Fluidisasi Pada-Gas

FLUIDISASI PADAT GAS
Ir. Agus Djauhari MT.



I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Fluidisasi adalah peristiwa dimana unggun berisi butiran padat berkelakuan seperti fluida karena dialiri fluida. 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.
Peristiwa fluidisasi digunakan dalam industri petrokimia dalam reaktor cracking, katalis padat dalam butiran dapat diregenerasi secara kontinyu dengan mengalirkan katalis dari reaktor ke unit aktivasi katalis. Contoh pemakaian dari reaktor ini adalah pembuatan alkil klorida dari gas klorin dengan olefin dan pembuatan phthalic-anhidride dari oksidasi naphtalena oleh udara.
Pemakaian lain tanpa reaksi katalitik antara lain untuk pembakaran kapur, pengambilan tembaga, perak atau emas dari bijinya. Pada pembakaran kapur aliran udara digunakan untuk suplai oksigen untuk pembakaran, sedangkan pada pengambilan logam dari bijinya aliran gas yang digunakan adalah gas pereduksi, sehingga oksida logam tereduksi menjadi logam murni.
Beberapa incenerator menggunakan prinsip fluidisasi, digunakan untuk pembakaran lumpur dari proses mikrobiologi dan juga penyelesaian akhir untuk perlakuan limbah B3. selain pembakaran juga dihasilkan panas yang dapat digunakan sebagai pengasil steam

1.2 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

II. LANDASAN TEORY
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 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 tetapi 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 padata, rapat massa padatan dan faktor bentuk dari butiran padat.


Gambar 1. Kurva hubungan laju alir gas terhadap drop tekanan
Pada kecepatan sedikit diatas Vmin unggun yang terjadi adalah laminer, apabila kecepatan gas diperbesar unggun yang terjadi disebut fluidisasi gelembung/bubbling dan apabila kecepatan ini bertambah terus fluidisasi yang terjadi disebut fluidisasi bergolak/turbulent.











Gambar 2. Ungun Diam dan Terfluidisasi

Untuk unggun yang mulai terfluidisasi yaitu pada kecepatan aliran udara minimum Umf dengan asumsi partikel terdistribusi merata, ukuran dan bentuk partikel seragam persamaan fluidisasi adalah:

..................................(1)

Wen dan Yu menemukan hubungan bahwa,

dan

Persamaan (1) menjadi,

.................................(2)

Keadaan khusus :
a. Nre < 20 ; ( Nre = )
Suku pertama dari persamaan (1) bisa diabaikan, sehingga persamaan menjadi :

......................................................................(3)

b. Nre > 1000; ( Nre = )
Suku kedua dari persamaan (1) dapat diabaikan, sehingga persamaan menjadi :

.......................................................................(4)

Daftar Notasi :
Dp = Diameter padatan (m)
Ρp = Rapat massa padatan (kg/m3)
Ρf = Rapat massa udara (kg/m3)
Umf = Laju alir linier gas (m/dt)
g = Grafitasi (m/dt2)
 = Viskositas gas (N.dt/m2)
 = Faktor bentuk
 = Porositas

III. PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Peralatan terdiri dari satu set unit peralatan utama fluidisasi yang terdiri dari:
a. Kolom fluidisasi
b. Pompa udara
c. Rotameter udara
d. Kerangan pengatur laju alir udara
e. Kerangka tempat peratan
Peralatan pendukung terdiri dari :
a. Piknometer
b. B. Jangka sorong
c. Neraca timbang
Bahan
Partikel polimer dengan diameter 267 dan 480 m

3.2. Prosedur Kerja
Penentuan massa jenis partikel
a. Siapkan piknometer yang suadah bersih dan kering
b. Timbang dengan neraca piknometer kosong
c. Isi dengan air sampai penuh (batas volume piknometer) kemudian timbang dengan neraca.
d. Kosongkan piknometer dan keringkan.
e. Isi piknometer yang telah siap dengan partikel padat yang akan digunakan percobaan fluidisasi, yaitu polimer dengan diameter 267 m sebanyak lebih kurang setengah volume kemudian timbang.
f. Isi pikno yang telah berisi butiran padat dengan air sampai penuh dan timbang dengan neraca.
g. Ulangi presedur diatas dengan menggunakan partikel polimer dengan diameter 480 m.
Percobaan fluidisasi
a. Nyalakan pompa udara dan atur kecepatan udara yang kecil, kemudian matikan pompa udara.
b. Isi tabung dengan partikel padatan dengan diameter 267 m setinggi ± 3cm
c. Nyalakan pompa dan catat ∆P unggun dan laju alir udara Q
d. Besarkan laju alir udara dengan membuka keran secara bertahap dan ukur ∆P tiap kenaikan laju alir udara.
e. Ulangi prosedur a sampai d untuk ketinggian unggun 4 dan 5 cm.
f. Lakukan percobaan fluidisasi seperti diatas untuk diameter partikel 480 m.






3.3. Tabel Data
Pengukuran rapat massa partikel
Berat Partikel (gram)
Diameter 267 m Diameter 480 m
Piknometer kosong, Wa
Piknometer isi air penuh, Wb
Piknometer isi padatan setengah, Wc
Piknometer isi padatan + air, Wd

Fluidisasi partikel berdiameter 267 m
Laju Alir Q ∆P
Unggun 3 cm Unggun 4 cm Unggun 5 cm













Fluidisasi partikel berdiameter 267 m
Laju Alir Q ∆P
Unggun 3 cm Unggun 4 cm Unggun 5 cm












IV. KESELAMATAN KERJA
Hati-hati pada saat menjalankan operasi, sebab apabila penerapan laju alir udara terlalu besar akan menyebabkan partikel terbang keluar kolom fluidisasi dan berpotensi mengenai mata.

V. CARA PENGOLAHAN DATA
5.1. Perhitungan (Gunakan satuan SI)
Mengitung Rapat Massa Partikel
a. Menghitung volume piknometer
Volume piknometer = volume air penuh
Massa air penuh
Volume air penuh = -------------------------
Rapat massa air

Massa air = Wb - Wa
Rapat massa air ρa (1Atm 25 oC) = 0,9971 gr/ml = 997,1 kg/m3
b. Menghitung volume air pada pikno berisi padatan dan air sampai penuh
Massa air dalam piknometer
Volume air penuh = ------------------------------------
Rapat massa air
Massa air dalam piknometer = Wd – Wc
c. Menghitung rapat massa butiran

Masssa butiran
Rapat massa butiran Ρp = ------------------------
Volume butiran

Massa butiran = Wc – Wa
Volume butiran = Volume piknometer – Volume air
Menghitung Umf
a. Hitung Rapat massa udara dengan menggunakan rumus (P=1Atm):

dimana Tf adalah suhu udara dalam kalvin
b. Hitung laju alir linier udara U dengan cara membagi laju alir volume yang ditunjukkan rotameter G’ dengan luas permukaan
Luas permukaan A=1/4 (D)2
c. Hitung harga bilangan Reynold
d. Untuk harga Nre < 20 gunakan persamaan (3)
e. Untuk harga Nre > 1000 gunakan persamaan (4)
f. Untuk harga 205.2. Penyajian Hasil Percobaan
Data yang ditampilkan adalah data yang telah diolah (data jadi).
a. Tampilkan hasil perhitungan rapat massa butiran
b. Tampilkan kurva karakteristik fluidisasi ukuran partikel 267 m dalam satu kurva.
c. Tampilkan kurva karakteristik fluidisasi ukuran partikel 480 m dalam satu kurva.
d. Tabelkan harga Umf yang diperoleh dari aluran kurva dan yang diperoleh dari perhitungan dalam satu tabel

5.3. Isi Pembahasan Dalam Laporan
a. Bahas kurva karakteristik fluidisasi
b. Bahas pengaruh tinggi unggun terhadap Umf
c. Bahas Pengaruh ukuran diameter partikel terhadap Umf
d. Bahas perbedaan harga Umf yang diperoleh dari kurva karakteristik dengan yang diperoleh dari perhitungan.

PUSTAKA
(1) Djauhari, A., 2002,”Peralatan Kontak dan Pemisah Antar Fasa “, Diktat Kuliah, hal 33-42, Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
(2) Geankoplis, C.J., 1993,”Transport Processes and Unit Operations” 3 rd, pp 127-132, Prentice-Hall, Inc., Eanglewood Cliffs, New Jersey USA.
(3) Buku Petunjuk Praktikum Satuan Operasi, 2004 “ Fluidisasi Padat Gas” Jurusan Teknik Kimia, Politeknik negeri Bandung