FluidisasiFluidisasi adalah metode untuk mengontakan partikel-pertikel padat dengan fluida baik yang berwujud cair maupun padat. Keluaran yang dihasilkan dari metode ini adalah partikel-partikel padat yang difluidakan akan memiliki sifat seperti fluida dengan viskositas yang tinggi. Pada metode ini dialirkan gas dari bawah reactor keatas yang bertujuan agar partikel-partikel tersuspensi di dalam aliran gas yang melaluinya. Jika laju aliran gas terlalu kecil maka aliran gas hanya akan melewati ruang antar partikel saja dan partikel tetap diam, oleh karena itu untuk metode ini dibutuhkan kecepatan aliran fluida yang cukup agar partikel terpisah satu sama lain dan bergerak dengan mudah dalam reaktor. Pada kondisi yang bergerak dengan bebas sifat partikel akan menyerupai cairan dengan viskositas yang tinggi seperti kecenderungan untuk mengalir dan mempunyai sifat hidrostatik.Beberapa keuntungan dan kerugian dari metode pengontakan secara fluidisasi karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat fluida cair dengan viskositas tinggi. Berikut adalah keuntungan yang diperoleh dari metode ini :1. Memungkinkan adanya aliran padat secara kontinu dan mempermudah dalam pengontrolan.2. Mempunyai kecepatan pencampuran yang tinggi sehingga reactor dapat dipertahankan dalam kondisi isothermal dengan pengendalian yang cukup mudah.3. Sirkulasi partikel-partikel padat antara dua unggun yang terfluidakan memungkinkan perpindahan panas dalam jumlah besar di dalam reactor.4. Kecepatan perpindahan massa antar partikel relatif tinggi.5. Hanya membutuhkan alat penukar kalor dengan ukuran yang kecil karena perpindahan panas yang baik antara media pemindah panas dengan partikel yang terfuidakan.Disisi lain, metode ini juga memiliki beberapa hal yang merugikan seperti berikut ini.1. Karakterisitik fluida dapat berubah-ubah selama proses operasi karena partikel padat yang terfluidakan dapat mengalami pengikisan.2. Butiran partikel yang terlalu halus dapat terbawa aliran dan menghilang.3. Terjadi erosi terhadap benjana dan sistem pendingin.4. Muncul gelombang yang mengganggu sehingga kontak antara fluida dengan partikel tidak seragam yang akan mengakibatkan tingkat konversi reaksi akan kecil.Pressure Drop (P)Besarnya tekanan yang hilang di dalam unggun padatan yang terfluidaisasi mempunyai arti yang cukup penting karena berkaitan erat dengan energy yang diperlukan dan juga dapat memberikan indikasi tentang perilaku unggu selama proses berlangsung. Pada unggun yang terfluidaisasi, persamaan yang biasa digunakan untuk menggambarkan hubungan antara P/L dan u adalah persamaan Ergun.

Dimana adalah porositas unggun pada saat terfluidisasi, yang memiliki rumus sebagai berikut.Dimana, Vu = Volume Unggun ; dan Vp = Volume PartikelHarga porositas unggun sangat dipengaruhi oleh bentuk geometri partikel padat yang membentuk unggun itu sendiri, atau bisa dikatakan juga bahwa porositas unggun merupakam fungsi dari factor bentuk partikel-pertikelnya. Pada persamaan Ergun diatas, partikel-partikael padat seolah-oleh terapung dalam fluida yang mengakibatkan terjadi kesetimbangan antara gaya berat yang dimiliki partikel dan gaya seret dan gaya apung yang berasal dari fluida disekeliling partikel.[gaya seret oleh fluida yang naik] = [berat partikel] [gaya apung]Atau[tekanan hilang pada unggun] x [luas penampang] = [volume unggun] x [fraksi pada zat] x [densitas zat padat - densitas fluida]

Kecepatan minimum fluidisasiKecepatan minimum fluidisasi (Umf) adalah kecepatan superficial fluida minimum untuk membuat partikel padat mulai terfluidisasi. Persamaan yang dapat digunakan adalah persamaan Ergun yang dikombinasikan dengan persamaan neraca massa pada unggun yang mengalami fluidisasi, yaitu :

Dimana, Galileo number (Ga) adalah

Dan,

Dimana Remf adalah bilangan reynold pada saat kecepatan minimum fluidisasi. Persamaan Ergun diatas menjadi :

Dan setelah mensubstitusi nilai untuk factor bentuk () sebesar 0,4 dan 0,45 dapat disimpulkan bahwa.

Karakteristik Unggun TerfluidakanPlot antara penurunan tekanan ( dan kecepatan superficial (u) biasanya dinyatakan untuk menyatakan karakteristik unggun yang terfluidakan. Untuk keadaan yang ideal, kurva yang terbentuk akan seperti berikut ini.

Gambar xxxx. Kurva karakteristik fluidisasi yang ideal(Sumber : Modul Fluidisasi, Dept. Teknik Kimia ITB)Garis A-B menunjukan nilai tekanan yang hilang pada saat unggun diam, sedangkan garis B-C menyatakan unggun telah terfluidisasi, dan garis D-E menyatakan nilai tekanan yang hilang pada daerah unggun diam pada saat kecepatan menurun. Harga penurunan tekanannya, untuk kecepatan aliran fluida tertentu akan sedikit lebih rendah dari harga penurunan tekanan pada saat awal beroperasi.Pada kurva diatas terjadi apabila terjadi pada kondisi yang sangat ideal, namun kenytaannya sering kali terjadi penyimpangan akibat dari interlock partikel dan fluidisasi heterogen atau (aggregative fluidization). Interlock partikel adalah kecenderungan partikel untuk saling mengunci satu sama lain sehingga antar partikel tidak bergerak secara bebas yang akan menyebabkan kenaikan penurunan tekanan ( sebelum terjadi fluidisasi. Sedangkan fluidisasi heterogen adalah kejadian dimana partikel padat tidak terpisah secara sempurna melainkan membentuk suatu agregat. Ada 3 jenis fluidisasi heterogen yaitu, bubblin, slugging dan chanelling.

Gambar xxx. Kurva karakteristik fluidisasi tidak ideal karena interlock(sumber : Coulson and Richardson, Chemical Engineering Vol 2, Page 294)Perbedaan Hindered Settling dan Free SettlingKetika partikel tersuspensi dalam medium bergerak dengan bebas tidak bertabrakan dengan dinding ataupun partikel lain disebut Free Settling. Ketika partikel yang tersuspensi dalam medium berinteraksi atau bertabrakan satu sama lain ataupun interaksi partikel dengan dindingnya disebut Hindered Settling. Nilai settling velocity pada free settling dapat menggunakan persamaan Strokes drag, Newtonian drag ataupun Transitional drag. Sedangkan pada hindered settling biasanya menggunakan solusi empiris.

Gambar xxx. Kurva yang menyatakan perubahan dari hindered settling menjadi free settling(Sumer : Coulson and Richardson, Chemical Engineering Vol 2)

Aplikasi Fluidized BedFluidised Bed Catalytic CrackingAdanya surplus yang besar dari material dengan titik didih tinggi setelah penyulingan minyak mentah menyebabkan dikenalnya proses cracking untuk mengubah material ini menjadi senyawa dengan berat molekul dan titik didih yang lebih rendah. Cracking pada awalnya dilakukan dengan katalis diam, walaupun variasi temperature pada unggun menyebabkan proses yang relative tidak efisien, dan deposisi karbon pada permukaaan katalis yang menybabkan penggantian unggun katalis secara berkala sehingga karbon dapat dibakar. Banyak kekurangan yang teratasi dengan penggunaan katalis yang terfluidisasi, karena metode ini dapat menghilangkan katalis dari reactor dan menggantinya secara terus meneurus pada ke mesin. Koefisien perpindahan panas yang besar untuk sistem terfluidisasi dengan suhu seragam pada reactor memudahkan dalam hal pengontrolan. Namun, sistem terfluidisasi memiliki satu permasalahan yang serius yaitu pada beberapa reaksi dapat menimbulkan sejumlah hasil samping.Gambaran skema dari peralatan pabrik untuk proses catalytic cracking seperti gambar di bawah ini.

Gambar xxxx. Skema peralatan proses catalytic cracking(Sumber : Coulson and Richardson, Chemical Engineering Vol 2, Page 360)Sejumlah uap minyak panas dimasukan kedalam reactor pada suhu seragam sekitar 775 K. karena luas penampang yang lebih besar untuk aliran maka terbentuk unggun terfluidisakan yang membuat partikel terfluidisasi dalam suspensi. Uap keluar ke atas, unit dan debit diatur sedemikian agar uap tetap di dalam reactor selama 20 detik. Hal ini diperlukan untuk pemisahan siklon di oulet gas agar partikel katalis yang tidak dibutuhkan dan tetesan mintak berat hilang. Uap dari bahan cracking kemudian diteruskan ke unit fraksionasi, sementara partikel katalis dan residu dikembalikan lagi pada beds. Beberapa katalis telah dihilangkan pada bagian bawah reactor digantikan dengan katalis yang baru yang diperlukan, dan dilanjutkan dengan aliran udara panas ke dalam regenerator dimana karbon dan minyak berat dibakar pada suhu sekitar 875 K. di regenerator partikel tersuspensi lagi sebagai unggun yang terrfluidisasi. Gas panas meninggalkan regenerator melalui pemisah siklon dan padatan kembali ke unggun dan kemudian mengalir ke limbah melalui eletrostatik presipitator yang menghilangkan setiap partikel halus yang masih tersuspensi. Suhu dalam regenerator tetap konstan sekitar 3 K, dimana dengan tinggi 6 meter dan diameter 15 meter. Katalis terus kembali dari generator ke reactor dengan masuk kedalam pasokan uap panas. Waktu total untuk siklus ini sekitar 600 detik. Dengan proses ini produk yang dihasilkan antara 50-75 persen minyak dengan nomor okatan yang diperoleh tinggi. Kualitas produk dapat dikendalikan oleh proporsi katalis yang digunakan dan suhu yang tepat dalam rekator.Penelitian terbaru menunjukan bahwa banyak proses cracking berlangsung pada transfer line dimana kataliis diregenerasi dan dialirkan ke dalam reactor dalam aliran uap minyak. Reaksi kimia yang terlibat sangat cepat, dan kinerja reactor tidak peka terhadap kondisi hidrodinamik.

Anonym. 2010. http://wiki.answers.com/Q/What_are_the_differences_between_free_settling_and_hindered_settling (diakses pada 26 Mei 2013)Anonym. 2013. http://en.wikipedia.org/wiki/Settling (diakses pada 26 Mei 2013)Anonym. FluidizedBed.pdf (www.umich.edu/~elements/12chap/html/FluidizedBed.pdf) (diakses 21 mei 2013)Departemen Teknik Kimia ITB. Modul-1.05 Fluidisasi. (akademik.che.itb.ac.id/.../modul-213-fluidisasi.pdf) (diakses 21 mei 2013)Coulson&Richardson. 2002. Chemical Engineering Vol.2 Fifth Edition Particle Technology and Separation processes. Butterworth Heinemann