PRAKTIKUM SATUAN OPERASI FLUIDISASI Tanggal Praktikum
: 25 April 2013
Dosen Pembimbing
: Ir. Umar Khayam
A. Tujuan 1. Membuat kurva karakteristik fluidisasi. 2. Menentukan rapat massa butiran padat. 3. Menentukan harga kecepatan alir minimum Umf dari kurva karakteristik dan dari perhitungan. 4. Mengetahui pengaruh ukuran partikel dan tinggi unggun terhadap Umf.
B. Dasar Teori Fluidisasi adalah peristiwa dimana unggun berisi butiran padat berkelakuan seperti fluida karena dialiri oleh fluida. Dalam kata lain fluidisasi merupakan metoda pengontakan butiran-butiran padatan dengan fluida baik cair maupun gas. Metoda ini diharapkan butiran padatan memiliki sifat seperti fluida dengan viskositas tinggi. Manfaat dari sifat padatan yang terfluidisasi adalah sifatnya yang dapat dialirkan sehingga memungkinkan operasi menggunakan padatan dapat bersifat kontinyu. Selain itu keuntungan lain adalah dengan terangkatnya butiran sampai mengapung ini membuat luas permukaan kontak sangat besar sehingga operasi menjadi sangat efektif. Ketika fluida atau gas mengalir dengan laju kecil pada kolom berisi unggun padatan, maka tekanan gas akan berkurang sepanjang unggun padatan. Apabila laju aliran gas diperbesar terus, maka besarnya besa rnya penurunan tekanan gas sepanjang unggun juga akan bertambah, hingga pada suatu saat dimana butiran padatan tersebut terangkat oleh aliran gas maka penurunan tekanan menjadi tetap. Keadaan dimana padatan terangkat sehingga tidak lagi berupa unggun diam disebut terfluidisasi, artinya padatan tersuspensi dalam gas dan pada keadaan ini sifat dari padatan tidak lagi seperti semula tidak berubah seperti fluida, yaitu dapat dialirkan melalui pipa maupun keran. Besarnya kecepatan minimum yang diperlukan untuk membuat padatan unggun diam menjadi terfluidisasi tergantung beberapa faktor seperti besarnya diameter padatan, porositas padatan, rapat massa padatan, dan faktor bentuk dari butiran padat.
Fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada prose fluidisasi antara l ain: 1. Fenomena fixed bed yang terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini partikel padatan tetap diam. 2. Fenomena minimum or 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. 3. Fenomena smooth or homogenously fluidization terjadi ketika kecepatan dan distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam unggun sama atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam. 4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung – gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen. 5. Fenomena slugging 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. 6. Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam ungggun partikel padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertical. 7. Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan alir fluida melampaui kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian partikel akan terbawa aliran fluida dan ekspansi mencapai nilai maksimum.
Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor: 1. laju alir fluida dan jenis fluida 2. ukuran partikel dan bentuk partikel 3. jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel 4. porositas unggun 5. distribusi aliran 6. distribusi bentuk ukuran fluida 7. diameter kolom 8. tinggi unggun
Keuntungan proses fluidisasi, antara lain:
1. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secara kontinu dan memudahkan pengontrolan, 2. Kecepatan pencampuran yang tinggi membuat reaktor selalu berada dalam kondisi isotermal sehingga memudahkan pengendaliannya, 3. Sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi memungkinkan pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor, 4. Perpindahan panas dan kecepatan perpindahan massa antara partikel cukup tinggi, 5. Perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yang baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang memiliki luas permukaan kecil. Sebaliknya, kerugian proses fluidisasi antara lain: 1. Selama operasi partikel-partikel padat mengalami pengikisan sehingga karakteristik fluidisasi dapat berubah dari waktu ke waktu, 2. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah tertentu padatan, 3. Adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin, 4. Terjadinya gelombang dan penorakan di dalam unggun sering kali tidak dapat dihindari sehingga kontak antara fluida dan partikel tidak seragam. Jika hal ini terjadi pada reaktor, konversi reaksi akan kecil. Pada operasi fluidisasi : D pUm f f
3 D p f p f 2 33,7 0,0408 33,7 ……………(1.1) 2
Untuk keadaan khusus :
Nre < 20 ; Nre =
Umf
=
D p
2
p
ρDv μ
f
Nre > 1000 ; Nre =
Umf Dimana :
=(
……………..………..........….(1.2)
1650 ρDv μ
D p .g . p f 24,5 f
) 1/2……………..……...........…..(1.3)
D p
= Diameter padatan (mm)
p
= Rapat massa padatan (kg/m3)
f
= Rapat massa gas (kg/m3)
Umf
= Kecepatan gas minimum (m/dt)
G
= grafitasi (m/dt2)
= Viskositas gas (Ndt/m2)
Karakteristik Unggun terfluidakan
Log P
A
D
B
log Umf log U0
Gambar 2 :
Grafik antara log (P) terhadap log (U 0) pada peristiwa fluidisasi.
U0
= Kecepatan superfisial rata-rata fluida
P
= kehilangan tekanan pada unggun = perbedaan antara tekanan fluida yang akan masuk unggun dan tekanan fluida yang akan keluar unggun.
Fluida dialirkan kedalam kolom dengan kecepatan atas dasar kolom kosong, U 0. Yang berarti kecepatan rata-rata fluida dalam kolom kosong dengan luas penampang sama dengan penampang unggun pada laju alir volume yang sama dengan laju alir fluida dalam unggun. Sehingga,
U0
= Q/A
Dimana Q : Laju alir volume (m3/s) A: Luas penampang kolom kosong (m 2) Dengan peningkatan kecepatan fluida, tinggi unggun juga meningkat, tetapi kehilangan tekanan (P) akan konstan. Dari kenyataan ini menunjukkan bahwa geometri
intern unggun berubah terutama mengenai porositas unggun ( ), yaitu fraksi ruang kosong dalam unggun.
C. Percobaan 1. Alat Dan Bahan
Alat
Bahan
Kolom Fluidisasi
Pasir Silika
Pompa Udara
Air
Rotameter Udara
Kerangan Pengatur Laju Alir Udara
Kerangka Tempat Padatan
Piknometer
Jangka Sorong
Neraca Timbang
2.
Prosedur Kerja
1. Penentuan Massa Jenis Partikel menyiapkan piknometer yang sudah bersih dan kering
Menimbang dengan neraca piknometer kosong
Mengisi dengan air sampai penuh kemudia timbang dengan
Mengosongkan piknometer dan keringkan
Mengisi piknometer dengan partikel padat yang akan
Memasukkan air sampai piknometer penuh dan timbang dengan menggunakan neraca
Mengulangi prosedur diatas dengan menggunakan ukuran partikel yang lebih besar
2. Percobaan Fluidisasi Nyalakan pompa udara dan atur kecepatan udara yang kecil, kemudian matikan pompa udara
Isi tabung dengan partikel padatan dengan diameter 267 m setinggi 3 cm
Nyalakan pompa dan catat P unggun dan laju alir udara Q
Besarkan laju alir udara dengan menggunakan keran secara bertahap dan ukur P setiap kenaikan laju alir udara
Ulangi prosedur tersebut untuk ketinggian 4 dan 5 cm, serta untuk diameter partikel 480 m
D. PUSTAKA Djauhari, Agus.”Modul Praktikum Fluidisasi Padat Gas”.Bandung : Polit eknik Negeri Bandung “Fluidisasi-Layanan Akademik Teknik Kimia ITB”. [6 Maret 2013]
akademik.che.itb.ac.id
dikutip
