasi dimana keduanya memiliki hubungan yang erat terhadap temperatur dan tekanan. Persamaan dari perhitungan tenaga pada kompresor adalah:
Dimana: W = tenaga kompresor aktual (kW) η = efisiensi kompresor γ = rasio dari kapasitas panas (Cp/Cv) dari gas yang dikompres untuk udara g = 1,4 P1,P2 = tekanan awal dan akhir (absolut) (kPa) Q1 = aliran volumetrik pada kompresor ( pada saat masuk) m3/s Kehilangan tekan pada pulse-jet baghouse, telah secara empiris berhubungan dengan kecepatan filtrasi, tekanan pulse, dan area densitas debu yang terdeposisi selama satu kali siklus filtrasi (3). Salah satu model, yang dikembangkan pada pengumpulan abu hasil pembakaran yang dikumpulkan pada kantung polyester adalah:
dimana: ΔP = kehilangan tekan pada kantung dan deposisi debu (cm H2O) V = kecepatan filtrasi (cm/s) ΔW = area densitas debu yang timbul antara dua k ali pembersihan yang berurutan (ΔW = L. v.tf ) P = tekanan pulse, atm Berikut ini merupakan faktor yang penting dalam mendesain dan mengoperasikan tekanan pembersihan pada baghouse filter. -
-
-
-
-
Lokasi dan luas area untuk penempatan pulse-jet baghouse harus ditentukan. Kantung filter harus fleksibel, ringan dan tidak terlalu elastis untuk memungkinkan pengoperasian pembersihan kantung dengan kecepatan yang besar. Bahan yang digunakan harus memiliki bobot yang cukup (contoh: jumlah serat per unit area) sehingga terdapat banyak titik target untuk menangkap dan mengumpulkan debu. Struktur pori harus seragam. Area casing dari baghouse dan volume hopper yang cukup besar dapat meminimasi kehilangan tekan tambahan akibat adanya tekanan oleh proses pembersihan dan juga dapat memperbesar besarnya tekanan pembersihan tersebut. Aliran balik melalui filter pada filter dapat membantu proses pembersihan kantung. Tekanan yang dikirim kedalam bag harus berlangsung secara tiba-tiba, dengan aliran yang cukup untuk membersihkan kantung sampai bagian bawah kantung dengan peningkatan secara tiba-tiba. Intensitas dari tekanan balik harus serendah mungkin untuk menghemat udara pengkompres (dan menghemat kebutuhan energi) tapi cukup tinggi untuk mempertahankan kesetimbangan proses pembersihan. Waktu penginjeksian tekanan harus secepat mungkin. Udara yang digunakan adalah udara kering, dan bebas minyak.
Susunan Kantung Filter
Kantung filter perlu disusun dengan baik sehingga terdapat ruangan yang cukup antara kantung filter yang memungkinkan aliran udara dapat secara bebas masuk kedalam filter dan meminimalkan berbagai hambatan aliran udara yang menyebabkan kehilangan tekanan yang besar selama proses filtrasi berlangsung. Penyusunan kantung filter ini juga penting agar antara kantung filter itu sendiri tidak saling bergesekan satu sama lain, terutama pada saat pembersihan. Apabila terlalu sering terjadi
gesekan hal ini dapat menyebabkan peningkatan frekuensi penggantian kain filter, yang menyebabkan biaya operasi dan pemeliharaannya meningkat. Untuk berbagai variasi panjang filter, ruangan minimum antara kantung filter adalah 2 inchi atau 5 cm. Namun khusus untuk panjang filter yang memiliki panjang lebih dari 10 – 12 ft maka ruangan antara filter harus lebih dari 2 inch. Selain ruangan antara kantung filter, ruangan antara kantung dengan casing juga perlu diperhitungkan.
Gambar 4. Susunan kantung sejajar
Gambar 5. Susunan kantung zig-zag Efisiensi Penyisihan Debu pada Baghouse F il ter
Penyisihan debu dengan menggunakan baghouse filter terdapat dua mekanisme yang memiliki peranan penting, yaitu mekanisme difusi dan intersepsi. Kedua mekanisme ini memiliki peran yang dominan dalam menentukan efisiensi penyisihan debu pada baghouse filter terutama pada debu yang memiliki ukuran relatif kecil. Model matematis telah dikembangkan untuk masingmasing mekanisme proses pengumpulan tersebut, sehingga efisiensi pengumpulan melalui dua mekanisme ini dinyatakan sebagai berikut:
( )( ) Dimana :
ηD = Efisiensi pengumpulan melalui difusi ηC = Efisiensi pengumpulan melalui intersepsi
Friedlander (1977) telah mengembangkan persamaan diatas menjadi suatu persamaan yang mudah diterapkan untuk mendesain filter, yang dinyatakan sebagai berikut :
Dimana:
μ = viskositas fluida
ρ = densitas fluida k = konstanta Boltzmann = 1,4.10-6 T = temperatur (K) d p = diameter partikel n = kecepatan gas dalam filter Df = diameter fiber Pada hakikatnya kolektor pada baghouse filter dapat diasumsikan sebagai kumpulan serat ( fiber ) tunggal yang terintegrasi satu sama lain. Sehingga jika efisiensi total baghouse filter ηT, dapat dinyatakan sebagai berikut,
( ) dalam kenyataanya, nilai n cukup besar (lebih besar dari 25), sehingga persamaan dapat dimodifikasi menjadi,
Dimana ηT = effisiensi total fabric N = Konsentrasi akhir (mg/m3) N0 = Konsentrasi awal (mg/m3) H = tebal fiber (mm) Df = diameter fiber (mm) α = densitas fiber n = jumlah lapisan fiber Perhitungan ηT sangat penting dalam pemilihan jenis fabric. Untuk menghitung hTdiperlukan spesifikasi jenis fabric yang akan dipilih dalam desain baghouse filter . Seperti terlihat dalam Tabel 1 berikut ini, Tabel 1. Karakteristik bahan Kode Fabric
Karakteristik
Fiberglass A Filamen Bulk Wrap Polyester B All-spun Nomex-Needled Felt C Polyester Filamen (Knitted) D Polyester Filamen E Warspun Polyester F Filamen (Sumber :Buonicore, 1992)
Diameter Fiber (μm) 8
a
H (μm)
0.296
635
12.5
0.344
2092
15
0.083
2553
13
0.355
559
25
0.393
381
25
0.58
228
Produk utama yang diharapkan dalam proses gasifikasi biomassa adalah synthetic gas ( syngas) meliputi gas CO, H2, dan CH4. Meskipun demikian dalam proses gasifikasi dihasilkan pula produk – produk ikutan seperti tar, uap air dan abu yang dapat mengurangi kualitas gas. Pemisahan tar dan abu dari komponen syngas serta pendinginan gas diperlukan untuk memperbaiki kualitas gas. Salah satu cara murah untuk mencapai tujuan tersebut adalah memanfaatkan serat biomassa sebagai bahan filter gas. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis kinerja pembersihan dan pendinginan syngas dengan menggunakan serabut kelapa sebagai filter gas pada gasifier tipe downdraft . Penelitian dilakukan dengan memberikan variasi perlakuan kepadatan serabut kelapa masing-masing 24,88 kg/m3, 34,83 kg/m3 dan 44,79 kg/m3 pada filter. Adapun variasi bahan busa ( spons) digunakan sebagai pembanding terhadap serabut kelapa. Variabel yang diukur adalah jumlah tar yang dapat dipisahkan, penurunan suhu yang dapat dicapai serta waktu efektif produksi gas dari masing – masing perlakuan. Untuk mengetahui pengaruh perlakuan terhadap parameter gasifikasi, digunakan analisa statistik dengan metode desain acak sempurna (RAL) menggunakan analisis variasi (ANAVA). Hasil penelitian menunjukan bahwa variasi kepadatan serabut kelapa tidak memberikan pengaruh nyata terhadap penurunan suhu, penyaringan tar dan nyala api kompor gasifier . Penggunaan variasi kepadatan serabut kelapa 34,83 kg/m3 pada pembersihan dan pendinginan gas produksi gasifikasi menggunakan filter serabut kelapa memberikan kinerja terbaik dengan rata-rata penurunan suhu 4,28 0C, rata-rata penyaringan tar 280 gram dan rata-rata lama nyala api kompor gasifier 27,33 menit.
