fluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan salah satu cara mengontakkan butiran

7/23/2019 Fluidisasi Dipakai Untuk Menerangkan Atau Menggambarkan Salah Satu Cara Mengontakkan Butiran

1/18

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 ba ah ke atas. !ada laju alir yang cukup rendah, partikel padat akan diam."eadaan demikian disebut sebagai unggun diam atau #fi$ed bed%. "alau laju alir dinaikkan ,

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

aliran gas yang melaluinya. !ada kondisi partikel yang mobil ini, sifat unggun akan

menyerupai sifat-sifat suatu cairan dengan &iskositas tinggi, misalnya ada kecenderungan

untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik. "eadaan tersebut dinamakan #fluidi'ed bed%.

II.1. Kehilangan Tekanan (Pressure Drop)

spek utama yang akan ditinjau di dalam percobaan ini adalah mengetahui besarnya

kehilangan tekana di dalam unggun padatan yang terfluidisasikan. al tersebut mempunyai

arti yang cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan banyaknya energiyang dibutuhkan, juga bisa memberikan indikasi tentang kelakuan unggun selama operasi

berlangsung. "orelasi-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. *ntuk aliran laminer dimana kehilangan energi terutama disebabkan oleh

#+iscous oses%, lake memberikan hubungan sebagai berikut

(0)

1imana 2! 3 "ehilangan tekanan per satuan panjang atau tinggi ukuran

gc 3 Faktor kon&ersi

4 3 +iskositas fluida

5 3 !orositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan &olume ruang kosong di

dalam unggun dengan &olume unggunnya

* 3 "ecepatan alir superfisial fluida

s 3 uas permukaan spesifik partikel

uas permukaan spesifik partikel (luas permukaan per satuan &olume unggun), dihitung

berdasarkan korelasi berikut

(6)

Sehingga persamaan (0) menjadi


2/18

(7)

atau, (8)

!ersamaan (8) ini kemudian diturunkan lagi oleh "on'eng dengan mengamsusikan bah a

unggun 'at padat tersebut adalah eki&alen dengan satu kumpulan saluran-saluran lurusyang paralel yang mempunyai luas permukaan dalam total dan &olume total masing-masing

sama dengan luas permukaan luar partikel dan &olume ruang kosongnya. arga konstanta

k9 yang diperoleh beberapa peneliti sedikit berbeda, sepertti misalnya

"on'eng (0:6;) k93 0arman (0:7;) k93 0?=

*S ureaunof Mines (0:


3/18

Dkehilangan tekanan pada unggunED uas penampangE3D&olume unggunEDdensitas 'at padat

C densitas fluidaE

D2!ED E 3 D .tED0-5fED p- pE g/gc ..(;)

3 ED0-5fED p- pE g/gc ..(?)

II. . Ke!epatan "ini#u# Fluidisasi

Gang dimaksud kecepatan minimum fluidisasi (*mf), adalah kecepatan superfcial fluida

minimum dimana fluida mulai terjadi. arga *mbisa diperoleh dengan mengkombinasikan

persamaan (A) dengan persamaan (?)

II.$. Karakteristik Unggun Tidak Terfuidisasikan

"arakter unggun terfluidisasikan biasanya dinyatakan dalam bentuk grafik antara penurunan

tekanan (2!) dan kecepatan superfisial fluida (*). *ntuk keadaan yang ideal, kur&a

hubungan ini berbentuk seperti dalam gambar 0.

%a#bar 1. "ur&a "arakteristik Fluidisasi Hdeal

"eterangan

Baris menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam

Baris > menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakan

Baris 1@ menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam pada aktu kita

menurunkan kecepatan air fluida . arga penurunan tekanan

untuk kecepatan aliran fluida tertentu, sedikit lebih rendah daripada harga penurunan

tekanan pada saat a al operasi.

II.&. Fluidisasi 'eterogen ( Agregative Fluidization)

pabila dalam fluidisasi partikel-partikel padatnya terpisahnya secara sempurna tetapi

berkelompok membentuk suatu agregat. "eadaan yang seperti ini disebut sebagai fluidisasi

heterogen ( agregative uidization).

Iigajenis fluidisasi yang biasa terjadi adalah karena timbulnya

1. Penggelembungan ( bubbling)

2. Penerakan ( slugging)

3. Saluran saluran !uida "ang terpisah ( channeling)%a#bar 2 . Iiga jenis fluidisasi heterogen

1. a. ubbling

1imana saat fluidisasi terjadi di kolom fluidisasi, pada permukaan unggun padat terjadi

ledakan-ledakan kecil (gelembung-gelembung pecah pada permukaan unggun padat)

1. b. lugging


4/18

!ada saat fluidisasi terjadi di dalam kolom fluidisasi, pada permukaan partikel unggun padat

terjadi ledakan-ledakan kecil menyerupai payung, tetapi letaknya tidak beraturan

(berpindah tempat)

1. !. *hanneling

!ada saat fluidisasi terjadi dalam kolom fluidisasi, pada permukaan unggun padat terjadi

ledakan-ledakan kecil menyerupai payung, teatpi letaknya tetap.

II.+. Keuntungan dan Kerugian Fluidisasi

1. a. Keuntungan fuidized bed

A. #eb$%$ran seperti pada aliaran %airan dan partikel partikel memberikan

k$ntr$l se%ara k$ntin"u.

&. #e%epatan pen%ampuran s$lid mendekati k$ndisi is$thermal, tekanan melalui

reakt$r dimana $perasi dapat dik$ntr$ldengan mudah.

'. Sirkulasi s$lid $leh !uidi ed bed membuatn"a mungkin untuk transp$rtasi

dengan umlah "ang sangat ban"ak.

2. b. Kerugian fuidized bed

A. Sulit menggambarkan aliran gas dengan de*iasi besar dari sumber aliran dan

dengan passing dari s$lute dan gelembung gelembung men"ebabkan tidak

e+sienn"a sistem k$ntak. al ini men adi serius bila k$n*ersi tinggi dan reaktan

reaktan dibutuhkan.

&. #e%epatan penguapan s$lid dalam uni-$rmn"a. aktu tinggal s$lid ini

memberikan k$n*ersi lebih e-ekti- dengan kata lain untuk menger akan s$lid

se%ara bat%h. Pen%ampuran ini men$l$ng karena memberikan pr$duk s$lid

seragam untuk reaksi reaksi katalitik.'. /r$si pipa dan tempat abrasi partikel.

. ntuk peng$perasian luas katalitik pada tempat $perasi "ang berpengaruh

terhadap ke%epatan reaksi.

Di dalam pemakaiannya, unggun terfluidakan mempunyai beberapa keuntungandibandingkan dengan unggun diam, antara lain :

1. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secarakontinu

2. Kecepatan pencampuran padatan yang tinggi menyebabkan reactor selalu beradapada kecepatan isothermal, sehingga memudahkan pengendaliannya.

3. erpindahan massa dan panas antara fluida dan padatan lebih baik dibandingkandengan unggun diam.


5/18

!. erpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yangbaik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang mempunyai luas permukaanlebih kecil.

". #emungkinkan operasi dalam skala besar.

$eberapa kerugian pemakaian unggun terfluidakan :1. Selama operasi partikel%partikel padat mengalami pengikisan sehingga karakteristik

fluidisasi bias berubah dari &aktu ke &aktu.2. $utiran halus akan terba&a aliran fluida sehingga mengakibatkan kehilangan se'umlah

tertentu padatan.3. (er'adinya erosi terhadap be'ana dan system pendingin oleh partikel padatan.!. (er'adinya gelembung dan kekosongan local didalam unggun seringkali tidak bisa

dihindarkan. eristi&a ini mengakibatkan kontak antara fluida dengan padatan tidak

merata sehingga kon)ersi reaksi men'adi kecil.". encampuran padatan yang terlau cepat akan mengakibatkan ketidak seragaman&aktu tinggal padatan didalam reactor. *ntuk proses kontinu, hasil yang didapatkantidak seragam dan kon)ersi rendah, khususnya untuk tingkat kon)ersi yang tinggi.Sedangkan untuk proses batch, pencampuran ini menguntungkan karena diperolehhasil yang seragam. *ntuk reaksi katalitik, gerakan partikel katalis berpoti yangmenangkap dan membebaskan molekul gas pereaksi secara kontinu akan menambahpencampuran ulang sehingga menurunkan hasil.

+luidisasi merupakan salah satu cara untuk mengontakkan butiran padat denganfluida. pabila kecepatan fluida relati)e rendah, unggun tetap diam karena fluida hanyamengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan ter'adinya perubahansusunan partikel tersebut - pada unggun diam, gambar .1.a /. pabila kecepatan fluidadinaikkan sedikit demi sedikit, pada saat tertentu penurunan tekanan akan samadengan gaya berat yang beker'a terhadap butiran%butiran padat sehingga unggun mulaibergerak. ni ter'adi pada titik - gambar .2 /. *nggun mengembang, pororsitasbertambah, tetapi butiran%butiran masih saling kontak satu sama lain. Selan'utnyapenurunan tekanan tidak securam pada 0 . Sampai titik $ butiran%butiran masih saling

kontak tetapi telah berada dalam keadaan saling lepas.


6/18

mbar .1 *nggun diam -a/, unggun mendidih atau terfluidisasi paton -b/ dan unggun terfluidakankontinyu berkesinambungan -c/

mbar .2 enurunan tekanan dalam unggun padatan1. *nggun diam2. Daerah peraliran intermediate3. +luidisasi batch!. +luidisasi kontinyu

eningkatan kecepatan selan'utnya akan menyebabkan butiran%butiran terpisahlepas satu sama lain sehingga bias bergerak dengan lebih mudah - unggun tersuspensidalam aliran fluida yang mele&atiya / dan mulailah unggun terfluidakan - titik + /.


7/18

$utiran%butiran bergerak terus kearah sembarang tetapi masih dalam batas tinggitertentu - gambar .1.b /. si tabung menyerupai cairan mendidih dan diberi istilah

unggun mendidih4. Setelah mencapai ketinggian tertentu, butiran%butiran akan 'atuhkembali. 5anya partikel paling halus terba&a aliran fluida - entrainment tidak berarti / ini

disebut fluidisasi batch. #ulai dari titik +, penurunan tekanan terhadap kecepatan lebihkecil dibandingkan dengan penurunan tekanan pada unggun diam.

ada kondisi butiran yang mobil ini. Sifat unggun akan menyerupai sifat suatucairan dengan )iskositas tinggi, misalnya ada kecendrungan untuk mengalir,mempunyai sifat dan sebagainya -gambar .3 /.

Gambar II.3 Sifat menyerupai cairan dari unggun terfluidisasi

tas dasar sifat%sifat diatas, maka unggun ini kemudian disebut unggun terfluidakanatau fluidized bed.

% Dalam system padat%cair, kenaikan kecepatan air sampai diatas fluidisasi minimum akanmenyebabkan pengembangan unggun yang halus dan progresif -terus menerus/.Dalam hal ini ketidak stabilan aliran keseluruhan relati)e kecil dan tidak ter'adipembentukkan gelembung yang cukup besar. *nggun yang berkelakuan seperti inisering disebut unggun fluidisasi cair -li6uid fluidized bed/ atau unggun fluidisasihomogeny.

% System padat%gas berkelakuan sangat berbeda. ada kenaikan la'u alir gas diba&ahfluidisasi minimum sudah ter'adi pembentukan gelembung dan saluran -chanelling/ gas,


8/18

dan gerakkan padatan men'adi lebih tidak beraturan. System seperti ini disebut unggunfluidisasi agregatif atau unggun fluidisasi gas.

Kedua macam fluidisasi tersebut dapat digolongkan kedalam fluidisasi fase padat-ketinggian unggun masih berada pada batas tertentu/.

ada la'u alir fluida yang sanga tinggi -melebihi /, kecepatan akhir -u t/ men'adisangat besar, sehingga batas atas unggun akan hilang -total entrainment butiranpadatan terba&a aliran fluida/, porositas mendekati 1. Keadaan ini disebut fluidisasiberkesinambungan -gambar 1.1.c/ yang merupakan aliran 2 fase.

Penggunaan operasi fluidisasi didalam industryfisika : transprtasi, penukar panas, pengeringan, pencampuran serbuk halus, pelapisan

bahan plastik pada permukaan logam, pengecilan pembesaran partikel dan adsorpso.

kimia : oksidasi etilena, pembuatan anhidrida ftalat, cracking hidrokarbon dan lain%lain.

Di dalam pemakaiannya, unggun terfluidakan mempunyai beberapa keuntungandibandingkan dengan unggun diam, antara lain :

1. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secarakontinu

2. Kecepatan pencampuran padatan yang tinggi menyebabkan reactor selalu beradapada kecepatan isothermal, sehingga memudahkan pengendaliannya.

3. erpindahan massa dan panas antara fluida dan padatan lebih baik dibandingkan

dengan unggun diam.!. erpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yang

baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang mempunyai luas permukaanlebih kecil.

". #emungkinkan operasi dalam skala besar.

$eberapa kerugian pemakaian unggun terfluidakan :1. Selama operasi partikel%partikel padat mengalami pengikisan sehingga karakteristik

fluidisasi bias berubah dari &aktu ke &aktu.

2. $utiran halus akan terba&a aliran fluida sehingga mengakibatkan kehilangan se'umlahtertentu padatan.

3. (er'adinya erosi terhadap be'ana dan system pendingin oleh partikel padatan.!. (er'adinya gelembung dan kekosongan local didalam unggun seringkali tidak bisa

dihindarkan. eristi&a ini mengakibatkan kontak antara fluida dengan padatan tidakmerata sehingga kon)ersi reaksi men'adi kecil.


9/18

". encampuran padatan yang terlau cepat akan mengakibatkan ketidak seragaman&aktu tinggal padatan didalam reactor. *ntuk proses kontinu, hasil yang didapatkantidak seragam dan kon)ersi rendah, khususnya untuk tingkat kon)ersi yang tinggi.Sedangkan untuk proses batch, pencampuran ini menguntungkan karena diperoleh

hasil yang seragam. *ntuk reaksi katalitik, gerakan partikel katalis berpoti yangmenangkap dan membebaskan molekul gas pereaksi secara kontinu akan menambahpencampuran ulang sehingga menurunkan hasil.

II.2 Porositas Minimum

Se'ak unggun mulai mengembang -gambar .2, titik /, porositas bertambahdengan bertambahnya kecepatan -lihat gambar .!/. orositas naik secara liniear dengan logaritma kecepatan.

ambar .1 : porositas unggun 7s log kecepatan1. Daerah unggun statis2. Daerah peralihan3. Daerah fluidisasi batch!. Daerah fluidisasi kontinyu

#e%epatan pada aktu mulain"a !uidisasi disebut ke%epatan kritis danp$r$sitas unggun pada saat itu disebut p$r$sitas minimum untuk !uidisasi, 4-

P$r$sitas minimum bergantung pada ukuran dan bentuk butiran. &iasan"a4- akan semakin ke%il seiring dengan%semakin besarn"a butiran. arga harga

p$r$sitas minimum untuk berbagai bahan dapat diketahui dari per%$baan


10/18

per%$baan, karena tidak ada data untuk satu enis bahan, 4- dapatdiperkirakan dengan rumus empiris berikut (untuk p 50 s6d 500 mikr$n)

4- = 1 0,357 8l$g p 9 1: .......... (II.2.a)p = diameter butiran (mikr$n)

&erikut adalah tabel p$r$sitas pada k$ndisi !uidisasi minimum ;

Parti%lesSi e (mm)

0.02 0.05 0.0< 0.10 0.20 0.30 0. 0

Sharp sand, > s = 0.7 s = 0.?7

4i@ed r$und sand

'$al and glass p$ der

Anthra%ite %$al, > s = 0.73Abs$rpti$n %arb$n

is%her Br$ps%h %atal"st,> s = 0.5?

'arb$rundum

0.


11/18

E1 dan E 2 adalah p$r$sit" untuk tinggi D 1 dan D 2

II.& Ke!epatan fuidisasi #ini#u#

luidisasi akan ter adi apabila ;ga"a tekan ke atas $leh gas = beratpartikel............................................... (II.5.a)

(P) (A) = (A . D 4- ) (1 4- ) F( p )g6g%G.................................................... (II.5.b)atauP6D4- = (1 4- ) F( p )g6g%G.................................................................... (II.5 %)D4- ; tinggi unggun pada !uidisasi minimumA ; luas penampangp ; rapat massa partikel ; rapat massa !uida

#e%epatan super+sial pada k$ndisi !uidisasi minimum u m- , diper$leh denganmengk$mbinasikan persamaan II.5 % dan II.5 d.

(II.5 d)

ntuk Re H 20 ;4- =


12/18

.............................................................. (II.5 e)

ntuk Re 1000 ;4-

2 =

............................................................................ (II.5 -)

&ila E 4-

dan6atau > s tak diketahui, dapat digunakan ;

ari persamaan ?.C dan ?.7, didapatkan ;

ntuk Re H 20 ;

JJJJJ.. (II.5 i)

ntuk Re 1000 ;

JJJJJJJ. (II.5 )

II. Penurunan tekanan di dala# unggun terfuidisasiKambar berikut (II.3) menggambarkan penurunan tekanan "ang ter adi

pada unggun "ang terdiri atas partikel padatan berukuran seragam. Pada la ualir !uida "ang rendah (unggun diam), penurunan tekanan hampir sebandingdengan la u alir gas, biasan"a setelah men%apai harga maksimum (LP 4A#S ) akan


13/18

sedikit lebih besar daripada head statis dari unggun. engan semakinbertambahn"a la u alir !uida, p$r$sitas unggun akan semakin besar (dariE4 E4- ) sehingga penurunan tekanan akan lebih ke%il.

Pada ke%epatan !uidisasi minimum, unggun mengembang sehingga

gelembung gelembung gas didalam unggun tidak h$m$gen. Pada keadaan inipenurunan tekanan praktis tidak berubah.

#bar II. a Penurunan tekanan *s ke%epatan !uida pada unggun dengan partikelberukuran seragam

iagram penurunan tekanan *s ke%epatan !uida sangat berguna untukmengidenti+kasi kualitas !uidisasi, khususn"a bila pengamatan *isual tidakmungkin dilakukan. Madi, suatu unggun !uidisasi "ang ideal akan berkelakuanseperti gambar II.3 di atas. Sedangkan unggun !uidisasi "ang men"impang darik$ndisi ideal (misaln"a ter adi pen$rakan6slugging atau %hanelling) akanberkelakuan seperti gambar II.3 b


14/18

bar II.3 b Penurunan tekanan *s ke%epatan !uida pada unggun !uidisasi "ang tidakideal ntuk unggun dengan distribusi ukuran partikel "ang halus (beda ukuranpartikel tidak terlalu besar) kelakuan !uidisasi hampir men"erupai unggundengan ukuran partikel seragam dengan diameter rata rata p .Pada unggun dengan distribusi ukuran partikel "ang kasar (beda ukuran sangatmen%$l$k), kemungkinan ter adi partikel berukuran halus ter!uidisasi didalam

r$ngga antar butiran besar, sementara butiran besar tersebut tidak tersuspensi(apabila rati$ diameter partikel 5). ntuk menghindari ter adin"a entrainment (partikel padatan terba aaliran !uida, $perasi harus dipertahankan pada la u alir !uida antara u 4- dan u t.Perhitungan u 4- harus didasarkan pada diameter partikel rata rata, sedangu t didasarkan pada ukuran partikel terke%il "ang terdapat didalam unggun. Rati$antara u t ; u 4- berkisar antara 10 ; 1 dan C0 ; 1

'$nt$h S$al ;

Bentukan ke%epatan super+sial gas, bila diinginkan unggun ter!uidisasi tanpater adi entrinment, berat unggun 370 g. istribusi ukuran partikel ;

berat kumulati-dari sampelunggun (g)

p = 1 g/cm 3

Mf = 0,4s = 1 diameter partikel

()


15/18

070

1502


16/18

engan p = C? kita b$leh menganggap bah a unggun terdiri atas partikelpartikel ke%il (dengan N R H 20) ;

4- =

.................................................... (pers. ?.


17/18

= 0,00120 p g6%m 3

P1 = 1 atmP2 = p atm1 = 0,00120 g6%m 3

% #e%epatan super+sial maksimum ter adi pada pun%ak menara, dimana tekananadalah minimum. #arena diinginkan tidak ada entrainment, maka ke%epatanudara di pun%ak menara haruslah H u t . Penentuan u t didasarkan pada diameter

partikel "ang terke%il, "aitu 50 . Sekali lagi, untuk partikel "ang ke%il, dianggapRe p H 0, (lihat bab 5).u t =

=

=


18/18

;D8, Mekanika Fluida .$andung.Schaum, < #ekanika +luida = 5 draulika>, ;disi kedua.Soeted'o -19 ?/, , enerbit, ngkasa $andung, $andung,

fluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan salah satu cara mengontakkan butiran

Documents