Fluidized Bed Dryer
1.
Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan ini diharapkan dapat:
Menjalankan peralatan unit pengering fluidisasi dengan aman dan benar.
Menghitung efisiensi panas/ kalor dari peralatan unit pengering fluidisasi di lab. Pilot Plant.
Memperkirakan kebutuhan steam sebagai satu kalor seoptimum mungkin
Mengetahui titik fluidisasi, laju fluida dan perkiraan waktu yang dibutuhkna dengan optimum.
2.
Alat dan Bahan yang Digunakan
Alat yang digunakan:
Unit alat Fluidized alat Fluidized Bed Dryer
Anemometer
Termometer bola basah dan kering
Penggaris Bahan yang digunakan:
3.
Silika
500 gr
Dasar Teori
Separasi atau pemisahan komponen yang memiliki perbedaan sifat fisik ataupun kimiawi merupakan salah satu proses yang sering dijumpai pada proses teknik kimia selain pencampuran, reformasi, dan lain-lain. Pengering sistem fluidisasi unggun sebagai proses pemisahan bertujuan meningkatkan konsentrasi atau kemurnian suatu komponen yang berbentuk padatan dengan menghilangkan cairan terkandung yang bertitik didih lebih rendah. Padatan yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan didapatkan sebagai produk akhir yang diharapkan kering, ringan tetapi mempunyai karakteristik awal. Penggunaan pemanasan biasanya adalah steam, sangat besar pengaruhnya selain rancang bangun dari peralatan sendiri. Proses ini banyak digunakan pada produk farmasi yang mementingkan sterilitas, tetapi untuk produk produk bangunan semen, bijih plastik, dan lain-lain kapasitas merupakan prioritas.
Perhitungan perpindahan kalor, massa memerlukan pengetahuan tentang luas area kontak fluida (udara) dengan partikel unggun, laju massa, dan kekuatan penyebab (driving force) yang biasanya berupa temperatur atau konsentrasi. Masalah yang sering dijumpai adalah penentuan titik fluidisasi yang dikategorikan optimum yaitu laju fluida dan ketingian unggun terfluidisasi tidak terlalu tinggi yang menyebabkan timbulnya dua fasa yang sangat berbeda (tidak homogen), satu fasa sinambung (kontinyu) dan tidak sinambung. Neraca massa dalam perhitungan
Satu persamaan dari percobaan adsorpsi iso-oktana dari arus campuran uap tersebut dengan udara oleh bijih-bijih alumina. Percobaan oleh A. G. Bakhtiar dapat diterapkan pada pengeringan fluidisasi unggun dengan persaan sebagai berikut: Gm( y - y o ) = WF d/dt
Gm
= laju molar dari gas
W
= massa dari padatan dalam unggun kering sebelum direndam air.
F
= banyaknya air terserap dalam padatan (kg)
Y(yo) = kandungan uap air dalam aliran udara masuk (keluar,yo) t
= waktu operasi
untuk percobaan dengan peralatan kita. Persamaan yang diterapkan sbb: Gu( y - yo ) = WF d/dt
Atau Dimana : Gu
Gu( y - yo ) = WF
= laju dari udara masuk (kg/dt) = laju anemometer (m/dt) x area (lubang masuk) x (vol.jenis udara (Psichometrik)
W
= massa dari padatan dalam unggun kering sebelum direndam air.
F
= banyaknya air terserap dalam padatan (kg)
Y(yo) = kandungan uap air dalam aliran udara masuk/keluar t
= waktu operasi
Perkembangan Unggun Karena Aliran Fluida
Karena adanya aliran fluida partikel-partikel dalam unggun akan bergerak dan menyebabkan timbulnya volume unggun yang baru yang berarti berubahnya kerenggangan/porositas atau lebih dikenal voidage dari partikel. Penurunan tekanan juga akan timbul karena pergerakkan partikel tersebut bersamaan dengan perpindahan massa kalor antara fluida dan partikel.
Kerenggangan e dapat dihitung dengan: en = (1-C) n en = Uc/Ui dimana : C
= konsentrasi fraksional dari partikel padatan (volume pada fluida-volume awal/diam)
Uc
= laju alir fluida/udara keluar unit
Ui
= laju alir tak terbatas, Log Ui = Log Vo-dp/dt
Dimana: Uo
: laju fluida udara masuk Dp/dt : perbandingan diameter partikel/diameter dasar tabung unit fluidisasi
n
= indeks angka ditentukan bilangan Reynold, Re o’ Reo’ = Uod ρ/µ
Dimana:Uo
: laju fluida udara masuk
Dp
: diameter rata-rata partikel
ρ
: massa jenis udara pada temperatur tersebut (grafik phsycometrik/tabel uap)
µ
: viskositas udara pada temperatur uap
Penurunan Tekanan, -ΔP oleh Van Heerden
-ΔP Dimana: ρ p
: (1-e)( ρ p- ρ)Ig
: massa jenis padatan
ρ
: massa jenis udara
I
: ketinggian unggun pada titik fluidisasi
g
: gravitasi
Neraca Kalor
Dow dan Jacop memberikanpersamaan atas koefisien atas perpindahan panas sistem GasSolid
() 0,25 0,80 = 0,55 (dt/I)(D)0,65(dt/d)0,17 { ρ } (9Ue’dt ρo/ µ) Dimana: K
= konduktivitas termal dari udara (w/mk)
h
= koefisien perpindahan kalor
D
= diameter partikel padatan (m)
Dt
= diameter dasar dari tabung
L
= ketinggian unggun pada titik fluidisasi
E
= kerenggangan
ρ1
= massa jenis padatan
ρo
= massa jenis udara
C1
= kalor spesifik partikel padatan
Co
= kalor spesifikasi dari grafik dengan T basah dan Tkering
ρ
= viskositas udara
Uc
= laju lair udara keluar
Perhitungan Kalor
Kalor yang dilepas oleh steam. Di sini banyaknya kalor yang dilepas oleh kukus persatuan waktu tidak dapat ditentukan /dihitung dengan tepat dikarenakan tekanan steam yang dipakai tidak konstan sehingga katup pneumatik mengalami perubahan pembukaan sepanjang waktu tergantung keadaan udara masuk. Begitu juga temperatur steam masuk tidak tidak dapat ditentukan dengan tepat. Kalor dilepas kukus = Kalor ( kukus awal + kondensasi – kondensat sisa – kukus sisa ). Q1
= m1hg + m2hfg – m2hf – m3hg
Dengan : hg
= energi dalam kukus pada temperatur kukus sisa keluar
hf
= energi dalam kondensat pada temperatur kondensat keluar
hfg
= kalor laten kondensasi kukus pada temperatur kondensasi
m1
= laju massa kukus terpakai dalam kg/jam
m2
= laju massa kondensat saja dalam kg/jam
m3
= laju massa kukus tidak terpakai dalam kg/jam [m1-m2]
Perubahan kalor (enthalpi) udara/gas dalam poses
Gas masuk keperalatan dengan U1 (laju udara masuk), dan RH tertentu , yang akan didapatkan H (enthalpi), kalor lembab, v (volume jenis), S (kalor spesifik, Cp) dan kalor laten tertentu. Setelah mengalami pemanasan pada penukar panas maka nilai – nilai parameter tersebut akan berubah sesuai dengan grafik phsycometric chart dengan mengubah salah satu sumbu titik potong yaitu temperatur kering /temperatur diset. Sedangkan udara yang keluar peralatan juga kita dapatkan U2 (laju udara masuk), dan RH tertentu , yang akan didapatkan H (enthalpi), kalor lembab, v (volume jenis), S (kalor spesifik, Cp) dan kalor laten tertentu. Panas yang dilepas udara unggun secara sederhana dan diasumsikan tidak ada yang hilang adalah sebagai berikut :
Kalor dilepas,Q2 = kalor udara awal – kalor udara akhir + kalor untuk penguapan air (dari unggun) Q2 = ( U1 x H1 ) – ( U2 x H2 ) + ( U1 x k1 ) dan laju perpindahan massa: M1 = ( U2 x Y2 ) – (U1 x Y1 ) U1, U2 = Laju alir udara kering masuk,keluar. Persamaan perpindahan massa dari Carman-Kozeni: X2 – X1 =
(T 1-T 2) kering basah
Dimana: h
1
4.
= koefisien perpindahan massa unggun basah dan udara = massa jenis udara sebelum masuk kolom unggun
Langkah kerja
1. Menimbang silika sebanyak 500 gram. 2. Direndam dalam air selama 2 – 3 menit dan ditiriskan. 3. Ditimbang lagi dan dicatat temperatur awal unggun 4. Silika dimasukkan ke wadah, diratakan dan dicatat ketinggian awal (untuk mengetahui volume awal ) 5. Wadah beserta isinya diletakkan pada penopang pada peralatan dan kabel ditancapkan ke panel. Pada panel pengendali 6. Membuka katup udara tekan dan tekanan diatur pada 4 – 5 bar. 7. Kabel utama dan kabel daya dihubungkan. Saklar utama diputar ke kanan (paling bawah berwarna merah) 8. Memutar saklar HS diputar ke 1 (on) disusul switch BS untuk merapatkan wadah unggun 9. Memutar pembersih filter ke 1 (on) dan interval 6 – 8. 10. Panel waktu proses diatur pada 61 menit dengan cara memutar potensiometer disebelah kanan. 11. Pada pengendali temperatur diset pada temperatur udara masuk 50 o C dengan menggunkan tombol-tombol set temp. pada display terlihat tampilan SV (merah) dan tampilan PV (hijau) adalah temperatur proses sebenarnya. 12. Membuka katup steam pada tekanan 2 bar (dengan memakai kaos tangan). 13. Memutar Saklar S94 putih ke posisi heating.
14. Pada panel waktu K63, tombol start ditekan (on) dan laju alir udara diatur dengan memutar tombol R7 biru sampai titik fluidisasi. 15. Dengan menggunkan anemometer,termometer bola basah dan kering
dan dapat
menggunakan humidity meter untuk mengisi tabel 16. Mencatat laju steam dan temperatur kondensat dicatat (asumsi temperatur steam masuk = temperatur kondensat keluar).
Penghentian proses
Katup-katup manual ditutup (menggunakan sarung tangan).
Katup steam dan udara tekan ditutup.
Pada panel panel pengendali, tombol R1 (putih) diputar ke cooling dan tombol waktu dihentikan.
Tombol waktu K62 diputar ke 0 (hilang) dan tombol R7 (biru) diputar ke 0.
Tombol pembersih filter diputar ke ke off disusul tombol HS dan BS ke off, kabel dari panel dilepas dan wadah diambil , temperatur berat unggun dan ketinggian akhir diukur.
Pada panel pengendali saklar utama dimatikan
5.
Data Pengamatan
Berat unggun awal (M0)
592 gram
Temp. Kondensat
80 oC
Berat ungun akhir (M 1)
473,2 gram
Laju massa kondensat
1281 kg/jam
(M2) Tinggi unggun awal Tinggi
unggun
pada
titik
2,5 cm
Lajun udara masuk (U c)
(12+5) = 8,5 cm
Temp. Unggun awal (t 0) 32,2 oC
fluidisasi
1307 m/dt
2
Temp. Udara diset: temp.
40 oC
Kering
Waktu (menit)
Temp. Bola basah o
o
C
F
Temp. Bola kering o
C
F
H
RH (%)
udara
(lbair/lb
Udara
Udara
(m/s)
udara)
masuk
keluar
0
27
80,6
48
118,4
4,58
101
35
70
15
28
82
35
95
6,40
100
65
80
30
28
82
35
95
6,53
104
65
80,1
45
28
82
36
96,8
6,80
103
62
50
Ket. Nilai H dan RH didapat dari grafik
6.
o
Laju
Perhitungan
a. Menghitung volume jenis V= Ket :
() ()
v = volume jenis t = temp. Bola kering P = tekanan H = humidifikasi
Waktu 0 menit V=
() ()
= 3,691 x 2,7105x10-4 m3/kg = 1,00x10 3 m3/kg
Waktu 15 menit V=
() ()
= 3,541 x 2,797x10-4 m3/kg = 9,904x10 -4 m3/kg
Waktu 30 menit V=
() ()
= 3,541 x 2,797x10-4 m3/kg = 9,904x10 -4 m3/kg
Waktu 45 menit V=
() ()
= 3,553 x 2,608x10-4 m3/kg = 9,266x10 -4 m3/kg
b. Menghitung Gu Luas area
= ¼ π d2 = ¼ 3,14.(0,1 m) 2 = 7,85x10 -3 m2
Waktu 0 menit Gu
= =
=
= 9,984 kg/menit
Waktu 15 menit Gu
= =
=
= 13,955 kg/menit
Waktu 30 menit Gu
= =
=
= 14,244 kg/menit
Waktu 45 menit Gu
= =
=
= 14,826 kg/menit
c. Menghitung M (laju perpindahan massa) M = Gu.y
Waktu 0 menit M
= 9,984 kg/menit x 101 kj/kg udara = 1008,384 kj/menit
Waktu 15 menit M
= 13,955 kg/menit x 100 kj/kg udara = 1395,5 kj/menit
Waktu 30 menit M
= 14,244 kg/menit x 104 kj/kg udara = 1481,376 kj/menit
Waktu 45 menit M
= 14,826 kg/menit x 103 kj/kg udara = 1527,078 kj/menit
d. Menghitung Q
Waktu 0 menit Q
= M1.(hg+hfg-hf) = 1008,384 kj/menit (2588,4 + 2386 – 200,94) kJ/kg = 4813480,689 kJ/menit
Dengan cara yang sama untuk waktu selanjutnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini. t (menit)
T (oF)
hg (kJ/kg)
hf (kJ/kg)
hfg (kJ/kg)
Q (kg/menit)
15
95
2565
146,7
2418
679056,65
30
95
2565
1146,7
2418
7164378,749
45
96,8
2567
150,8
2416,01
7379161,582
7.
Analisa Pengamatan
Pada percobaan yang berjudul “Pengeringan Unggun (Fluidized Bed Dryer)” yang bertujuan untuk menghitung efesiensi panas/kalor, memperkirakan kebutuhan steam sebagai suatu kalor seoptimum mungkin dan mengetahui titik fluidisasi laju fluida dan perkiraan waktu yang dibutuhkan. Pada pengeringan sistem fluidisasi unggun juga dikenal dengan penguap unggun fluidisasi sebagai proses pemisahan bertujuan meningkatkan konsentrasi dan kemurnian suatu komponen yang berbentuk npadatan dengan menghilangkan cairan terkandung (biasanya pelarut air) yang bertitik didih lebih rendah. Sedangkan padatan yang lebih tinggi titik didihnya akan didapatkan sebagai produk akhir yang diharapkan kering ringan tetapi mempunyai karakteristik awal. Pada praktikum ini, pertama-tama bijih silika sebanyak 500 gram dispray atau disemprotkan air sedikit demi sedikit dengan tujuan membsahkan permukaan bijih silika. Selanjutnya bijih silika yang telah basah ditimbang kembali dan didapat sebesar 651 gram sehingga didapatkan berat air sebanyak 151 gram. Bijih silika yang sudah dibasahi selanjutnya dimasukkan kedalam wadah yang berbentuk kerucut, kemudian diratakan terlebih dahulu dan diukur ketinggian unggun, diameter kerucut serta ketinggian kerucut. Pada praktikum ini tekanan yang digunakan 2 bar dan temperatur udara diset 40 oC. Pada praktikum ini alat fluidized bed dryer dimana udara masuk melalui blower akan langsung menuju kepenyaring pre filter dan filter akhir yang ada didalam tabung berselimut jaket pemanas dan kemudian akan melewati udara steam. Selanjutnya udara steam tersebut akan membuat silika akan terfluidisasi akibat adanya aliran fluida yang menyebabkan partikel-partikel dalam unggun akan bergerak dan akan menimbulkan volume unggun yang baru. Pada proses pengeringan ini berlangsung selama 45 menit untuk mengukur suhu bola basah, bola kering, tinggi unggun dan volume unggun dan juga laju alir udara dengan menggunakan anemometer.
8.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa:
Fluidized bed dryer merupakan proses pemisahan yang betujuan meningkatkan konsentrasi atau kemurnian suatu komponen yang berbentuk padatan dengan menghilangkan cairan terkandung (biasanya pelarut air) yang bertitik didih lebih rendah.
Tinggi unggun pada titik terfluidisasi dihasilkan sebesar 8,5 cm
Berdasarkan perhitungan dihasilkan:
Volume jenis (v)
: untuk 0 menit sebesar 1,00x10-3 m3/kg untuk 15 menit sebesar 9,904x10 -4 m3/kg untuk 30 menit sebesar 9,904x10 -4 m3/kg untuk 45 menit sebesar 9,266x10 -4 m3/kg
Laju udara masuk (Gu)
: untuk 0 menit sebesar 9,984 kg/menit untuk 15 menit sebesar 13,955 kg/menit untuk 30 menit sebesar 14,244 kg/menit untuk 45 menit sebesar 14,826 kg/menit
Laju perpindahan massa (M)
: untuk 0 menit sebesar 1008,384 kJ/menit untuk 15 menit sebesar 1395,5 kJ/menit untuk 30 menit sebesar 1481,37 kJ/menit untuk 45 menit sebesar 1527,078 kJ/menit
Panas (Q)
: untuk 0 menit sebesar 4813480,689 kg/menit untuk 15 menit sebesar 679056,65 kg/menit untuk 30 menit sebesar 7164378,749 kg/menit untuk 45 menit sebesar 7379161,582 kg/menit
LAPORAN TETAP PILOT PLANT FLUIDIZED BED DRYER
DISUSUN OLEH: Kelompok : 3 1. Enda Lia Elvina
061130401012
2. Fitria Puspasari
061130401013
3. Hilda Rosalina
061130401014
4. Intan Ramdyasari
061130401015
5. Kiki Maria Nababan
061130401016
6. M. Redho Adtya Putra
061130401020
7. Nyayu Ainun
061130401021
8. Serly Putri Agustina
061130401024
Kelas
: 6KIA
Dosen pembimbing : Adi Syakdani, S.T.,M.T.
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2014
DAFTAR PUSTAKA
Jobsheet.2014.”Penuntun
Praktikum Pilot Plant”. Politeknik
Negeri Sriwijaya.Palembang.
