FLUIDISASI

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2015

MODUL : FLUIDISASI PADAT - GAS

PEMBIMBING : Ir.Umar Khayam

Oleh :

Irma Nurfitriani 131411013

2 A- D3 Teknik Kimia

Kelompok 3

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

TANGGAL PRAKTIKUM : 1 Juni 2015

TANGGGAL PENYERAHAN : 12 Juni 2015

BAB 1

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 dengna mengalirkan katalis

dari reaktor ke unit aktivasi katalis. Contoh pemakaian dari pembuatan phthalic-anhidride

dari oksida 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 diguanakn adalah gas pereduksi.

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 penghasil steam.

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut :

a) Membuat kurva karakteristik fluidisasi.

b) Menentukan rapat massa butiran padat.

c) Menentukan harga kecepatan alir minimum Umf dari kurva karakteristik dan dari

perhitungan.

d) Mengetahui pengaruh ukuran partikel dan tinggi terhadap Umf.

BAB 2

LANDASAN TEORI

Fluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan salah satu cara mengontakkan

butiran-butiran padat dengan fluida (gas atau cair). Sebagai ilustrasi dengan apa yang

dinamakan fluidisasi ini, kita tinjau suatu bejana dalam air di dalam mana ditempatkan

sejumlah partikel padat berbentuk bola, melalui unggun padatan ini kemudian dialirkan gas

dengan arah aliran dari bawah ke atas. Pada laju alir yang cukup rendah partikel padat akan

diam. Keadaan yang demikian disebut sebagai unggun diam ataufixedbed. Kalau laju alir

gas dinaikkan, maka akan sampai pada suatu keadaan dimana unggun padatan tadi

tersuspensi di dalam aliran gas yang melaluinya. Pada kondisi partikel yang mobil ini, sifat

unggun akan menyerupai sifat-sifat suatu cairan dengan viskositas tinggi, misalnya ada

kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik. Keadaan demikian disebut

fluidized bed.

Kehilangan Tekanan (Pressure Drop)

Aspek utama yang akan ditinjau di dalam percobaan ini adalah untuk mengetahui

besarnya kehilangan tekanan di dalam unggun padatan yang cukup penting karena selain erat

sekali hubungannya dengan banyaknya energi yang diperlukan, juga bisa memberikan

indikasi tentang kelakuan unggun selama operasi berlangsung. Korelasikorelasi 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 tak berdimensi.

Untuk aliran laminer dimana kehilangan energi terutama disebabkan oleh viscous

loses, Blake memberikan hubungan sebagai berikut :

dP/L : kehilangan tekanan per satuan panjang atau tinggi ukuran

gc : faktor konversi

: viskositas fluida

: porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan volume ruang kosong di

dalam unggun dengan volume unggunnya

V : kecepatan alir superficial fluida

S : luas permukaan spesifik partikel

Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan per satuan volume unggun) dihitung

berdasarkan korelasi berikut:

Persamaan (4) ini kemudian diturunkan lagi oleh kozeny dengan mengasumsikan bahwa

unggun zat padat tersebut adalah ekuivalent dengan satu kumpulan saluransaluran lurus yang

partikelnya mempunyai luas permukaan dalam total dan volume total masing-masing sama

dengan luas permukaan luar partikel dan volume ruang kosongnya. Harga konstanta k yang

diperoleh beberapa peneliti sedikit berbeda misalnya:

Kozeny (1927) k= 150

Carman ( 1937) k= 180

US Bureau of Munes (1951) k= 200

Untuk aliran turbulen, persamaan (4) tidak bisa dipergunakan lagi, sehingga Ergun

(1952) kemudian menurunkan rumus lain dimana kehilangan tekanan digambarkan sebagai

hubungan dari : viscous losses dan kinetic energy losses.

dimana : k1 =150 ; k2 = 1,75

Pada tekanan ekstrim, yaitu:

1. Aliran laminer (Re=20), sehingga term II bisa diabaikan

2. Aliran turbulen (Re=1000), sehingga term I bisa diabaikan

Unggun Terfluidakan (Fluidized Bed)

Untuk unggun terfluidakan, persamaan yang menggambarkan pressure drop adalah

persamaan Ergun yaitu:

Dimana f adalah porositas unggun pada keadaan terfluidakan. Pada keadaan ini dimana

partikel-partikel zat padat seolah-olah terapung di dalam fluida, akan terjadi kesetimbangan

antara berat partikel dengan gaya berat dan gaya apung dari fluida di sekelilingnya.

Gaya berat oleh fluida yang naik = berat partikel gaya apung atau:

[kehilangan tekanan pada unggun] [luas penampang] = [volume unggun] [densitas zat padat-

densitas fluida].

Konsep dasar dari suatu partikel unggun yang terfluidisasi dapat diilustrasikan dengan

fenomena yang terjadi saat adanya perubahan laju alir gas seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas

Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada gambar

berikut ini:

Gambar Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat

Kecepatan Minimum Fluidisasi

Yang dimaksud kecepatan minimum fluidisasi (Umf), adalah kecepatan superficial fluida

minimum dimana fluida mulai terjadi. Harga Umbisa diperoleh denganmengkombinasikan

persamaan (6) dengan persamaan (8)

Karakteristik Unggun Tidak Terfluidakan

Karakter unggun terfluidakan biasanya dinyatakan dalam bentuk grafik antara penurunan

tekanan (P) dan kecepatan superficial fluida (U). Untuk keadaan yang ideal, kurva

hubungan ini berbentuk seperi terlihat dalam gambar 1:

Gambar 1. Kurva Karakteristik Fluidisasi Ideal

Keterangan:

Garis AB : menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam

Garis BC : menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakan

Garis DE: menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam pada waktu kita

menurunkan kecepatan air fluida.

Harga penurunan tekanan untuk kecepatan aliran fluida tertentu, sedikit lebih rendah

daripada harga penurunan tekanan pada saat awal operasi.

BAB 3

METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1 Alat dan Bahan

3.1.2 Alat

No Nama Alat Spesifikasi Jumlah

1. Kolom fluidisasi 1 set

2. Pompa udara 1 set

3. Rotameter udara 1 set

4. Keterangan pengatur laju alir 1

5. Kerangka tempat peralatan 1

6. Piknometer 25 ml 1

7. Neraca timbang 1

3.1.2 Bahan

No Nama Bahan Spesifikasi

1. Partikel Diameter 0-125 m



Gambar 3.1 Rangkaian alat fluidisasi padat gas dan contoh partikel yang digunakan

3.2 Prosedur Kerja

3.2.1 Penentuan Massa Jenis Partikel

3.2.2 Percobaan Fluidisasi

menyiapkan piknometer bersih dan

kering

menimbang piknometer kosong

mengisi penuh air, timbang

mengosongkan dan bersihkan

mengisi dengan partikel ukuran 0-125 m setengah volume,

timbang.

mengisi air sampai penuh, timbang

mengulangi langkah tersebut pada ukuran partikel 125-250 m

dan 250-500 m

menyalakan pompa udara

mengatur kecepatan udara yang kecil

mematikan pompa udara

mengisi tabung dengan partikel ukuran 0-125 m setinggi 4,5 cm

menyalakan pompa, catat delta P dan laju

Alir (Q)

mengatur laju alir, dengan membuka kran

secara bertahap

mencatat delta P setiap kenaikan laju alir (Q)

mengulangi prosedur untuk ketinggian 4,5cm,

5,5cm, 6,5 cm, 7,5cm dan 8,5 cm

ulangi langkah tersebut pada ukuran partikel

125-250 m dan 250-500 m

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengamatan

Tabel 4.1 Pengukuran Rapat Massa Partikel

Berat Partikel (gram)

Diameter

0-125 m

Diameter

125-250 m

Diameter

250-500 m

Piknometer kosong, Wa 21.18 21.18 21.18

Piknometer isi air penuh, Wb 47.81 47.81 47.81

Piknometer isi padatan setengah, Wc 31.12 32.11 35.59

Piknometer isi padatan dan air, Wd 52.87 53.95 56.21

Tabel 4.2 Rapat massa butiran

Tabel 4.3 Fluidisasi Pertikel berdiameter 0 125 m

Lajualir Q

(Liter/menit)

P (cmH2O)

Unggun 4,5

cm

Unggun 5,5

cm

Unggun 6,5

cm

Unggun

7,5 cm

Unggun

8,5 cm

7 0,8 0,5 2,2 1 1,4

8 1 0,7 3 1,7 1,8

9 1,3 1,4 4,3 2,6 2,1

10 1,7 0,6 2,5 0,7 2,1

11 2,4 1,3 4,8 2 2,4

12 2,5 2,6 5,1 2,7 2,3

13 2,7 2,8 5,2 3,9 2,8

14 2,7 3,0 5,4 4,1 2,5

15 3,1 3,3 5,6 4,4 2,7

Diameter butiran (mm) Rapat massa butiran (kg/m3 )

0.2 0.355 1827.2058

0.355 0.63 2042.9906

0.63 1.0 2191.4473

16 3,4 3,7 5,8 4,9 3,3

17 3,4 3,9 5,9 5,1 3,8

18 3,7 4,1 6,2 5,3 4,2

19 3,8 4,2 6,3 5,4 4,5

20 4,0 4,4 6,4 5,7 4,9

Tabel 4.4 Fluidisasi Partikel berdiameter 125 250 m

Lajualir Q

(Liter/menit)

P (cmH2O)

Unggun 4,5

cm

Unggun 5,5

cm

Unggun 6,5

cm

Unggun

7,5 cm

Unggun

8,5 cm

7 1,7 0,4 3,8 3,7 3,0

8 1,7 0,7 4,0 4,5 3,4

9 1,9 1,2 4,3 4,8 3,8

10 2,6 2,2 4,3 4,9 4,0

11 2,7 2,5 4,5 5,0 5,7

12 2,8 2,7 4,8 5,2 5,8

13 3,0 2,9 4,9 5,4 6,0

14 3,2 3,1 5,1 5,7 6,2

15 3,3 3,2 5,3 5,9 6,3

16 3,5 3,4 5,6 6,0 6,7

17 3,6 3,6 5,8 6,2 7,0

18 3,8 3,8 6,0 6,5 7,2

19 4,1 4,3 6,1 6,6 7,2

20 4,4 4,5 6,1 6,6 7,2

Tabel 4.5 Fluidisasi Pertikel berdiameter 250 500 m

Lajualir Q

(Liter/menit)

P (cmH2O)

Unggun 4,5

cm

Unggun 5,5

cm

Unggun 6,5

cm

Unggun

7,5 cm

Unggun

8,5 cm

7 1,7 1,5 0,8 2,5 1,3

8 1,8 1,7 1,0 2,7 1,4

9 2,3 1,8 1,2 3,0 1,5

10 2,5 2,0 1,4 3,2 1,8

11 2,7 2,4 1,7 3,7 2,0

12 3,0 2,6 1,9 4,6 2,1

13 3,4 2,8 2,1 5,3 2,3

14 3,5 3,2 2,4 5,4 2,4

15 3,6 3,4 2,5 5,5 2,7

16 3,8 4,2 2,7 5,5 3,0

17 4,0 4,3 3,4 5,6 3,2

18 4,1 4,4 3,6 5,6 3,5

19 4,2 4,4 3,9 5,6 3,7

20 4,4 4,4 4,0 6,0 4,4

21 4,4 4,4 4,2 6,0 5,4

22 4,4 4,4 4,2 6,0 6,3

23 4,4 4,4 4,2 6,0 6,8

24 4,4 4,4 4,3 6,0 7,0

4.2 Kurva Karakteristik Fluidisasi

Gambar 1. Kurva Karakteristik Fluidisasi Pada Unggun 4,5 cm

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

log

dP

log U

Kurva Karakteristik Fluida Pada Unggun 4,5 cm

250-500 m

125-250 m

0-125 m



-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

log

dP

log U


250-500 m

125-250 m

0-125 m

0

0.5

1

1.5

2

2.5

log

dP

log U


250-500 m

125-250 m

0-125 m



-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

log

dP

log U


250-500 m

125-250 m

0-125 m

0

0.5

1

1.5

2

2.5

log

dP

log U


250-500 m

125-250 m

0-125 m

4.3 Pengolahan Data

Tabel 4.6 Harga Umf ukuran partikel 0-125 m

Unggun Log Umf Umf

4,5 cm -1,057 0,087

5,5 cm -1,054 0,088

6,5 cm -1,135 0,073

7,5 cm -1,136 0.073

8,5 cm -1,057 0,088


Unggun Log Umf Umf

4,5 cm -1,08 0,083

5,5 cm -1,120 0,076

6,5 cm -1,138 0,072

7,5 cm -1,150 0,070

8,5 cm -1,055 0.088


Unggun Log Umf Umf

4,5 cm -1,10 0,079

5,5 cm -1,120 0,076

6,5 cm -1,145 0,071

7,5 cm -1,128 0,074

8,5 cm -1,0674 0,085

Tabel 4.9 Harga Umf berdasarkan Perhitungan

Ukuran Umf Log Umf

0 125 m 0,00395 m/s -2.4034

125 250 m 0,132 m/s -0,8794

250 500 m 0.0284 m/s -1,5466

4.4 Pembahasan

Pada praktikum kali ini dilakukan proses fluidisasi padat gas dengan ukuran partikel

bervariasi. Fluidisasi adalah sebuah teknik pengontakkan fluida baik gas maupun cairan

dengan suatu butiran padat. Fluidisasi terjadi apabila butiran padatan tersuspensi dalam gas

atau cairan sehingga sifat dari butiran itu berubah seperti fluida. Praktikum ini bertujuan

untuk mengetahui nilai minimum Umf dan faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi.

Pada praktikum ini, fluidisasi dilakukan dengan cara mengalirkan gas ke dalam

tabung/kolom berisi padatan. Apabila laju alir gas rendah maka butiran padatan akan tetap

diam, karena fluida hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan

terjadinya perubahan susunan partikel tersebut dan dalam keadaan diam unggun bertekanan

besar. Namun apabila laju alir dinaikkan sedikit demi sedikit akan ada saat dimana perbedaan

penurunan tekanan akan sama dengan gaya berat yang bekerja terhadap butiran-butiran

padatan, penurunan tekanan pada permukaan unggun inilah yang menyebabkan unggun

terangkat. Adapun ukuran partikel yang digunakan pada praktikum ini adalah partikel

berdiameter 0-125 m, 125-250 m dan 250-500 m. Sedangkan, tinggi unggun yang

digunakan juga bervariasi pada setiap ukuran partikel yaitu 4,5 cm, 5,5 cm, 6,5 cm, 7,5 cm

dan 8,5 cm serta laju alir gas bervariasi dengan laju gas minimum 7 L/menit.

Dari praktikum yang telah dilakukan pada ketinggian unggun, laju alir udara dan

ukuran partikel tertentu unggun tersebut dapat diklasifikasikan menjadi 3, yaitu unggun diam

(fixed bed), unggun mengembang (expantion bed) dan unggun terfluidakan (fluidized bed).

Sehingga diperoleh data besarnya nilai penurunan tekanan ( pada laju tertentu (Q) pada

setiap tinggi unggunnya, dicatat pula penurunan tekanan pada saat laju alir gas diturunkan.

Dari data tersebut dapat dibuat kurva karakteristik fluidisasi (log terhadap log U).

Berdasarkan hasil percobaan, kurva karakteristik fluidisasi setiap tinggi unggun

butiran padatan berbeda-beda. Nilai Umf pada kurva didapatkan ketika kecepatan (U) mulai

terlihat konstan. Nilai U yang konstan ini dapat disebabkan karena hanya sebagian unggun

yang terfluidisasi dan kecepatan sudah mencapai titik untuk fluidisasi total. Kecenderungan

ini akan menyebabkan pressure drop menjadi konstan bahkan menurun. Kekonstanan ini juga

dapat digambarkan sebagai akibat dari besarnya porositas yang menyebabkan daya dorong ke

atas udara tidak lagi mendorong partikel dan lepas ke arah yang tekanannya rendah.

Semakin tinggi unggun menyebabkan semakin banyaknya volume dari butiran

padatan yang mengisi kolom tersebut. Sehingga akan mempengaruhi terfluidisasinya butiran

padatan yang menyebabkan sedikitnya butiran padatan yang terfluidisasi. Sebaliknya jika

semakin rendah tinggi unggun, menyebabkan semakin sedikitnya volume dari butiran

padatan itu, maka butiran padatan yang terfluidisasi pun akan semakin banyak. Sedangkan,

apabila semakin besar ukuran partikel padatan maka semakin banyak partikel padatan yang

terfluidisasi.

Kurva karakteristik fluidisasi setiap unggunnya ketika kenaikan laju alir (Q) dan

ketika penurunan laju alir (Q) tidak nampak jauh berbeda, namun ada beberapa titik yang

menunjukkan nilai perubahan tekanan ( yang berbeda. Hal ini mungkin dikarenakan

penentuan laju alir yang tidak konstan dan kesalahan dari pengamatan praktikan atau kinerja

dari alat kurang maksimal.

Kecepatan alir minimum (Umf) dapat dilihat dari kurva karakteristik fluidisasi atau

pun bisa dilakukan dengan perhitungan rumus. Nilai Umf berdasarkan perhitungan harus

ditentukan terlebih dahulu nilai NRe nya dan didapatkan nilai Nre lebih dari 1000 sehingga

Umf berdasarkan perhitungan untuk ukuran partikel berdiameter 0-125 m, 125-250 m dan

250-500 m secara berturut-turut adalah sebesar 0,00395 m/s; 0,132 m/s dan 0.0284 m/s,

sedangkan berdasarkan kurva tiap unggunnya berbeda beda yaitu untuk setiap tinggi

unggunnya. Perbedaan nilai ini dikarenakan Nre yang berpengaruh pada besar kecilnya

kecepatan aliran fluida untuk fluidisasi. Namun Nre untuk tinggi unggun yang berbeda

apabila dihitung secara teoritis nilainya akan sama karena jumlah padatan tidak berpengaruh.

Dimana pada perhitungan Nre secara teoritis ini faktor-faktor yang berpengaruh adalah

diameter padatan, masa jenis padatan dan juga laju alir fluida.

BAB IV

KESIMPULAN

Fluidisasi merupakan salah satu cara untuk mengontakkan butiran padat dengan fluida.

Apabila kecepatan fluida relative rendah, unggun tetap diam karena fluida hanya

mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan terjadinya perubahan susunan

partikel tersebut

Semakin besar putaran kran, maka kecepatan laju alir linier / laju alir

volumetriknya semakin besar pula.

Semakin besar putaran kran juga akan mengakibatkan bilangan Reynold ( N Re

), P ( perbedaan tekanan ), dan Umf ( kecepatan minimum fluidisasi )

semakin besar pula.

Semakin besar laju alir volumetriknya ( Q ) maka akan mempercepat proses

terfluidisasinya unggun butiran partikel tersebut.

Faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi

Porositas minimum terhadap fluida

Tinggi unggun terhadap fluida

kecepatan fluidisasi minimum terhadap fluida

Penurunan tekanan didalam unggun terfluidisasi

Daftar Pustaka

Djauhari, Agus. 2011. Jobsheet Praktikum Satuan Operasi Fluidisasi Padat Gas. Bandung:

Politeknik Negeri Bandung.

Geankoplis, C.L. 1993, Transport Processes and Unit operations 3rd, pp 127-132,

Prentice-Hall, Inc., Eanglewood Cliffs, new jersey USA.

Robert L. Perry, Chemical Engineers Handbook. 3rd edition.

FLUIDISASI

Documents

Transcript of FLUIDISASI