Bab 2 Fix Fluidisasi [PDF]

Citation preview

BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1



Fluidisasi Fluidisasi adalah proses dimana benda partikel padatan diubah menjadi fase



yang berkelakuan seperti fluida cair melalui kontak dengan gas atau cairan (Kunii dan Levenspiel 1969). Fenomena ini terjadi pada media yang disebut dengan fluidized bed. Dimana fluidized bed merupakan suatu bejana yang berisi partikel padat yang dialiri fluida dari bawah bejana. Proses fluidisasi terjadi ketika gaya drag dari partikel sebagai akibat dari aliran fluida yang mengalir ke atas melebihi gaya gravitasi dan gaya antar partikel. Secara prinsip ada 4 aspek keunggulan yang dimiliki oleh fluidized bed jika dibanding dengan teknologi kontak yang lainnya yaitu; (1) pada aspek kemampuan untuk mengontrol temperatur, (2) kemampuan beroperasi secara kontinu, (3) keunggulan dalam persoalan perpindahan kalor dan (4) keunggulan dalam proses katalisis. Karena keunggulan tersebut, fluidisasi banyak dikembangkan untuk proses di industri, misalnya untuk proses catalitic cracking, pembakaran batubara, gasifikasi batubara, insinerasi limbah padat, pelapisan permukaan logam, pengering dan lain sebagainya ( Zenz dan Othmer, 1960) Fluidisasi terjadi di dalam regime yang berbeda, tergantung dari beberapa faktor seperti ukuran partikel, densitas dan geometri, ukuran dan geometri bejana, sistem distribusi gas dan kecepatan gas. Regime yang umum adalah bubbling. Void terbentuk di butiran bed dan bergerak dengan cepat. Gerakan gelembung tersebut akan membawa partikel ikut bergerak ke atas yang kemudian akan membentuk pola sirkulasi partikel dalam skala besar. Karakteristik gelembung sangat berpengaruh terhadap karakteristik kerja dari fluidized bed. Analisis perpindahan kalor dan perpindahan massa, proses percampuran partikel dan reaksi kimia pada fluidized bed dikaji berdasarkan karakteristik gelembung yang terjadi (Oka dan Anthony, 2004).



1



2



2.2



Fenomena Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada gambar berikut ini (Wiranata, 2017) :



Gambar 2.1 Fenomena Fluidisasi pada Sistem Gas-Padat Adapun fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi antara lain: 2.2.1 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 2.2.



Gambar 2.2 Fenomena Fixed Bed



3



2.2.2 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 2.3.



Gambar 2.3 Fenomena Minimum Or Incipient Fluidization 2.2.3 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 2.4.



Gambar 1.4 Fenomena Smooth Or Homogrnously Fluidization 2.2.4 Fenomena Bubbling Fluidization Terjadi ketika gelembung–gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 2.5.



4



Gambar 2.5 Fenomena bubbling fluidization



2.2.5 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 2.6.



Gambar 2.6 Fenomena Slugging Fluidization 2.2.6 Fenomena Chanelling Fluidization Terjadi ketika dalam unggun partikel padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 2.7.



5



Gambar 2.7 Fenomena Chanelling Fluidization 2.2.7 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 2.8.



Gambar 2.8 Fenomena Disperse Fluidization 2.3



Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi



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.



6



Faktor-faktor di atas merupakan variabel-variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut (Wiranata, 2017).



2.4



Evaluasi Parameter-parameter di dalam Peristiwa Fluidisasi Parameter dalam peristiwa fluidisasi adalah (Putra, 2011) :



2.4.1 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 poripori didalamnya). Untuk partikel-artikel yang demikian ada cara lain yang biasa digunakan, yaitu dengan metode yang diturunkan Ergun. 2.4.2 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 bentuk partikel sebenarnya. Faktor koreksi tersebut dinyatakan dengan : Ap luas permukaan bola volume 



luas permukaan A



sama



partikel



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