FZ 2

PROPOSAL LABORATORIUM TEKNIK KIMIA

I-1

BAB II DASAR TEORI II.1. Dasar Te Teori ori

Ketika liquid atau gas mengalir dengan kecepatan kecepatan lambat melalui bed partikel solid, maka maka partik partikel el terseb tersebut ut tidak tidak berger bergerak. ak. Namun Namun jika jika kecepat kecepatan an fluida fluida bertam bertambah bah pada pada kecepatan tertentu maka perubahan tekanan dari masing-masing partikel akan bertambah pula dan partikel pun akan mulai bergerak dan menjadi terangkat. (Mc Cabe, 1!" #luidisasi adalah proses memfluidisasikan, merupakan kondisi partikel $ang terangkat karena karena suspen suspensi si tersebu tersebutt berkel berkelaku akuan an seperti seperti fluida fluida.. %stilah %stilah fluidi fluidisasi sasi dan fluidized bed merupakan merupakan kondisi kondisi partikel $ang $ang terangkat karena karena suspensi tersebut tersebut berkelakuan berkelakuan

seperti

fluida. &eknik &eknik fluidisasi ini ban$ak digunakan dalam industri supa$a terjadi kontak antara gas ' liquid dengan partikel  partikel padat. (Mc Cabe, 1!" &empat terjadin$a proses fluidisasi adalah packed adalah packed bed atau packed atau packed column. column. Merupakan tabung )ertikal $ang terbuka di bagian atas dan terdapat plate berpori pada bagian ba*ahn$a untuk men$angga bed dan untuk mendistribusikan aliran secara uniform pada seluruh bagian kolom. Material solid (bed) $ang (bed) $ang terdapat dalam kolom dapat berbentuk bola, silinder, atau iregular. #luida dihembuskan dari bagian ba*ah plate distributor dengan kecepatan rendah dan dilalukan ke bagian atas bed tanpa men$ebabkan pergerakan partikel. %stilah fluidisasi dan fluidized bed diguna digunakan kan untuk untuk mengga menggamb mbarka arkan n keadaa keadaan n fully suspended particles, particles, karena suspensi berkelakuan seperti fluida kental. +ika bed dimiringkan, permukaan atasn$a akan tetap horiontal, dan partikel solid akan tetap mengapung atau tenggelam di dalam bed, bergantung pada perbandingan densitasn$a terhadap suspensi. Keuntungan proses fluidisasi adalah adalah at padat padat $ang $ang terflui terfluidis disasi asi di dalam dalam bed dapat dapat dialirk dialirkan an melalui melalui pipa pipa dan valve sebagaimana suatu at cair. (Mc Cabe, 1!"


I-2

i ba*ah ini adalah gambar kondisi packed bed pada berbagai bentuk fluidisasi.

ambar %./.1 Kondisi Bed pada 0erbagai 0entuk #luidisasi

0erdasarkan ambar %./.1 dapat dijelaskan sebagai berikut  a" Packed Bed , ketika fluida (liquid'gas" mengalir melalui bagian ba*ah kolom keatas mele*ati partikel bed pada kecepatan $ang rendah, fluida masih belum bisa menggerakkan porositas antara partikel dengan ruangan bed , sehingga partikel-partikel at padat dalam bed tidak bergerak.(ambar (a"". b) Expanded bed , dengan peningkatan kecepatan aliran fluida, partikel berpisah dan beberapa partikel bergetar dan pergerakann$a han$a pada daerah terbatas, tetapi partikel bed belum berpindah tempat (terfluidisasi". c) Minimum atau incipient fluidization, ketika kecepatan fluida dinaikkan, semua partikel tersuspensi oleh aliran gas atau liquid $ang keatas. 2ada titik ini ga$a friksi antara partikel dan fluida berla*anan dengan berat partikel, komponen )ertikal karena ga$a kompresi antara partikel berdekatan hilang, serta pressure drop pada daerah bed sama dengan berat fluida dan partikel pada daerah tersebut. 3ehingga bed pada kondisi ini mengalami fluidisasi. (ambar (b"". d) Smooth fluidization atau homogenously fluidized bed , dalam sistem liquid-solid, peningkatan aliran kecepatan aliran biasan$a menghasilkan smooth, sehingga terjadi peningkatan ekspansi pada bed . (ambar (c"".


I-3

e) Bubbling fluidization, pada kecepatan aliran $ang tinggi, pergerakan fluida menjadi lebih cepat dan perpindahan solid

menjadi lebih cepat lagi. 2ada kondisi ini bed tidak

mengalami ekspansi pada )olumen$a ketika fluidisasi minimum terjadi.engan tekanan $ang tidak terjadi fluktuasi, sehingga udara dalam keadaan non-homogenitas, disamping semakin terjadi kenaikan rate udara, pressure drop tidak berubah, maka terbentuk ruang udara $ang men$erupai bulatan-bulatan pada bed tersebut(ambar (d"". f) Slugging (axial slugs)! dalam sistem gas-solid, gas bubbles bersatu dan membesar, pada kedalaman dan diameter bed mereka $ang mele*ati kolom unggun. 3ehingga partikel mengalir secara smoothkeba*ah oleh kenaikkan porositas gas. (ambar (e"". g) Slugging (flat slugs or channeling)! karena terjadi fluktuasi tekanan dan kecepatan aliran fluida semakin besar maka bubbling udara $ang terbentuk semakin membesar dan men$atu sehingga terbentukn$a saluran-saluran $ang terpisahkan oleh udara pada fluidized bed tersebut.2ada kondisi ini slug $ang lain berpisah dan terjadi pengulangan pergerakan osilasi $ang tidak teratur. (ambar (f"". h) "urbulent fluidization!ketika partikel difluidisasi pada kecepatan fluida $ang melebihi kecepatan terminal dari solid, permukaan $ang lebih tinggi pada bed akan menghilang. (ambar (g"". i) #isperse $luidization!dengan peningkatan kecepatan gas, solid pada bed terba*a oleh gas ke arah $ang berbeda. terjadi diffusi karena aliran fluida masuk dari ba*ah fluidized bed dan meninggalkan pada puncak atau vice versa dengan disertai fluktuasi tekanan, sehingga ruang udara $ang men$erupai bulatan-bulatan penggelembungan fluida $ang terbentuk semakin membesar.(ambar (g"" (4e)enspiel, 5!1" 2erubahan fisik $ang terjadi saat peningkatan kecepatan pada proses fluidisasi dapat digambarkan seperti grafik berikut

ambar %././ rafik Pressure #rop dan &inggi 0ed )s. Superficial %elocity


I-4

0erdasarkan grafik tersebut, dapat terlihat pada peningkatan flo&rate, pressure drop mengalami kenaikan hingga kecepatan tertentu,$aitu saat tercapai kondisi fluidized bed . Kondisi ini diindikasikan 62 tetap konstan, meskipun terjadi kenaikan tinggi bed . Kecepatan minimum $ang dibutuhkan untuk mencapai kondisi fluidisasi disebut kecepatan minimum fluidisasi atau minimum fluidizing velocity 3elama kondisi fixed bed , tidak tampak adan$a perubahan ketinggian $ang berarti pada bed . 2erubahan ketinggian bed secara signifikan baru terjadi pada saat kondisi fluidisasi mulai tercapai. 3aat superficial velocity mengalami penurunan, 62 dan tinggi bed ikut menurun. Namun, tinggi bed saat penurunan velocity masih lebih tinggi dibandingkan kondisi bed a*al, sedangkan pressure drop berada di ba*ah nilai saat superficial velocity dinaikkan. 2erbedaan ketinggian bed ini dapat terjadi karena saat partikel bed turun akibat turunn$a velocity, ada sebagian liquida $ang men$usup di antara rongga-rongga antar partikel sehingga porositas bed menjadi lebih besar. (Mc Cabe, 1" 2roses fluidisasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain adalah a b c

0entuk ( shape factor atau sphericity" dan ukuran partikel. ensitas partikel dan fluida, #lo*rate fluida, berpengaruh pada tinggi bed, porositas, dan tekanan pada bed (dimana pada umumn$a ketiga hal tersebut berbanding lurus dengan nilai flo*rate fluida". (Kunii, /" Tabel I.1 Shape factors (Sphericity) untuk 0eberapa Material

Material Spheres ubes ylinders,  p ; h (panjang" Berl saddles

Shape factor! ɸ s Material 1 'aschig rings 7,91 oal dust! pulverized 7,9: Sand! average 7,8 rushed glass

Shape factor! ɸ s 7,8 7,:8 7,:! 7,! (eankoplis, 1//"

2erpindahan panas merupakan suatu fenomena perpindahan energi (transfer energ$" dalam bentuk panas.

I-5

pada kedua media tersebut. 2roses terjadin$a perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, kon)eksi, dan radiasi. 2erpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas $ang terjadi padasuatu media padat, atau pada media fluida $ang diam. Konduksi terjadi akibat adan$aperbedaan temperatur antara permukaan $ang satu dengan permukaan $ang lain padamedia tersebut. %lustrasi perpindahan panas secara konduksi seperti digambarkan pada ambar /.1

ambar /.1 2roses perpindahan panas secara konduksi sumber  (maslatip.com" Konsep $ang ada pada konduksi merupakan suatu akti)itas atomik dan molekuler. 3ehingga peristi*a $ang terjadi pada konduksi adalah perpindahan energi dari partikel $ang lebih energetik (molekul $ang lebih berenergi atau bertempera turtinggi" menuju partikel $ang kurang energetik (molekul $ang kurang berenergi ataubertemperatur lebih rendah", akibat adan$a interaksi antara partikel-partikel tersebut. 2ersamaan laju konduksi dikenal dengan =ukum #ourier (#ourier 4a* of =eat Conduction" tentang konduksi, $ang persamaan matematikan$a dituliskan sebagai berikut  qkond

kA

=−

dt dx

&anda (-" diselipkan agar memenuhi hukum &hermodinamika %%, $ang men$ebutkan bah*a, panas dari media bertemperatur lebih tinggi akan bergerak menuju media $ang bertemperatur lebih rendah. 3edangkan untuk menghitung koefisien heat transfer

( Kreith, #rank, 1>>:" imana

q kond ; 4aju perpindahan panas konduksi (?" k

; Kondukti)itas thermal bahan (?'m.K"

<

; 4uas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m" dt dx

; radien temperatur pada penampang tersebut (K'm"


@

I-

; 2o*er =eater (?" Antuk menghitung koefisien transfer panas bed sesuai desain alat plate heat

eBchanger berada didalam bed dengan menggunakan parameter dari persamaan o* and +akob

imana  ε

; 0ed porosit$ or oid fraction

ρ s

; Massa +enis 3olid

ρ g ; Massa +enis as (ltr'kg" ρ s

; Massa +enis 3olid (ltr'kg"

h1

; Koefisien heat transfer 1 (Watt/ m2 K)

kg ; Koefisien bahan

3edangkan untuk encari nilai koefisien transfer panas o)erall untuk desain alat plate heat eBchanger terdapat didalam bed dengan menggunakan persamaan

U

; Dnergi alam (Watt/ m2 K)

ε

; Koefisien 2erpindahan 2anas plate =D ( Watt/ m2 K)

ε

; Koefisien 2erpindahan 2anas bed ( Watt/ m2 K)

(Kunii"

BAB III PERMASALA! DAN PEN"ELESAIAN MASALA! III.3.1 Proble# S$a$e#e%$


I-&

2engeringan serbuk padatan biasan$a dilakukan dengan fluidied bed dr$er. Dnergi panas untuk pengeringan disediakan oleh gas panas untuk fluidisasi $ang didapatkan dari pemanas. =eater bisa ditempatkan didalah atau diluar fluidied bed.
III.3.2 Proble#

1

III.3.2.1 Per#asala'a% (a% T)*as
juga mengehemat bahan bakar F (2eralatan di laboratorium menggunakan heater di dalam bed" / Menge)aluasi apakah alat di laboratorium tersebut dapat men$elesaikan masalahF 8
$ang terdapat dilaboratorium. Menggunakan neraca massa dan neraca energi untuk menghitung energi pada

problem statement 8 Mencari nilai koefisien perpindahan panas (h" pada kasus $ang terdapat dalam problem statement , saat heater berada di luar bed 5 Membandingkan nilai @ $ang didapatkan dari heater di dalam dengan heater di luar. ! Mencari nilai koefisien perpindahan panas optimum untuk memperoleh hasil produk $ang diinginkan sesuai problem statement (!77 kg per jam produk"


I-



Mencari temperature hot oil dengan menggunakan koefisien perpindahan panas (h"

:

saat heater berada di dalam bed Menghitung kapasitas maksimum produk $ang mampu dikeringkan saat heater berada di dalam bed.

Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS

FZ 2

Recommend Documents