PRAKTIKUM OTK-1 Tentang FLUIDISASI

PRAKTIKUM OTK-1

Tentang

FLUIDISASI

Sinau Bareng : Abdul Chalim

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI MALANG 2023

Modul 3

Tujuan Percobaan :

▪ Mengetahui pressure drop melalui fixed bed dan fluidized bed

▪ Mampu membuktikan persamaan Carman – Kozeny

▪ Dapat menghitung harga bed voidge €

Aliran dalam packed bed.

➢ Suatu sistim yang cukup besar dalam industry kimia atau proses lainnya, digunakan kolom isian seperti reactor katalitik fixed bed, proses adsorpsi solute, proses absorpsi, filter bed dan lainnya.

➢ Bahan packing dalam bed berbentuk bola, bahan tak teratur, silinder atau berbagai jenis packing komersial.

Aliran laminar dalam packed bed :

Fraksi rongga ε dalam packed bed didefinisikan

𝜺 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎 𝒓𝒐𝒏𝒈𝒈𝒂 𝒅𝒂𝒍𝒂𝒎 𝒃𝒆𝒅 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒃𝒆𝒅 & 𝒑𝒂𝒅𝒂𝒕𝒂𝒏

Maka fraksi volum (1 – ε) dalam bed

𝒂 = 𝒂_𝒗 𝟏 − 𝜺 = 𝟔

𝑫𝒑 (𝟏 − 𝜺)

Contoh soal 1.

Suatu isian bed dengan bentuk silinder berdiameter D = 0,02 m dan Panjang h = D. Density bulk dari packed bed total 962 kg/m³ dan density silinder padat 1600 kg/m³.

Hitung :

(a) Fraksi rongga, ε

(b) Diameter efektif Dp dari partikel (c) Nilai a (persamaan 3.1.10)

Penyelesaian :

(a) Misal : basis packed bed 1 m³, jadi massa total bed adalah (962 kg/m³)(1 m³) = 962 kg. massa ini termasuk siinder padat. Volum silinder = (962 kg)/(1600 kg/m³) = 0,601 m³

ε = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚 𝑟𝑜𝑛𝑔𝑔𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑏𝑒𝑑 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑒𝑑

ε = 1,00 − 0,601

1,00 = 0,399

(b) Diameter partikel efektif

𝑆𝑝 = 2 П. 𝐷²

4 + П𝐷. 𝐷 = 1,5. П. 𝐷²

Volum partkel vp adalah :

𝑣_𝑝 = П

4 𝐷² 𝐷 = П𝐷³

Substitusi kedalam persamaan : 4

𝑎_𝑣 = ^𝑆𝑝

𝑣𝑝 =

3

4 П.𝐷²

1

4 П.𝐷³ =6/D

D_p = 6/a_v = 6/(6/D) = D = 0,02 m

Diameter efektif :

𝑎 = 6

𝐷𝑝 1 − ε = 6

0,02 1 − 0,399 = 180,3 𝑚⁻¹

∆𝑝.ρ.𝐷𝑝.ε³

𝐺 ².∆𝐿.(1−ε) = ¹⁵⁰

𝑁_𝑅𝐸 +1,75 _3.1.21 Persamaan Ergun yang dapat digunakan untuk gas.

Dengan :

∆p : beda tekanan ρ : density

Dp : diameter partikel G : laju alir massa

ε : rongga

Contoh soal 2.

Udara pada suhu 311 K mengalir melalui packed bed berbentuk bola dengan diameter 12,7 mm.

Fraksi rongga bed, ε = 0,38 dan dimeter bed 0,61 m dan tinggi 2,44 m. Udara masuk bed pada tekanan 1,1 atm pada laju alir 0,358 kg/detik

Hitung :

Pressure drop udara dalam packed bed, bila massa relative udara 28,97 g/mol

Penyelesaian :

Dari appendik A.3 (Geankoplis) untuk udara pada suhu 311 K, μ = 1,9 x 10^-5 Pa.detik.

Luas penampang bed

A = (П/4)D² = (0,785)(0,61)² = 0,2922 m² G’ = (0,358)/(0,2922) = 1,225 kg/m³

(berdasar luas penampang kosong)

Dp = 0,0127 m, ∆L = 2,44 m.

Tekanan masuk : p₁ = (1,1)(1,0132 x 10⁵) = 1,115 x 10⁵ Pa

Dari persamaan 3.1.15

𝑁_𝑅𝐸 = ^{𝐷𝑝.𝐺′}

(1 − ε)μ = (0,0127)(1,225)

(1−0,38)(1,9 𝑥 10⁻⁵)=1321 (laminar)

Dengan menggunakan persamaan 3.1.21 untuk gas, density ρ menggunakan tekanan rata rata (p₁ + p₂)/2.

Asusmsi :

∆p = 0,05 x 10⁵ Pa, p₂ = (1,115 x 10⁵) – (0,05 x 10⁵) = 1,065 x 10⁵ Pa

Tekanan rata rata : P_av = 1,09 x 10⁵ Pa.

Density rata rata adalah :

ρ_𝑎𝑣 = ^𝑀

𝑅𝑇 𝑃_𝑎𝑣 = (28,97)(1,09 𝑥 10⁵)

(8314)(311) =1,221 kg/m³

Substitusi kedalam persamaan 3.1.21 dan ∆p adalah :

∆𝑝 1,221 0,0127 0,38 ³

1,225 ²(2,44)(1−0,38) = ¹⁵⁰

1321 +1,75

Maka : ∆p = 0,0497 x 10⁵ Pa

▪ Keuntungan fluidisasi adalah padatan diaduk oleh fluida mengalir melalui bed dan bercampur dengan sempurna sehingga tidak ada gradient suhu di dalam bed , juga dalam reaksi eksotermis atau endotermis.

▪ Gerakan padatan mengakibatkan laju perpindahan kalor cukup tinggi ke dinding atau tabung pendingin yang ditempatkan di dalam hamparan.

▪ Karena mendapat sifat fluiditas, padatan dapat dipindahkan dengan mudah dari satu bejana ke lainnya.

▪ Kelemahan fluidisasi gas-padat adanya kontak tidak merata antara gas dan padatan. Zat mengalir melalui hamparan dalam bentuk gelembung dan bersinggungan dengan sejumlah padatan dalam selongsong tipis, dikenal dengan awan gelembung (bubble cloud)

▪ Sebagian kecil gas mengalir melalui fase rapat terdapat semacam pertukaran gas karena difusi dan proses turbulen, seperti pembelahan

▪ Tingkat pertukaran gelembung dan laju pencampuran aksial, akan berbeda jika diameter tangki berlainan, karena ukuran gelembung tidak sama.

Bahan ∅_𝑠

Bulat 1

Kubus 1

Silinder , Dp = tinggi 1

Berl Saddles 0.30

Raschig ring 0,30

Coal dust, Pulverized 0,73

Pasir, rata-rata 0,75

Crushed glass 0,65

Jenis partikel

Ukuran Partikel

0,06 0,10 0,20 0,40

Fraksi rongga, ε_mf Sharp sand,

Ф=0,67 0,60 0,58 0,53 0,49

Round

sand,Ф=0,86 0,53 0,48 0,43 0,42

Antrasit

coal,Ф=0,63 0,61 0,60 0,56 0,52

Alat

• Alat fixed dan fluidized bed Bahan

• Fine Ballotini (485 microns) 0,7 kg Gambar Alat

Tahap Persiapan :

- Isi kolom dengan padatan ukuran mesh tertentu (contoh : resin, pasir silika, balotin) dengan ketinggian pada kolom sesuai variabel yang diinginkan

- Periksa manometer dan berada pada skala 0 (nol).

Jika tidak, atur kembali sehingga manometer menunjukkan angka 0 (nol).

- Periksa semua selang yang terhubung pada kolom dan pastikan tidak ada yang longgar, begitu pula dengan pengunci kolom.

Langkah Kerja : Aliran fixed and fluidized bed menggunakan udara sebagai media

- Nyalakan pompa udara

- Atur kecepatan udara sebesar 2.0 liter/menit. Catat ketinggian bed, dan pembacaan manometer

- Naikkan laju alir dan tabulasikan hasil yang diperoleh - Ulangi percobaan dengan menggunakan bahan yang berbeda atau ketinggian yang berbeda pada kolom.

- Tentukan density partikel dengan menimbang bahan yang telah diketahui volume nya.

Keselamatan Kerja

❑ Sebaiknya lakukan pekerjaan yang dibutuhkan.

Gunakan perlengkapan keselamatan kerja seperti sarung tangan, masker dan alas kaki tertutup.

❑ Hindari kesalahan pengoperasian peralatan seminimal mungkin

Jenis padatan

Ukuran padatan,

mesh

Laju alir udara, (v) L/menit

2 8

Tinggi padatan, (H) m

Ho H₁ Ho H₁

1

a b

2

a b

Data Pengamatan

Tugas

❑ Buat grafik hubungan antara tinggi unggun vs pressure drop pada berbagai laju alir udara

❑ Hitung kecepatan fluidisasi

❑ Buat pembahasan pengaruh void terhadap kecepatan fluidisasi

❑ Simpulkan hasil percobaan