BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan (bed)

dalam suatu reaktor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran fluida ke

dalamnya, baik berupa liquid maupun gas.

Perkembangan industri dewasa ini telah mengalami kemajuan yang sangat pesat.

Khususnya industri pabrik yang telah banyak menggunakan teknologi modern. Mesin-

mesin produksi yang digunakan dalam sebuah industry menggunakan metode-metode

pengoperasian yang sangat bervariasi. Salah satu contoh metode yang digunakan adalah

fluidisasi. Untuk itu kami menyusun sebuah makalah tentang fluidisasi yang bertujuan

untuk memberikan pelajaran pengetahuan, dan pemahaman tentang fluidisasi. Fluidisasi

itu sendiri adalah proses yang sama dengan pencairan dimana bahan butiran dikonversi

dari solid state seperti statis ke keadaan cairan seperti dinamis. Proses ini terjadi ketika

sebuah fluida (cairan atau gas) dilewatkan ke atas melalui bahan granular.

Dalam dunia industri, fluidisasi diaplikasikan dalam banyak hal seperti

transportasi serbuk padatan (conveyor untuk solid), pencampuran padatan halus,

perpindahan panas (seperti pendinginan untuk bijih alumina panas), pelapisan plastik

pada permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembakaran, proses

pertumbuhan partikel dan kondensai bahan yang dapat mengalami sublimasi, adsorpsi

(untuk pengeringan udara dengan adsorben), dan masih banyak aplikasi lain.

Jika suatu aliran udara melewati partikel unggun yang ada dalam tabung, maka

aliran tersebut akan memberikan gaya seret (drag force) pada partikel dan menimbulkan

pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial

naik.

Kecepatan superfisial adalah laju alir udara pada kolom yang kosong, sedangkan

kecepatan interstitial adalah kecepatan udara di antara partikel unggun. Pada kecepatan

superfisial rendah, ungun mula-mula diam. Jika kecepatan superfisial dinaikkan maka

pada suatu saat gaya seret fluida menyebabkan unggun mengembang dan menyebabkan

tahanan terhadap aliran udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup

untuk mendukung gaya berat partikel unggun. Hal ini menyebabkan unggun

terfluidisasi dan sistem solid-fluida menunjukkan sifat-sifat seperti fluida. Kecepatan

superfisial terendah yang dibutuhkan agar terjadi fluidisasi disebut minimum fluidization

velocity (Umf).

Fluidisasi berhubungan dengan banyak proses industri kimia, misalnya dalam

proses katalisasi maupun dalam proses pemurnian gas. Proses fluidisasi ini memiliki

beberapa hal penting yang harus diperhatikan, seperti jenis dan tipe fluidisasi, aplikasi

dalam industri serta spesifikasi dan cara kerja alatnya.

Aplikasi fluidisasi dalam proses industri sangat banyak. Hal ini dimulai pada

tahun 1926 untuk Gasifier Winkler berskala besar lalu Fluidized-bed Catalytic Cracking

(FCC) crude oil menjadi bensin pada tahun 1942. Aplikasi tersebut semakin

berkembang dan pada tahun 1990 dapat diklasifikasikan menjadi proses-proses kimia

katalitik (seperti FCC dan sintesis Fischer-Tropsch), proses-proses kimia nonkatalitik

(seperti thermal cracking dan gasifikasi batubara), dan proses-proses fisik (seperti

pengeringan dan absorpsi). Selain itu, fluidisasi kontinu banyak dimanfaatkan dalam

pabrik pengolahan untuk memindahkan padatan dari satu tempat ke tempat lain.

Unggun terfluidisasi memiliki aplikasi yang luas karena karakteristik

perpindahan panasnya yang sangat baik. Hal ini didukung oleh berubahnya sifat dari

unggun tersebut menjadi seperti fluida sehingga perpindahan panas yang terjadi adalah

secara konveksi. Dengan demikian, partikel dan gas yang memasuki unggun

terfluidisasi segera mencapai suhu unggun dan partikel dalam unggun bersifat isotermal

pada semua situasi. Keadaan isotermal ini disebabkan oleh pencampuran yang merata

dan area kontak yang luas antara gas dan partikel.

I.2 Tujuan

Adapun hal yang menjadi tujuan dalam pembuatan makalah ini ialah sebagai

berikut :

1. Dapat mengetahui apa yang di maksud fluidisasi.

2. Dapat menentukan jenis-jenis fluidsasi.

3. Dapat menjelaskan keadaan fluidisasi.

4. Dapat menjelaskan kegunaan dari fluidisasi.

I.3 Rumusan Masalah

1. Apa itu fluidisasi?

2. Aplikasi sehari-hari tentang fluidisasi?

3. Apa jenis-jenis fluidisasi?

4. Apa saja parameter – parameter dalam fluidisasi?

5. Fenomena dalam fluidisasi?

6. Keuntungan dan Kerugian fluidisasi?

BAB II

PEMBAHASAN

II.1 Fluidisasi

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. Apabila kecepatan fluida dinaikkan sedikit demi sedikit, pada saat

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

butiran padat sehingga unggun mulai bergerak.

Peningkatan kecepatan selanjutnya akan menyebabkan butiran-butiran

terpisah lepas satu sama lain sehingga bias bergerak dengan lebih mudah ( unggun

tersuspensi dalam aliran fluida yang melewatiya ) dan mulailah unggun terfluidakan.

Butiran-butiran bergerak terus kearah sembarang tetapi masih dalam batas tinggi

tertentu. Isi tabung menyerupai cairan mendidih dan diberi istilah “unggun mendidih”.

Setelah mencapai ketinggian tertentu, butiran-butiran akan jatuh kembali. Hanya

partikel paling halus terbawa aliran fluida ( entrainment tidak berarti ) ini disebut

fluidisasi batch. Lalu, penurunan tekanan terhadap kecepatan lebih kecil dibandingkan

dengan penurunan tekanan pada unggun diam.

Pada kondisi butiran yang mobil ini. Sifat unggun akan menyerupai sifat suatu

cairan dengan viskositas tinggi, misalnya ada kecendrungan untuk mengalir,

mempunyai sifat dan sebagainya.

II.2 Kondisi Fluidisasi

Perhatikan suatu tabung vertical yang sebagian berisi bahan butiran,

sebagaimana terlihat dalam gambar. Tabung itu turbulen pada keadaan atas, dan

mempunyai plat berpori pada bagian bawah untuk menopang pasir diatasnya untuk

menyebarkan aliran secara seragam pada keseluruhan penampang. Udara dimasukkan

dibawah plat distribusi dengan laju lambat dan naik keatas dengan hamparan tanpa

menyebabkan terjadinya gerakan dalam partikel. Jika partikel itu cukup kecil, aliran

didalam saluran-saluran  diantara partikel-partikel dalam hamparan itu akan bersifat

laminar. Jika kecepatan itu dinaikkan , penurunan tekanan akan meningkat, tetapi

partikel-partikel itu tetap masih tidak bergerak dan tinggi hamparan pun tidak berubah.

Pada kecepatan tertentu, penurunan tekanan melintas hamparan itu akan mengimbangi

gaya gravitasi yang dialaminya dengan kata lain mengimbangi bobot hamparan., dan

jika kecepatan masih dinaikkan lagi partikel itu akan mulai bergerak. Jika kecepatan itu

terus ditingkatkan lagi, partikel-partikel itu akan memisahkan dan menjadi cukup

berjauhan satu sama lain sehingga dapat berpindah-pindah dalam hamparan itu, dan

fluidisasi yang sebenarnya pun mulailah terjadi. Jika hamparan itu sudfah terfluidisasi ,

penurunan tekanan melintas hamparan akan tetap konstan, akan tetapi tinggi hamparan

akan bertambah terus jika aliran ditinngkatkan lagi.

Jika laju aliran hamparan ke fluidisasi  (fluized bed) itu perlahan-lahan diturunkan,

penurunan tekanan tetap sama, tetapi tinggi hamparan berkurang. Akan tetapi, tinggi

akhir hamparan itu mungkin lebih besar dari nilainya pada hamparan diam semula,

karena zat padat yangdicurahkan dalam tabung itumenetal lebih rapat dari zat padat

yang mengendap perlahan-lahan dari keadaan fluidisasi. Penurunan pada kecepatan

rendah lebih kecil dari hamparan diam semula. Untuk mengukur Umf hamparan itu harus

difluidisasikan dengan kuat terlebih dahulu, dibiarkan mengendap dengan mematikan

aliran udara, dan laju aliran dinaikan lagi perlahan-lahan sampai hamparan itu

mengembang.

II.3 Sifat dan Karakteristik Partikel Unggun

a. Ukuran partikel

Padatan dalam unggun yang terfluidisasi tak pernah sama dalam ukuran dan

mengacu pada distribusi ukuran partikel tersebut. Untuk menghitung ukuran partikel

rata-rata dengan menggunakan diameter rata-rata permukaan (Kirk Othmer,1994:141).

d sv=1

∑x i

d pi

dimana:

dp = diameter partikel rata-rata yang secara umum digunakan untuk desain

dsv = diameter dari suatu bidang

b. Densitas padatan

Padatan dapat dibedakan menjadi 3 bagian berdasarkan densitasnya yaitu bulk,

skeletel, dan particle. Densitas bulk merupakan pengukuran berat dari keseluruhan

partikel dibagi dengan volume partikel. Pengukuran ini menyertakan faktor kekosongan

dalam pori-pori partikel. Skeletel adalah densitas suatu padatan jika porositasnya nol.

Adapun densitas partikel adalah berat dari suatu partikel dibagi dengan volumenya

dengan menyertakan pori-pori. Jika tidak ada nilai untuk densitas partikel, maka

pendekatan untuk densitas partikel dapat diperoleh dengan membagi dua densitas bulk.

c. Penurunan tekanan

Penurunan tekanan yang terjadi pada campuran dua fasa dinyatakan dalam

beragam bentuk, seperti static head, akselerasi dan kehilangan friksi untuk gas dan

padatan. Untuk aplikasi fluidisasi unggun di luar kondisi ketika akselerasi penurunan

tekanan dapat diterima, penurunan tekanan akan dihasilkan dari static head padatan.

Untuk itu, berat suatu partikel unggun jika dibagi dengan tinggi padatan akan

menghasilkan densitas sesungguhnya dari unggun yang terfluidisasi.

Salah satu aspek yang akan ditinjau dalam percobaan ini adalah mengetahui

besarnya penurunan tekanan (pressure drop) di dalam unggun padatan yang

terfluidakan. Hal tersebut mempunyai arti yang cukup penting karena selain erat sekali

hubungannya dengan besarnya energi yang diperlukan, juga bisa memberikan indikasi

tentang kelakuan unggun selama operasi berlangsung. Penentuan besarnya hilang tekan

di dalam unggun terfluidakan terutama dihitung berdasarkan rumus-rumus yang

diturunkan untuk unggun diam, terutama oleh Balke, Kozeny, Carman, ataupun peneliti-

peneliti lainnya.

Korelasi-korelasi matematik yang menggambarkan hubuangan antara hilang

tekan dengan laju alir fluida di dalam suatu sistem unggun diam diperoleh pertama kali

pada tahun 1922 oleh Blake melalui metode-metode yang bersifat semi empiris, yaitu

dengan menggunakan bilangan-bilangan tidak berdimensi. Untuk aliran laminer dengan

kehilangan energi terutama disebabkan oleh gaya viscous, Blake memberikan hubungan

:

ΔPL

gc=kμS2

ε3

dimana:

ΔP/L = hilang tekan per satuan panjang/ tinggi unggun

gc = faktor gravitasi

μ = viskositas fluida

ε = porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan volume ruang

kosong didalam unggun dengan volume unggun

u = kecepatan alir superfisial fluida

S = luas permukaan spesifik partikel

d. Sphericity

Sphericity merupakan faktor bentuk yang dinyatakan sebagai rasio dari area

permukaan volume partikel bulat yang sama dengan partikel itu dibagi dengan area

permukaan partikel.

ψ=d sv

d v

Material yang melingkar seperti katalis dan pasir bulat memiliki nilai sphericity sebesar

0.9 atau lebih.

e. Kecepatan Fluidisasi Minimum (Umf)

Kecepatan fluidisasi minimum adalah kecepatan superficial terendah yang

dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi. Umf dapat dicari dengan menggunakan

persamaan

Umf = µ[(1135.7+0.0408Ar)0.5-33.71]/(ρgdp)

Untuk memprediksi Umf, Ergun menurunkan suatu korelasi dengan cara

menyamakan pressure drop pada saat Umf dengan berat unggun persatuan luas dan

diperoleh persamaan sebagai berikut.

Suku pertama persamaan Ergun dominan untuk aliran laminer sedangkan suku

kedua dominan pada aliran turbulen. Pengukuran Umf dapat diperoleh dari grafik ∆P vs

Umf, yaitu sesuai titik potong atau antara bagian kurva yang datar.

f. Kecepatan terminal

Kecepatan terminal suatu partikel (Ut) merupakan kecepatan gas yang

dibutuhkan untuk mengatur partikel tunggal yang tersuspensi dalam aliran gas.

Kecepatan terminal suatu partikel dinyatakan dalam persamaan:

U t=[ 4 gd p( ρp−ρg )3 ρg Cd

]1/2

Dalam aliran laminer dan mengikuti Hukum Stokes:

Cd=24Re p

Re p=d p Uρg

μ

Jadi, kecepatan terminal untuk partikel tunggal berbentuk bulat adalah

U t=g( ρ p− ρg )d

p2

18 μ untuk Rep < 0.4

Dan untuk partikel besar dengan Cd = 0.43

U t=[3,1( ρ p−ρg ) gd p

ρg]1/2

untuk Rep > 500

Persamaan ini mengindikasikan bahwa untuk partikel yang berukuran kecil

viskositas merupakan faktor dominan setiap gas dan untuk partikel berukuran besar

densitas merupakan faktor yang terpenting. Kedua persamaan di atas mengabaikan gaya

antar partikel.

g. Batas partikel

Partikel diklasifikasikan berdasarkan bagaimana partikel tersebut terfluidisasi

dalam udara pada kondisi tertentu. Partikel tersebut dapat diklasifikasikan menjadi:

Partikel halus

Partikel kasar

Kohesif, partikel yang sangat halus

Unggun yang bergerak

h. Gaya antar partikel

Gaya antar partikel sering kali diabaikan dalam fluidisasi meskipun dalam

banyak kasus gaya ini lebih kuat dibandingkan hydrodinamic yang digunakan dalam

banyak korelasi. Gaya antar partikel yang berhubungan atau berkaitan dengan unggun

yang terfluidisasi, misalnya van der waals, elektrostatik, dan kapilaritas.

i. Daerah batas fluidisasi (fluidization regimes)

Pada kecepatan gas rendah, suatu padatan dalam tabung unggun akan berada

pada kondisi konstan seiring dengan bertambahnya kecepatan gas, gaya seret, dan gaya

buoyant mengalahkan berat partikel serta gaya antar partikel tersebut ( Kirk Othmer,

1994:147). Pada fluidisasi minimum partikel memperlihatkan pergerakan yang minimal

dan secara langsung unggun akan sedikit terangkat.

II.4 Jenis-Jenis Fluidisasi

A. Fluidisasi Partikulat

Dalam fluidisasi air dan pasir, partikel-partikel itu bergerak menjauh satu sama

lain dan gerakannya bertambah hebat dengan bertambahnya kecepatan, tetapi

densitas hamparan rata-rata pada suatu kecepatan tertentu sama disegala arah

hamparan. Proses ini disebut “ Fluidisasi partikulat” yang bercirikan ekspansi

hamparan yang cukup besar tetapi seragam pada kecepatan yang tinggi.

Kertika fluida cairan seperti air dan padatannya berupa kaca, gerakan partikel

pada saat terfluidisasi terjadi dalam ruanng sempit dalam hamparanSeiring dengan

bertambahnya kecepatan fluida dan penurunan tekanan, maka hamparan akan

terekspansi dan gerakan dan pergerakan partikel semakin cepat. Jalan bebas rata-rata

suatu partikel diantara tubrukan-tubrukan dengan partikel akan bertambah besar

dengan meningkatnya kecepatan fluida, dan akibatnya porositas hamparan akan

meningkat pula. Ekspansi dari hamparan ini akan di ikuti dengan meningkatnya

kecepatan fluida samapi setiap partikel bertindak sebagai suatu individu.

Dalam fluidisasi pasir dengan air, partikel-partikel bergerak menjauh satu sama

lain dan gerakannya bertambah hebat dengan meningkatnya kecepatan, tetapi

densitas unggun rata-rata pada suatu kecepatan tertentu sama di semua bagian

unggun. Proses ini disebut fluidisasi partikulat dan bercirikan ekspansi hamparan

yang cukup besar tetapi seragam pada kecepatan tinggi. (McCabe, 1985:151)

Akan tetapi, tidak semua fluida liquid pasti menghasilkan fluidisasi partikulat,

hal ini dipengaruhi oleh perbedaan densitas. Dalam kasus dimana densitas fluida dan

solid tidak terlalu berbeda, ukuran partikel kecil, dan kecepatan aliran fluida rendah,

unggun akan terluidisasi merata dengan tiap partikel bergerak sendiri-sendiri

melewati jalur bebas rata-rata (mean free path) yang relatif sama. Fase padat ini

memiliki banyak karakteristik liquid dan disebut fluidisasi partikulat. (Foust,

1959:643)

Pada fluidisasi partikulat, ekspansi yang terjadi adalah seragam dan persamaan

Ergun, yang berlaku untuk unggun diam, dapat dikatakan masih berlaku untuk

unggun yang agak mengembang. Andaikan aliran di antara partikel-partikel itu

adalah laminar, persamaan yang berlaku untuk hamparan yang mengalami ekspansi

adalah (McCabe, 1985:152):

ε3

1−ε=

150 V s μ

g (ρp−ρ )φs2

Dp2

B. Fluidisasi Gelembung

Hamparan zat padat yang terfluidisasi di dalam udara biasanya menunjukan

fluidisai yang dikenal sebagia fluidisasi agregativ. Fluidisasi ini terjadi jika

kecepatan superficial gas diatas kecepatan fluidisasi minimum. Bila kecepatan

superficial gas diatas kecepatan jauh lebih besar dari Umf kebanyakan gas itu mengalir

melalui hamparan dalam bentuk gelembung, dan hannya sebagian kecil gas itu

mengalir dalm saluran-saluran yang terbentuk diantara partikel. Partikel itu bergerak

tanpa aturan dan didukung oleh fluida tetapi diruang-ruang antara gelembung fraksi

kosong kira-kira sama dengan kondisi awal fluidisasi . Gelembung yang terbentuk

berperilaku hamper seperti gelembung udara dalam air, atau gelembung uap dalam

zat cair yang mendidih  (hamparan didih).

Ukuran rata-rata gelembung itu bergantung pada jenis dan ukuran partikel, jenis

plat distributor, kecepatan superficial, dan tebalnya hamparan. Gelembung-

gelembung cenderung bersatu, dan menjadi besar pada waktu naik melalui hamparan

fluidisasi itu dan ukuran maksimum gelembung stabil berkisar antara beberapa inci

sampai beberapa kaki diameternya. Gelembung-gelembung yang beriringan lalu

bergerak ke puncak terpisah oleh zat padat yang seakan-akan sumbat. Peristiwa

tersebut di kenal peristiwa “penyumbatan” (slugging) dan biasanya hal ini tidak

dikehendaki karena mengakibatkan karena adanya fluktuasi tekanan dalam

hamparan, meningkatkan zat padat yang terbawa ikut dan menimbulkan kesulitan

jika kita ingin memperbesar skalanya di unit-unit yang lebih besar.

Unggun yang difluidisasikan dengan udara biasanya menunjukkan fluidisasi

agregat. Pada kecepatan superfisial yang jauh melebihi Umf, kebanyakan gas akan

melewati unggun sebagai gelembung atau rongga-rongga kosong yang tidak

berisikan zat padat dan hanya sebagian kecil gas yang mengalir dalam saluran-

saluran yang terbentuk di antara partikel. Gelembung yang terbentuk berperilaku

hampir sama dengan gelembung udara di dalam air atau gelembung uap di dalam zat

cair yang mendidih, dan karena itu fluidisasi jenis ini sering disebut fluidisasi didih

(boiling bed). (McCabe, 1985:151)

Gelembung-gelembung yang terbentuk cenderung bersatu dan menjadi besar

pada waktu naik melalui hamparan fluidisasi itu. Jika kolom yang digunakan

berdiameter kecil dengan hamparan zat padat yang tebal, gelembung itu mungkin

berkembang hingga memenuhi seluruh penampang. Gelembung-gelembung yang

beriringan lalu bergerak ke puncak kolom terpisah dari zat padat yang seakan-akan

tersumbat. Peristiwa ini disebut penyumbatan (slugging). (McCabe, 1985:151)

Penyamarataan bahwa fluida gas pasti menghasilkan fluidisasi gelembung tidak

sepenuhnya benar. Perbedaan densitas merupakan parameter yang penting. Pada

kasus dimana densitas fluida dan solid berbeda jauh atau ukuran partikel besar,

kecepatan aliran fluida yang dibutuhkan lebih besar dan fluidisasi yang terjadi tidak

merata. Sebagian besar fluida melewati unggun dalam bentuk gelembung (bubbles).

Di sini, unggun memiliki banyak karakteristik liquid dengan fasa fluida terjadi pada

saat gas menggelembung melewati unggun. Fluidisasi jenis ini disebut fluidisasi

agregat. (Foust, 1959:643)

Partikel unggun yang lebih ringan, lebih halus, dan bersifat kohesif sangat sukar

terfluidisasi karena gaya tarik antarpartikel lebih besar daripada gaya seretnya.

Partikel cenderung melekat satu sama lain dan gas menembus unggun dengan

membentuk channel.

Pengembangan volume unggun dalam fluidisasi gelembung terutama disebabkan

oleh volume yang dipakai oleh gelembung uap, karena fase rapat pada umumnya

tidak berekspansi dengan peningkatan aliran. Dalam penurunan berikut ini, aliran gas

melalui fase rapat diandaikan sama dengan Umf dikalikan dengan fraksi unggun

yang diisi oleh fase rapat, ditambah sisa aliran gas yang dibawa oleh gelembung

(McCabe, 1985:154), sehingga:

V s=f b ub+(1−f b )U mf

dimana: fb = fraksi unggun yang diisi gelembung

ub = kecepatan rata-rata gelembung

Dalam fluidisasi agregat, fluida akan membuat gelembung pada padatan unggun

dalam tingkah laku yang khusus. Gelembung fluida meningkat melalui unggun dan

pecah pada permukaan unggun dan akan tejadi “splashing” dimana partikel unggun

akan bergerak ke atas. Seiring dengan meningkatnya kecepatan fluida, perilaku

gelembung akan bertambah besar. (Brown, 1955:269)

Keberadaan fluidisasi partikulat atau agregatif merupakan hasil dari pengaruh

gaya gravitasi pada fasa-fasa yang ada dalam unggun terfluidisasi dan juga karena

mekanika fluida ruah dari sistem. Angka Froude,

v2

Dp g , yaitu rasio antara kinetik

dengan energi gravitasi merupakan salah satu kriteria penentu jenis fluidisasi apa

yang terjadi. (Foust, 1959:643)

C. Fluidisasi Kontinu

Bila kecepatan fluida melalui hamparan zat padat cukup besar, maka semua

partikel dalam hamparan itu akan terbawa ikut oleh fluida hingga memberikan suatu

fluidisasi kontinu. Prinsip fluidisasi ini terutama diterapkan dalam pengangkutan zat

padat dari suatu titik ke titik lain dalam suatu pabrik pengolahan di samping ada

beberapa reaktor gas zat padat lama yang bekerja dengan prinsip ini. Contohnya

adalah dalam tranportasi lumpur dan tranportasi pneumatic. (McCabe, 1985:151)

Ketika laju alir fasa fluida melewati kecepatan terminal partikel, unggun

terfluidisasi akan kehilangan identitasnya karena partikel solid terbawa dalam aliran

fluida. Metoda pengangkutan ini sering digunakan dalam industri, biasanya dengan

udara sebagai fasa fluida, antara lain untuk mengangkut produk dari pengering

semprot (spray dryers). Keuntungan metoda ini adalah kehilangan yang terjadi

sedikit, prosesnya bersih, dan kemampuannya untuk memindahkan sejumlah besar

solid dalam waktu singkat. Tetapi kerugiannya antara lain ada kemungkinan terjadi

kerusakan partikel solid serta korosi pada pipa mungkin besar. (Foust, 1959:647)

Dalam fluidisasi, karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat fluida

cair dengan viskositas tinggi, metode pengontakan fluidisasi memiliki beberapa

keuntungan dan kerugian.

II.5 Penerapan Fluidisasi

a) Proses fisika      : transprtasi, penukar panas, pengeringan, pencampuran

serbuk halus, pelapisan bahan plastik pada permukaan logam, pengecilan/pembesaran

partikel dan adsorpso.

b) Proses kimia     :   oksidasi etilena, pembuatan anhidrida ftalat, cracking

hidrokarbon dan lain-lain.

II.6 Keuntungan dan Kerugian Proses Fluidisasi

Di dalam pemakaiannya, unggun terfluidakan mempunyai beberapa keuntungan

dibandingkan dengan unggun diam, antara lain :

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

kontinu

2. Kecepatan pencampuran padatan yang tinggi menyebabkan reactor selalu berada

pada kecepatan isothermal, sehingga memudahkan pengendaliannya.

3. Perpindahan massa dan panas antara fluida dan padatan lebih baik dibandingkan

dengan unggun diam.

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

baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang mempunyai luas

permukaan lebih kecil.

5. Memungkinkan operasi dalam skala besar.

Beberapa kerugian pemakaian unggun terfluidakan :

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

fluidisasi bias berubah dari waktu ke waktu.

2. Butiran halus akan terbawa aliran fluida sehingga mengakibatkan kehilangan

sejumlah tertentu padatan.

3. Terjadinya erosi terhadap bejana dan system pendingin oleh partikel padatan.

4. Terjadinya gelembung dan kekosongan local didalam unggun seringkali tidak bisa

dihindarkan. Peristiwa ini mengakibatkan kontak antara fluida dengan padatan tidak

merata sehingga konversi reaksi menjadi kecil.

5. Pencampuran padatan yang terlau cepat akan mengakibatkan ketidak seragaman

waktu tinggal padatan didalam reactor. Untuk proses kontinu, hasil yang didapatkan

tidak seragam dan konversi rendah, khususnya untuk tingkat konversi yang tinggi.

Sedangkan untuk proses batch, pencampuran ini menguntungkan karena diperoleh

hasil yang seragam. Untuk reaksi katalitik, gerakan partikel katalis berpoti yang

menangkap dan membebaskan molekul gas pereaksi secara kontinu akan menambah

pencampuran ulang sehingga menurunkan hasil.

II.7 Parameter-Parameter Dalam Fluidisasi

2.7.1 Densitas partikel

Penentuan densitas partikel untuk zat padat yang masih dan tidak menyerap air

atau zat cair lain, bisa dilakukan dengan memakai piknometer. Sedang untuk partikel

berpori, cara diatas akan menimbulkan kesalahan yang cukup besar karena air atau

cairan akan memasuki pori-pori didalam partikel, sehingga yang diukur bukan lagi

densitas partikel (berikut pori-porinya) seperti yang diperlukan dalam persamaan di

muka, tetapi densitas bahan padatnya (tidak termasuk pori-pori didalamnya). Untuk

partikel-artikel yang demikian ada cara lain yang biasa digunakan, yaitu dengan metode

yang diturunkan Ergun.

2.7.2 Bentuk partikel

Dalam persamaan yang telah diturunkan, partikel padatnya dianggap sebagai

butiran yang berbentuk bola dengan diameter rata-rata dp. Untuk partikel bentuk lain,

harus ada koreksi yang menyatakan bentuknpartikel sebenarnya.

Faktor koreksi tersebut dinyatakan dengan :

2.7.3 Diameter partikel

Diameter partikel biasanya diukur berdasarkan analisa ayakan (ukuran mesh).

2.7.4. Porositas unggun

 Porositas unggun menyatakan fraksi kosong di dalam unggun yang secara

matematika bila ditulis sebagai berikut:

II.8 Fenomena Fluidisasi

Jika suatu aliran udara melewati suatu partikel unggun yang ada dalam tabung, maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret (drag force) pada partikel dan memberikan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial naik (kecepatan superficial adalah kecepatan aliran jika tabung kosong).

Pada kecepatan superficial rendah, unggun mula-mula diam. Jika kecepatan superficial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida menyebabkan unggun mengembang dan tahanan terhadap aliran udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya berat partikel unggun dan unggun akan terfluidisasi.

Sementara itu, pressure drop akan tetap walaupun kecepatan superficial terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas. Kecepatan superficial terendah yang dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi disebut Minimum Fluidization Velocity (Umf).

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 1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas

Gas in

Bed x

Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada gambar berikut ini:

Gambar 2. Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat

Adapun fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi antara lain:1. Fenomena fixed bed, terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju minimum yang

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

diam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Fenomena fixed bed

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

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

partikel-partikel padat mulai terekspansi. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4 Fenomena minimum or incipient fluidization

P1

P2

3. Fenomena smooth or homogenously fluidization, terjadi saat kecepatan dan

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

atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam. Kondisi ini

ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5. Fenomena smooth or homogrnously fluidization

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

unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen. Kondisi ini

ditunjukkan pada gambar 6.

Gambar 6. Fenomena bubbling fluidization

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

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

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

Kondisi ini dapat dilihat pada gambar 7.

Gambar 7. fenomena slugging fluidization

6. Fenomena chanelling fluidization, terjadi ketika dalam unggun partikel padatan

terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini ditunjukkan pada

gambar 8.

Gambar 8. Fenomena chanelling fluidization

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

kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian partikel akan

terbawa aliran fluida dan berekspansi mencapai nilai maksimum. Kondisi ini

ditunjukkan pada gambar 9.

Gambar 9. Fenomena disperse fluidization

Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:a. Laju alir fluida dan jenis fluida

b. Ukuran partikel dan bentuk partikel

c. Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel

d. Porositas unggun

e. Distribusi aliran,

f. Distribusi bentuk ukuran fluida

g. Diameter kolom

h. Tinggi unggun.

Faktor-faktor di atas merupakan variabel-variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut.

Untuk kecepatan yang kurang dari kecepatan fluidisasi minimum (Umf) maka unggun akan berperilaku sebagai packed bed. Namun, jika kecepatan aliran fluida dinaikkan melebihi Umf, maka tidak hanya unggun yang terangkat, tetapi partikel akan bergerak dan akan saling berbenturan satu sama lain dan akhirnya keseluruhan massa partikel akan menjadi fluida.

Gambar 10. Transition from packed bed to fluidized bed

Selama fluidisasi, penurunan tekanan sepanjang unggun akan tetap walaupun kecepatan superfisial terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas:

dimana: m = massa partikelρp = densitas partikelSb = luas area unggunρf = densitas fluida

Δp= mρp Sb

( ρp− ρf ) g

g = percepatan gravitasiJika laju alir ke unggun terfluidisasi diturunkan bertahap, penurunan tekanan

akan tetap konstan dan tinggi unggun akan berkurang.Walaupun demikian, tinggi unggun terakhir akan lebih besar daripada tinggi mula-mula untuk fixed bed. Hal ini dikarenakan solid di dalam tabung cenderung berkumpul lebih rapat daripada jika solid diam secara bertahap dari keadaan terfluidisasi. Penurunan tekanan pada laju alir rendah lebih kecil daripada nilai awal di fixed bed. Unggun yang terfluidisasi akan bersifat menyerupai liquid, di antaranya: Benda yang lebih ringan akan mengapung di atas unggun (yaitu benda-benda

yang densitasnya lebih kecil daripada densitas bulk unggun),

Permukaan akan tetap horizontal bahkan dalam unggun yang miring,

Solid dapat mengalir melalui bukaan di kolom sama seperti liquid,

Unggun memiliki tekanan statis karena gravitasi, nilainya sebesar ρogh,

Ketinggian antara dua unggun terfluidisasi yang serupa sama dengan tekanan

statik mereka.

II.7 Kelebihan dan Kekurangan Teknik Fluidisasi

Kelebihan dari teknik fluidisasi adalah:

1. Properti transfer panas yang baik dalam gas-fluidized bed. Gelembung yang

terbentuk menjaga unggun bersifat isotermal dan laju transfer panas yang tinggi

diperoleh antara unggun dan permukaan yang dicelupkan.

2. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat

secara kontinu dan memudahkan pengontrolan.

3. Perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas

yang baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang memiliki luas

permukaan kecil.

4. Perpindahan panas dan kecepatan perpindahan mass antara partikel cukup tinggi.

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

pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor.

Kekurangan dari teknik fluidisasi adalah:

1. Kecepatan fluida yang digunakan terbatas pada jangkauan dimana unggun

terfluidisasi. Jika kecepatan jauh lebih besar dari Umf, dapat terjadi kehilangan

material yang cukup besar akibat terbawa keluar dari unggun serta ada

kemungkinan terjadi kerusakan partikel karena kecepatan operasi yang terlalu

besar.

2. Tenaga untuk memompa fluida sehingga terjadi fluidisasi harus besar untuk

unggun yang besar dan dalam.

3. Ukuran dan tipe partikel yang dapat digunakan dalam teknik ini terbatas.

4. Karena sifat unggun terfluidisasi yang kompleks, seringkali terjadi kesulitan

dalam mengubah skala kecil menjadi skala industri.

5. Adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin.

6. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah

tertentu padatan.

BAB III

KESIMPULAN

III.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari makalah ini adalah :

1.      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

2.      Penggunaan operasi fluidisasi didalam industry

Proses fisika      : transprtasi, penukar panas, pengeringan, pencampuran serbuk

halus, pelapisan bahan plastik pada permukaan logam, pengecilan/pembesaran

partikel dan adsorpso.

Proses kimia      :    oksidasi etilena, pembuatan anhidrida ftalat, cracking

hidrokarbon dan lain-lain.

3.      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

http://aya-snura.blogspot.com/2013/05/makalah-fluidisasi.html

http://hilda-rosalina.blogspot.com/2013/03/fluidisasi.html

http://www.scribd.com/doc/193659603/fluidisasi

http://prabababulaulia.wordpress.com/2012/03/24/fluidisasi/