LAPORAN RESMI PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA-1 FLUIDIZED BED

(1)

LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA-1 FLUIDIZED BED

Disusun oleh:

KELOMPOK 6

Atma Gusti Amanda Putri 2141420043 Jadzlan Ramadhan Dwiputra 2141420065 Vira Cintya Ramadhani 2141420014

Dosen pengampu:

Christyfani Sindhuwati S. T., M.T.

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI MALANG

2022

(2)

Modul 1 – Fluidized Bed

1.1. Tujuan Percobaan

Tujuan percobaan dari modul ini adalah sebagai berikut:

1. Dapat mengetahui mekanisme fluidisasi pada solid

2. Dapat mengetahui perbedaan fixed dan fluidized bed

3. Dapat mengetahui pressure drop dari fluidisasi

4. Dapat mengetahui pengaruh laju udara terhadap fluidisasi

1.2. Metodologi Percobaan a. Alat dan Bahan

- Peralatan yang digunakan pada percobaan ini, antara lain:

1. Tabung kosong 2. Manometer 3. Kompresor

- Bahan yang digunakan pada percobaan ini, antara lain:

1. Pasir silika 0.220 mm, 0.355 mm, 0.630 mm

b. Diagram Alir Percobaan

Diagram alir pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

Ditimbang tabung kosong

Dimasukkan partikel (sesuai variabel) ke dalam tabung sampai ketinggian yang sudah ditentukan

Ditimbang tabung yang sudah diisi dengan partikel

Diperiksa manometer dalam kondisi 0

A

(3)

1.3. Hasil dan Pembahasan

Pada praktikum ini, alat yang digunakan adalah fluidized bed. Fluidized bed adalah proses pengeringan dengan memanfaatkan aliran udara panas dengan kecepatan tertentu yang dilewatkan menembus hamparan bahan sehingga hamparan bahan tersebut memiliki sifat seperti fluida (Kunii, 1977).

Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida, baik cair maupun gas. Butiran padat akan mengalami total gaya akibat fluida apabila terjadi gerak relatif antara permukaan butiran dan fluida. Pada laju alir fluida yang cukup rendah, aliran fluida hanya menerobos unggun butiran padat melalui celah antar partikel tanpa menyebabkan perubahan susunan partikel (keadaan fixed bed). Ketika laju alir fluida ditingkatkan hingga kecepatan tertentu, unggun butiran padat yang semula diam akan berekspansi (Zikki, dkk., 2019).

Dipastikan semua selang rapat

Dinyalakan kompresor untuk menyuplai udara ke dalam tabung

Dicatat beda ketinggian tekanan pada manometer

Dicatat beda ketinggian pada tabung

Dihitung densitas partikel dengan bantuan piknometer pada setiap variabel

A

Gambar 1.2. Diagram Alir Fluidized Bed

(4)

Fixed bed adalah suatu kondisi dimana lapisan partikel padat (bed) tidak bergerak yang terjadi jika kecepatan fluida terlalu rendah sehingga tidak mampu menimbulkan fluidisasi. Fluida yang mengalir hanya sebagian kecil mengalir melalui celah antara partikel akibatnya partikel-partikel tidak bergerak atau tak terfluidisasi. Pada kecepatan fluida yang rendah, pressure drop pada lapisan bed sebanding dengan kecepatan fluida (Iswara, 2016).

Pada percobaan ini memiliki tujuan untuk mengetahui pressure drop dari proses fluidisasi. Pressure drop merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan penurunan tekanan dari satu titik di dalam sistem (misalnya aliran di dalam pipa) ke titik yang lain yang mempunyai tekanan lebih rendah.

Pressure drop juga merupakan hasil dari gaya-gaya friksi terhadap fluida yang mengalir di dalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida untuk mengalir (Geankoplis, 1997).

Fenomena fluidisasi dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya laju alir dan jenis fluida, ukuran dan densitas partikel, bentuk dan jenis partikel, faktor interlok partikel, porositas dan tinggi unggun, distribusi aliran dan bentuk ukuran fluida, dan diameter kolom. Faktor-faktor tersebut merupakan variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi (Zikki, dkk., 2019). Pada percobaan ini dilakukan pengontakan antara pasir silika dengan fluida gas dan menggunakan variabel diameter pasir 0.220 mm, 0.355 mm, dan 0.630 mm.

Dari tabel data di atas, maka dapat diperoleh grafik hubungan antara laju alir fluida dengan perubahan tekanan di setiap variabel. Dari percobaan yang telah dilakukan didapatkan ΔP dan ΔL mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya laju alir. Sedangkan ΔP teoritis didapatkan dari perhitungan menggunakan persamaan Ergun.

Perbandingan ΔP percobaan dan teoritis dapat dilihat pada gambar:

(5)

Berdasarkan Gambar 1.3.1, dilakukan percobaan menggunakan pasir silika dengan diameter 0,220 mm dan tinggi bed 74 mm didapatkan pengaruh laju fluida terhadap ΔP berbanding lurus yaitu semakin besar laju fluida maka semakin besar ΔP yang didapatkan. Pada laju fluida 0,033 L/s hingga 0,100 L/s didapatkan nilai ΔP yang ditunjukkan pada grafik antara hasil praktikum dan teoritis tidak terlihat perbedaan yang cukup jauh, akan tetapi ketika laju fluida dinaikkan dari 0,117 L/s hingga 0,217 L/s nilai ΔP yang ditunjukkan terlihat semakin berbeda jauh antara hasil paktikum dan hasil teoritis.

Gambar 1.3.1 menunjukkan untuk nilai ΔP hasil praktikum relatif landai disetiap kenaikan laju fluida, sedangkan pada hasil teoritis didapati nilai ΔP semakin naik menjahui hasil praktikum dikarenakan pertambahan nilai ΔP semakin besar.

0,000 1000,000 2000,000 3000,000 4000,000 5000,000 6000,000

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

ΔP (Pa)

V (L/s) dP Praktikum

dP Teoritis

Gambar 1.3.1 Perbandingan ΔP Material 1

(6)

Pada Gambar 1.3.2 dengan variabel diameter pasir silika 0,355 mm dan tinggi bed 80 mm didapatkan pengaruh laju fluida terhadap ΔP berbanding lurus yaitu semakin besar laju fluida maka semakin besar ΔP yang didapatkan. Berbeda dengan teoritis, grafik hasil praktikum relatif landai karena kenaikan ΔP di setiap pertambahan laju alir fluida tidak berbeda jauh.

Pada laju fluida 0,033 L/s hingga 0,100 L/s didapatkan nilai ΔP yang ditunjukkan pada grafik hasil praktikum dan teoritis tidak memiliki perbedaan yang cukup jauh, akan tetapi ketika laju fluida dinaikkan dari 0,117 L/s hingga 0,217 L/s nilai ΔP yang ditunjukkan terlihat semakin berbeda jauh.

0,000 1000,000 2000,000 3000,000 4000,000 5000,000 6000,000 7000,000 8000,000 9000,000 10000,000

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

ΔP (Pa)

dP Teoritis

0,000 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000 700,000 800,000

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

ΔP (Pa)

dP Teoritis

(7)

Sedangkan pada Gambar 1.3.3 dengan variabel diameter pasir silika 0,630 mm dan tinggi bed 40 mm didapatkan pengaruh laju alir terhadap ΔP berbanding lurus yaitu semakin besar tekanan maka semakin besar ΔP yang didapatkan. Berbeda dengan Gambar 1.3.1 dan 1.3.2, didapatkan antara hasil praktikum dan teoritis terlihat berbeda jauh dari laju alir fluida pertama (0,033 L/s), hingga pada laju alir fluida 0,183 L/s antara hasil praktikum dan teoritis didapati nilai yang tidak berbeda terlalu jauh yang mana terlihat pada grafik antara hasil praktikum dan teoritis bertemu titik potong. Namun ketika laju alir fluida dinaikkan, nilai ΔP hasil praktikum dan teoritis terlihat semakin menjauh.

Dari data praktikum yang telah didapatkan, semakin besar laju alir fluida yang dialirkan pada bed maka akan semakin tinggi ΔP yang terukur pada manometer, hal ini dikarenakan besar laju alir berbanding lurus dengan ΔP sesuai dengan persamaan Ergun. Besarnya laju alir fluida yang dialirkan juga berpengaruh pada fluidisasi pasir silika di dalam tabung. Sehingga semakin besar laju alir fluida maka ΔL yang terukur pada tabung silinder juga akan semakin tinggi.

Perbandingan hasil perhitungan pressure drop menggunakan manometer dan menggunakan persamaan Ergun, perhitungan menggunakan manometer mendapatkan hasil lebih rendah dari pada hasil yang didapatkan pada perhitungan menggunakan persamaan ergun.

1.4. Kesimpulan

Kesimpulan dari praktikum yang telah dilaksanakan adalah sebagai berikut:

1. Mekanisme fluidisasi pada solid terjadi dikarenakan adanya aliran fluida berupa gas yang melalui celah-celah bed sehingga menyebabkan partikel bergerak menyerupai fluida.

2. Fixed bed merupakan suatu kondisi dimana partikel padat (bed) tidak bergerak atau tetap dalam kondisi diam saat dialiri fluida, hal ini disebabkan karena laju aliran dari fluida tersebut masih terlalu rendah.

Sedangkan fluidized bed adalah kondisi dimana partikel padat bergerak saat dialiri fluida dengan laju alir tertentu. Fluidized bed dipengaruhi oleh

(8)

beberapa faktor, diantaranya laju alir dan jenis fluida, ukuran dan densitas partikel, bentuk dan jenis partikel, faktor interlok partikel, porositas dan tinggi unggun, distribusi aliran dan bentuk ukuran fluida, dan diameter kolom.

3. Pressure drop adalah penurunan tekanan dari satu titik ke titik lain yang lebih rendah. Pressure drop dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Ergun.

4. Dari data yang telah didapatkan, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi laju alir fluida maka semakin tinggi ΔP dan ΔL yang dihasilkan.

1.5. Daftar Pustaka

Geankoplis, Christie J. 1997. Transport Processes and unit operation. Inc.

New Jersey: Perstice Hall.

Indra Iswara, M. Agung. 2016. Studi Fluidisasi dan Pembakaran Batubara Polydisperse di dalam FLUIDIZED BED dengan Pendekatan Numerik Berbasis Simulasi CFD. (Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016) Diakses dari

(https://repository.its.ac.id/41892/1/2313201005-Master-Theses.pdf) Kunni, D. and Levenspiel, O., 1977. Fluidization Engineering. Original

Edition Robert E/ Krieger Publishing Co. New York.

Yates, J.G. 1983. Fundamentals of Fluidized-bed Chemical Processes.

London: Butterworth.

Zikki, M.Asyabul, dkk. 2019. Menghitung Pressure Drop pada Fluidized Bed dengan Bahan Ketumbar. Jurnal Teknologi Kimia Unimal. 8(2), 89- 98.

(9)

APPENDIKS A.1. Data Percobaan

Diameter tabung 0,05 m

Tinggi tabung 0,6 m

Shape factor bahan (sand) 0,75 Viscositas udara (25℃) 0,0186 Pa s

V (L/s) Diameter 1 = 0,00022 m

ΔP (Pa) ΔL (m) L total (m)

0,033 382,459 0,000 0,074

0,050 490,333 0,000 0,074

0,067 617,819 0,000 0,074

0,083 686,466 0,001 0,075

0,100 764,919 0,002 0,076

0,117 853,179 0,003 0,077

0,133 931,632 0,005 0,079

0,150 941,438 0,006 0,080

0,167 941,438 0,008 0,082

0,183 980,665 0,012 0,086

0,200 1000,278 0,014 0,088

0,217 1000,278 0,016 0,090

V (L/s) Diameter 2 = 0,000355 m ΔP (Pa) ΔL (m) L total (m)

0,033 951,245 0,000 0,080

0,050 980,665 0,005 0,085

0,067 980,665 0,008 0,088

0,083 990,472 0,009 0,089

0,100 1000,278 0,010 0,090

0,117 1010,085 0,013 0,093

0,133 1019,892 0,014 0,094

0,150 1029,698 0,017 0,097

0,167 1059,118 0,023 0,103

0,183 1088,538 0,029 0,109

0,200 1117,958 0,031 0,111

0,217 1117,958 0,033 0,113

Tabel A.1.1 Data Dimensi Tabung dan Bahan

Tabel A.1.2 Data Hasil Percobaan Bahan 1

(10)

V (L/s) Diameter 3 = 0,00063 m ΔP (Pa) ΔL (m) L total (m)

0,033 156,906 0,000 0,040

0,050 225,553 0,000 0,040

0,067 264,780 0,001 0,041

0,083 294,200 0,001 0,041

0,100 323,619 0,002 0,042

0,117 343,233 0,003 0,043

0,133 362,846 0,003 0,043

0,150 392,266 0,004 0,044

0,167 411,879 0,004 0,044

0,183 441,299 0,006 0,046

0,200 460,913 0,007 0,047

0,217 470,719 0,007 0,047

Ukuran Partikel

Berat Pikno Kosong

(g)

Berat Pikno Isi

(g)

Berat Pikno Isi + Air (g)

Densitas (kg/m³)

d1 13,93 18,1 28,01 417

d2 13,93 20,92 29,58 699

d3 13,93 22,27 30,58 835

V (L/s) ε

D1 D2 D3

0,033 0,877 0,867 0,933

0,050 0,877 0,858 0,933

0,067 0,877 0,853 0,932

0,083 0,875 0,852 0,932

0,100 0,873 0,850 0,930

0,117 0,872 0,845 0,928

0,133 0,868 0,843 0,928

0,150 0,867 0,838 0,927

0,167 0,863 0,828 0,927

0,183 0,857 0,818 0,923

0,200 0,853 0,815 0,922

0,217 0,850 0,812 0,922

Tabel A.1.4 Data Pentuan Densitas Bahan

Tabel A.1.5 Data ε

(11)

V (L/s) ΔP (Teoritis)

D1 (Pa) D2 (Pa) D3 (Pa)

0,033 237,775 169,636 14,003

0,050 320,983 324,890 28,091

0,067 437,475 544,031 50,577

0,083 609,072 806,603 77,362

0,100 826,785 1139,732 116,235 0,117 1094,404 1639,793 165,590 0,133 1463,506 2156,834 215,224 0,150 1854,488 2920,728 285,872 0,167 2383,496 4180,562 352,056 0,183 3202,628 5838,163 469,980 0,200 3986,778 7247,396 586,312 0,217 4901,973 8878,856 687,303 A.2. Perhitungan ε

ε = fraksi ruang kosong =Volume ruang kosong Volume tabung

ε =

Π . ( d_tabung 2 )

2

. (t_tabung- t_bed) Π . ( d_tabung

2 )

2

. t_tabung

ε₁₁= Π . (^{0,05 m}₂ )

2

. (0,6 m - 0,074 m) Π . (^{0,05 m}₂ )

2

.0,6 m ε₁₁=0,8766667

A.3. Densitas Bahan

W_Bahan=W_Pikno+isi-WPikno kosong

W_Bahan1=18,1 g-13,93 g=4,17 g

W_air= Wpikno isi+air-W_Pikno+isi W_air=28,,01 g-18,1 g=9,91 g

Tabel A.1.6 Data ΔP (Teoritis) Tiap Bahan

(12)

V_air= W_air

ρ_air = 9,91 g

1000 g/ml=9,91 ×10^-3mL

V_Bahan=V_pikno-V_Air=10 mL-9,91 ×10^-3mL=9,99009 mL

ρ_bahan= W_bahan

V_bahan= 4,17 g

9,99009 mL=0,417 g/mL

A.4. Perhitungan ΔP (Teoritis) ΔP= 150µ v^'ΔL (1-ε)²

ϕ_s² D_p² ε³ +1,75ρV²ΔL (1-ε) ϕ_s D_p ε³

ΔP₁₁= 150 × 0,0000186 Pa.s ×0,033 L

s × 0,074 m ×(1-0,877)² 0,75² × 0,000355² m²×0,887³

+1,75 × 417kg

m³×0,033²(L s)

2

×0,074 m ×(1-0,877) 0,75 × 0,000355 m × 0,887³

ΔP₁₁= 237,775 Pa

Keterangan:

ΔP₁₁ = Perubahan tekanan pada bahan 1 v1

µ = Viscositas fluida ΔL = Tinggi bed

Φs = Shape factor bahan Dp = Diameter bahan ε = Fraksi ruang kosong ρ = Densitas bahan V = Kecepatan alir fluida