PRAKTIKUM SATUAN OPERASI

FLUIDISASI

Tanggal Praktikum : 25 April 2013

Dosen Pembimbing : Ir. Umar Khayam

A. 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.

B. Dasar Teori

Fluidisasi adalah peristiwa dimana unggun berisi butiran padat berkelakuan seperti

fluida karena dialiri oleh fluida. Dalam kata lain fluidisasi merupakan metoda

pengontakan butiran-butiran padatan dengan fluida baik cair maupun gas. Metoda ini

diharapkan butiran padatan memiliki sifat seperti fluida dengan viskositas tinggi.

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.

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 tidak 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 padatan, rapat

massa padatan, dan faktor bentuk dari butiran padat.

Fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada prose fluidisasi antara lain:

1. Fenomena fixed bed yang terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju minimum

yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini partikel padatan tetap

diam.

2. Fenomena minimum or incipient fluidization yang terjadi ketika laju alir fluida

mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada kondisi ini

partikel-partikel padat mulai terekspansi.

3. Fenomena smooth or homogenously fluidization terjadi ketika kecepatan dan

distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam unggun sama

atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam.

4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung – gelembung pada

unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen.

5. Fenomena slugging fluidization yang terjadi ketika gelembung-gelembung besar yang

mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikel-partikel padat.Pada

kondisi ini terjadi penorakan sehingga partikel-partikel padat seperti terangkat.

6. Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam ungggun partikel padatan

terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertical.

7. Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan alir fluida melampaui

kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian partikel akan terbawa

aliran fluida dan ekspansi mencapai nilai maksimum.

Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor:

1. laju alir fluida dan jenis fluida

2. ukuran partikel dan bentuk partikel

3. jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel

4. porositas unggun

5. distribusi aliran

6. distribusi bentuk ukuran fluida

7. diameter kolom

8. tinggi unggun

Keuntungan proses fluidisasi, antara lain:

1. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secara

kontinu dan memudahkan pengontrolan,

2. Kecepatan pencampuran yang tinggi membuat reaktor selalu berada dalam kondisi

isotermal sehingga memudahkan pengendaliannya,

3. Sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi memungkinkan

pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor,

4. Perpindahan panas dan kecepatan perpindahan massa antara partikel cukup tinggi,

5. Perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yang

baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang memiliki luas permukaan

kecil.

Sebaliknya, kerugian proses fluidisasi antara lain:

1. Selama operasi partikel-partikel padat mengalami pengikisan sehingga karakteristik

fluidisasi dapat berubah dari waktu ke waktu,

2. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah

tertentu padatan,

3. Adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin,

4. Terjadinya gelombang dan penorakan di dalam unggun sering kali tidak dapat

dihindari sehingga kontak antara fluida dan partikel tidak seragam. Jika hal ini terjadi

pada reaktor, konversi reaksi akan kecil.

Pada operasi fluidisasi :

7,330408,07,332

3

2

fpfpffp DUmD……………(1.1)

Untuk keadaan khusus :

Nre < 20 ; μ

Dvρ=Nre

Umf =

1650

2

fppD ……………..………..........….(1.2)

Nre > 1000 ; μ

Dvρ=Nre

Umf = (

)5,24

..

f

fpp gD

1/2

……………..……...........…..(1.3)

Dimana :

Dp = Diameter padatan (mm)

p = Rapat massa padatan (kg/m3)

f = Rapat massa gas (kg/m3)

Umf = Kecepatan gas minimum (m/dt)

G = grafitasi (m/dt2)

= Viskositas gas (Ndt/m2)

Karakteristik Unggun terfluidakan

Log P A

D B

log Umf

log U0

Gambar 2 : Grafik antara log (P) terhadap log (U0) pada peristiwa fluidisasi.

U0 = Kecepatan superfisial rata-rata fluida

P = kehilangan tekanan pada unggun

= perbedaan antara tekanan fluida yang akan masuk unggun dan tekanan

fluida yang akan keluar unggun.

Fluida dialirkan kedalam kolom dengan kecepatan atas dasar kolom kosong, U0.

Yang berarti kecepatan rata-rata fluida dalam kolom kosong dengan luas penampang

sama dengan penampang unggun pada laju alir volume yang sama dengan laju alir fluida

dalam unggun.

Sehingga, U0 = Q/A

Dimana Q : Laju alir volume (m3/s)

A: Luas penampang kolom kosong (m2)

Dengan peningkatan kecepatan fluida, tinggi unggun juga meningkat, tetapi

kehilangan tekanan (P) akan konstan. Dari kenyataan ini menunjukkan bahwa geometri

intern unggun berubah terutama mengenai porositas unggun (), yaitu fraksi ruang

kosong dalam unggun.

C. Percobaan

1. Alat Dan Bahan

Alat Bahan

Kolom Fluidisasi

Pompa Udara

Rotameter Udara

Kerangan Pengatur Laju Alir Udara

Kerangka Tempat Padatan

Piknometer

Jangka Sorong

Neraca Timbang

Pasir Silika

Air

2. Prosedur Kerja

1. Penentuan Massa Jenis Partikel

menyiapkan piknometer yang sudah bersih dan kering

Menimbang dengan neraca piknometer kosong

Memasukkan air sampai piknometer penuh dan timbang

dengan menggunakan neraca

Mengisi piknometer dengan partikel padat yang akan

digunakan

Mengosongkan piknometer dan keringkan

Mengisi dengan air sampai penuh kemudia timbang dengan

neraca

Mengulangi prosedur diatas dengan menggunakan ukuran

partikel yang lebih besar

2. Percobaan Fluidisasi

D. PUSTAKA

Djauhari, Agus.”Modul Praktikum Fluidisasi Padat Gas”.Bandung : Politeknik Negeri

Bandung

“Fluidisasi-Layanan Akademik Teknik Kimia ITB”. akademik.che.itb.ac.id dikutip

[6 Maret 2013]

Nyalakan pompa udara dan atur kecepatan udara yang kecil,

kemudian matikan pompa udara

Isi tabung dengan partikel padatan dengan diameter 267 m

setinggi 3 cm

Nyalakan pompa dan catat P unggun dan laju alir udara Q

Besarkan laju alir udara dengan menggunakan keran secara

bertahap dan ukur P setiap kenaikan laju alir udara

Ulangi prosedur tersebut untuk ketinggian 4 dan 5 cm, serta

untuk diameter partikel 480 m