wusana agung wibowo - esptk.fti.itb.ac.idesptk.fti.itb.ac.id/herri/wpimages/nia-054 presentasi...
TRANSCRIPT
Wusana Agung Wibowo
Universitas Sebelas Maret (UNS)
Prof. Dr. Herri Susanto
Institut Teknologi Bandung (ITB)
Bandung, 20 Oktober 2009
Latar BelakangLatar Belakang
• Jenis minyak
• Kondisi operasi
absorpsi
• Parameter
Perancangan alat
Permasalahan
• Kondensasi tar
• Kelarutan sebagian
komponen tar
dalam air
GasifikasibiomassaGasifikasibiomassa
2
Integrasi dengan
mesin Diesel-genset
untuk produksi
listrik
Penyerapan berbasis minyak
Titik didih minyak lebih
tinggi atau hampir sama dengan
titik didih komponen tar
Konsep absorbsi-desorbsi dapat
diterapkan
Aplikasi
Syarat gas produser bersih untuk aplikasi integrasi dengan mesin Diesel-genset:Kandungan tar 10 - 50 mg/Nm3, kandungan partikel 10 – 50 mg/Nm3, temperatur gas dibawah 50 oC
Rumusan MasalahRumusan Masalah
Densitas
Viskositas
Tegangan muka Luas kontak
Waktu tinggal
Difusivitas
3
Temperatur
Tekanan
Laju alir gas
Difusivitas
Koef. Transfer
Penelitian ini merupakan suatu bagian pengembangan
teknologi pembersihan gas hasil gasifikasi biomassa dengan
prinsip absorbsi-desorbsi menggunakan pelarut berbasis
minyak.
Tujuan penelitian:
Tujuan PenelitianTujuan Penelitian
Tujuan penelitian:
a. mempelajari peristiwa transfer massa gas-cair pada proses
absorpsi komponen tar dalam minyak
b. menentukan nilai koefisien transfer massa volumetrik fase
cair (KLa)
4
Diagram Alir Proses Pemisahan Tar (Absorpsi-Desorpsi berbasis minyak/ Proses OLGA)Energy Research Centre of the Netherlands (ECN)
Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka
Tar cair dan minyak, ke gasifier
Gas produser bebas tar
Udara dengan kandungan tardan minyak teruapkan,
ke gasifier
Collector Absorber Stripper
5(Boerrigter,et al., 2005)
Pompa Pompa
Pompa
Make-up minyak
Udara
Gas produserdengankandungan tar
Hasil Penelitian Pemisahan Tar dengan Proses OLGAskala laboratorium (ECN)
Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka
Inlet AbsorberKelas Tar Tingkat pemisahan
Kelas-1Fragmen biomassa
100 %
Kelas-2fenol, kresol,piridin, quilonin
97 %
Kelas-3Kelas 3 Total tar
6(Bergman, et.al., 2005)
Outlet Absorber
Kelas-3toluen, xilen,etilbenzen
65 %
Kelas-4Naptalen, indena,bipenil, antrasen
100 %
Kelas-5fluoranten, krisen,piren
100 %
Kelas-6tidak diketahui
99 %
Kelas 3
Kelas 3
Total tar
Total tar
Transfer massa gas-cair
Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka
*.( )ALL A AL
dcK a c c
dt
Jika yang ditinjau hanya transfer massa pada fasa cair, maka perubahan konsentrasi A(mol A / volum) di fasa cair merupakan fungsi waktu:
Faktor a dan koefisien transfer massa tergantung pada geometri alat transfer massa dankecepatan kedua arus (gas dan cair), maka biasanya digabung sebagai suatu hasil
…………..(1)
7
*ln( ) .A AL Lc c K a t C
kecepatan kedua arus (gas dan cair), maka biasanya digabung sebagai suatu hasilperkalian yaitu KLa, dan disebut sebagai koefisien transfer massa volumetris fasa cair(Hardjono, 1989). Hasil integrasi persamaan (1) menghasilkan:
Konsentrasi komponen tar dalam minyak pada interval waktu tertentu (cAL, mol/L) dankonsentrasi kesetimbangan (cA
*, mol/L) diukur melalui eksperimen. Nilai KLa merupakankemiringan garis pada kurva -ln(cA
*- cAL) terhadap waktu (t).
…………..(2)
Model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa cair (KL)
Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka
Beberapa model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa kontinyu/cairberdasarkan kondisi bilangan Re aliran gas adalah sebagai berikut:
1. Re < 10 korelasi Rowe:
2. 10 < Re < 100 model estimasi koefisien transfer massa fasa cair dapat
0,5 0,52,076(Re) ( )cSh Sc …………..(3)
8
2. 10 < Re < 100 model estimasi koefisien transfer massa fasa cair dapatmenggunakan korelasi GFT:
3. atau korelasi Higbie:
4. Re > 200 mengunakan korelasi Garner-Tayeban:
0,5 0,42126 1,8(Re) ( )cSh Sc
1/ 2
4 AB TL
b
D Uk
d
0,750 0,0085(Re)( )cSh Sc
Sherwood (Shc) :
Reynold (Re):
Schmit (Sc):
.L bc
AB
k dSh
D
. .Re b Gd U
. AB
ScD
………(4)
…………..(5)
…………..(6)
Koefisien difusi zat terlarut A mendifusi ke dalam pelarut B (DAB)
Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka
Fey dan Bart (2001), dalam penelitiannya menggunakan korelasi yang diajukanoleh Scheibel:
2/3
8
1/3
38,2 10 1
.B
AB
A A
V TD x
V V
Volum molar zat terlarut A (VA) dan pelarut B (VB) ditentukan berdasarkan hukum Kopp
…………..(7)
9
Diameter gelembung (db)
0,552 0,048 0,442 0,1240, 289b Gd U
Pohorecki, et.al. (2005), mengajukan korelasi untuk menghitung diametar gelembung(db) sebagai fungsi sifat fisik cairan (densitas (r), viskositas (m), tegangan muka (s)) dankecepatan superfisial gas (UG):
…………..(8)
Kecepatan superfisial gelembung (UG)
Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka
UG dianggap sama dengan kecepatan linier gas:
Kecepatan terminal gelembung (UT)
Sinha dan Lahiri (1987), menggunakan persamaan yang diajukan oleh Clift, et.al. untukmenghitung kecepatan terminal gelembung (UT). Untuk diameter gelembung di atas0,0013 m, kecepatan terminal gelembung dapat diestimasi menggunakan persamaanberikut:
/G gU h t …………..(9)
10
berikut:
1/ 2(2,14 0,505 . ).
T b
b
U g dd
Luas antar-muka gas-cair per unit volum (a)
2
24
k G b
Qa
D U d
…………..(10)
…………..(11)
Penyiapan bahan
Model gasproduser
Minyak AMinyak B
Percobaan penyerapan
Variasi laju alir gas umpanVariasi temperatur minyak
Percobaan Kejenuhan
Variasi temperatur minyak
Analisis gravimetrik
Jumlah massa model tarterserap dalam minyak
Analisis gravimetrik
Jumlah massa model tarterserap dalam minyak
Datagelembung
MMetodologi Penelitianetodologi Penelitian
Jenis minyak: Minyak A dan
Minyak B (perbedaan berat
molekul dan viskositas)
Model gas produser: toluen
atau fenol dalam aliran udara
Variasi laju alir gas umpan:
0,063 ; 0,043 & 0,032 L/menit
Variasi temperatur minyak: 28
oC, 59 oC dan 92 oC
11
terserap dalam minyak terserap dalam minyak
Model estimasinilai KLa
Nilai KLa
Studi pemilihan tipekontaktor gas-cair
Dasar perancangan unitabsorpsi
Nilai KLa dan modelestimasi yang sesuai
oC, 59 oC dan 92 oC
Percobaan laboratorium
kolom gelembung
Jumlah komponen model tar
terserap di dalam minyak
metode gravimetrik
Data tambahan: Jumlah
gelembung per satuan waktu
& waktu tinggal gelembung
Rangkaian alat percobaan
1 23
PipaVenturi
Blower
Regulator
Thermocontroller
01
Termo-meter
Tabung03
Tabung04
Tabung05
Tabung01
Tabung02
Dry-B Wet-B
Thermocontroller
02
Thermocontroller
03
Kran 02
Kran03
Kran 01
MMetodologi Penelitianetodologi Penelitian
124
Keterangan:
Unit pengeringan udara
Unit pencampuran udara-tar
Unit penyerapan tar
Unit analisis
1
2
3
4
Mano-meter
01Bath pendingin
01
Batu es+air+garam
Bath pemanas01
Bath pemanas02
Mano-meter
03
Tabung09
Tabung10
Tabung11
Tabung06
Tabung07
Tabung08
Batu es+air+garam Batu es+air+garamMano-meter
02
Pemanassabuk
Bath pendingin02
Bath pendingin03
Sifat fisika minyak uji
Hasil PenelitianHasil Penelitian
Sifat Minyak A Minyak B Air
Berat molekul, g/mol(pustaka)
di atas800
di bawah500
18
Titik didih (pada 1 atm),oC (pustaka)
di atas200
340 –500
100
Viskositas, cP(pengukuran pada 30 oC)
63 12811 0,8
13
(pengukuran pada 30 oC)63 12811 0,8
Densitas, g/mL(pengukuran pada 30 oC)
0,91 0,89 1,00
Tekanan uap, mmHg pada30 oC (pustaka)
di bawah0,05
0,01 31,82
Berat molekul minyak A lebih besar dari minyak B
Viskositas minyak A jauh lebih kecil daripada minyak B
Hasil PenelitianHasil PenelitianData hasil percobaan (cAL, mol/L)
T(oC)
Q(L/min)
Toluen– Oil A
Fenol –Oil A
Toluen– Oil B
Fenol –Oil B
28
0,063 0,0055 - - -
0,063 0,0052 0,0037 - -
0,043 0,0062 0,0048 0,0052 0,0034
0,043 0,0061 0,0037 0,0056 0,0031
0,032 - 0,0102 0,0063 0,0022
0,032 - - 0,0061 0,0021
cA* 0,0606 0,0342 0,0563 0,0101
0,063 - 0,0020 - -
0,063 0,0078 0,0016 - -
0,043 0,0071 0,0030 0,0067 0,0013
Sistem Toluen – Minyak A
14
59
0,043 0,0071 0,0030 0,0067 0,0013
0,043 0,0109 - 0,0090 0,0011
0,032 0,0075 0,0021 0,0046 0,0009
0,032 - - 0,0082 0,0011
cA* 0,0419 0,0222 0,0374 0,0068
92
0,063 - - - -
0,063 0,0021 - - -
0,043 0,0064 - 0,0025 -
0,043 0,0013 - 0,0031 -
0,032 0,0061 - 0,0016 -
0,032 - - 0,0054 -
cA* 0,0177 - 0,0165 -
Grafik hubungan -ln(cA*- cAL) terhadap waktu (t)
pada suhu minyak 59 oC. (KLa = slope – pers.2)
Sistem Toluen – Minyak B
Konsentrasi komponen tar dalam minyak padasaat awal (t = 0) dianggap nol (cAL,0 = nol).
Hasil PenelitianHasil PenelitianPengaruh laju alir gas dan suhu minyak terhadap nilai KLa
Sistem Toluen – Minyak A Sistem Toluen – Minyak B
15
Sistem Toluen – Minyak A
Sistem Fenol – Minyak A
Sistem toluen/fenol – Minyak A (19 < Re < 60) model estimasi Higbie dan GFT
Sistem toluene/fenol – Minyak B (Re < 10) model estimasi Rowe
Sistem Toluen – Minyak B
Sistem Fenol – Minyak B
Dari hasil penelitian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Rentang nilai KLa yang diperoleh dari percobaan ini adalah:
Sistem toluen – Minyak-A: 1,541x10-3 – 13,01x10-3
Sistem fenol – Minyak-A : 1,410x10-3 – 5,903x10-3
Sistem toluen – Minyak-B : 1,681x10-3 – 4,153x10-3
Sistem fenol – Minyak-B : 2,654x10-3 – 6,475x10-3
KesimpulanKesimpulan
Kesimpulan
Sistem fenol – Minyak-B : 2,654x10-3 – 6,475x10-3
2. Dengan menggunakan beberapa pendekatan, diperoleh bahwa:
Model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa cair Higbie relatif lebih sesuaiuntuk sistem penyerapan toluen/fenol-Minyak-A daripada model GFT, walaupunmasih mempunyai error yang cukup besar.
Model estimasi Rowe tidak sesuai untuk memprediksikan nilai koefisien transfermassa fasa cair sistem toluen/fenol-Minyak-B, error yang diperoleh besar.
16
1. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang lebih akurat lagi, dapat digunakan peralatan
Gas Chromatography (GC).
2. Penelitian dapat dilanjutkan dengan memperluas permukaan kontak gas-cair dengan
cara menggunakan bahan isian dalam kolom penyerapan atau menggunakan sparger.
3. Penelitian eksploratif sebaiknya dilakukan pada berbagai jenis minyak dengan beratmolekul besar dan viskositas rendah.
4. Untuk studi termodinamika eksploratif sebaiknya dilakukan analisa komposisi jenis
SaranSaran
Saran
4. Untuk studi termodinamika eksploratif sebaiknya dilakukan analisa komposisi jenisminyak yang digunakan.
17
18B i o m a s s f o r F u t u r e