KAJIAN HIDRODINAMIKA DAN TRANSFER MASSA PROSES ABSORBSI PADA VALVE TRAY DENGAN MENINJAU PENGARUH VISKOSITAS CAIRAN Disusun Oleh : Evi Fitriyah Khanifah 2311 106 009
Ayu Savitri Wulansari 2311 106 020
Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir Ali Altway,MS Siti Nurkhamidah,ST,MS,Ph.D
LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN TEKNIK KIMIA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2014
Pendahuluan Kenapa valve tray? Bagaimana dengan “sieve Jenistray tray? dan Bubble cup tray”? Apa itu absorpsi?
Peneliti terdahulu No.
Tahun
Nama Peneliti
Uraian
1
1990
Membandingkan interfacial area dan koefisien transfer massa sisi gas pada kolom Peytavy, et al absorpsi dengan menggunakan beberapa jenis tray
2
1992
Chen, et al
Melakukan penelitian tentang transfer massa dan hidrolika pada packed sieve tray
3
1998
E.F. Wijn
Mempelajari model batas operasi terendah dari sieve tray dan valve tray pada proses distilasi dan absorpsi
4
1999
H. Mustafa, et al
Mempelajari hidrodinamika dan transfer massa dari textile vibrating-valve tray
5
2003
Van Banten dan Mempelajari pemodelan hidrolika sieve tray Krishna menggunakan simulasi CFD
6
2006
7
2009
8
9
10
Mempelajari dan membandingkan antara high Jianbing Qian, powered adaptive valve tray dengan Glitsch VI et al float-valve trays Xin Gang Li, Mempelajari hidrodinamika dari full open et al valve tray dengan menggunakan simulasi CFD A. Jafari, et al
Mempelajari simulasi hidrodinamika dan transfer massa pada kolom distilasi valve tray menggunakan Computational Fluid Dynamics untuk sistem cyclohexane-n-Heptane
2011
Zhimin, et al
Memprediksi performance kolom distilasi dengan metode komputasi transfer massa pada sieve tray
2013
Hayati,dan Pratiwi
Mempelajari karakteristik hidrodinamika dan transfer massa pada air dan udara dengan menggunakan valve tray
2009
Perumusan Masalah Persoalan utama pada penelitian ini adalah bagaimana pola alir, pressure drop dan koefisien perpindahan massa pada valve tray dipengaruhi oleh beberapa variabel proses yang penting.
1. Mempelajari karakteristik valve tray yang dinyatakan dalam bentuk pressure drop
2. Menentukan pola alir yang dinyatakan dalam bentuk RTD dan Tangki N-series
Tujuan Penelitian 3. Korelasi empiris yang dinyatakan dalam bentuk koefisien transfer massa sisi liquid (kLa’)
4. Korelasi empiris bilangan dispersi
Metodologi Penelitian 1. Rangkaian Alat Penelitian
40,67 mm 40,67 mm
Pitch=49,19 mm Pitch=49,19 mm
Diameter =240 mm Diameter =240 mm
180 mm 180 mm
D= 38,1 mm D= 38,1 mm 40,67 mm 40,67 mm
Keterangan Alat: 1. Bak penampung umpan (Lar CMC) 2. Pompa 3. Flow meter air 4. Suntikan larutan NaCl 5. Downcomer 6. Valve tray 7. Weir 8. Pipa air keluar downcomer 9. Pipa air weeping 10. Bak penampung air keluar 11. Kompresor 12. Flow meter udara 13. Distributor udara 14. Pipa udara keluar 15. Konduktometer/DO meter 16. Komputer 17. Manometer U 18. Valve
2. Alat dan Bahan 1. Alat yang digunakan ◦ ◦ ◦ ◦
◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦
Kolom absorpsi berisi valve tray Kompresor Pompa air Konduktometer tipe Jenway 4510 DO meter tipe DO-5510 Flow meter air Flow meter udara Manometer U Gelas ukur 500 mL Gelas kimia 500 mL Bak penampung Suntikan Komputer
2. Bahan yang digunakan Larutan Carboxy Methyl Cellulose (CMC) Udara Larutan NaCl 25% Na2SO3 CoSO4
3. Prosedur Penelitian 1.Tahap Persiapan Kalibrasi laju alir udara Pembuatan kurva larutan NaCl standar Pembuatan larutan tracer Deoksigenasi air umpan (penentuan waktu unsteady state) 2. Tahap Penelitian Pressure drop dan pola alir Transfer Massa 3. Analisa Data Pressure drop dan pola alir Transfer Massa
4.Variable Penelitian Kondisi yang dipertahankan T = 28 oC Larutan NaCl 25% sebanyak10ml 2.Variabel Input (pada hidrodinamika dan transfer massa) Laju alir air : (11,14,17,19) dalam x10-5m3/s Laju alir udara : (63,70,76,80,84) dalam x10-5 m3/s Konsentrasi larutan CMC : (0,1;0,2;0,3) dalam % 3.Variabel Respon o Hidrodinamika : Pressure drop , bilangan dispersi o Transfer Massa : kLa’ 1.
5. Olah Data Hidrodinamika a. Pressure drop b. Bilangan dispersi Transfer Massa a. Koefisien transfer massa sisi liquid (kLa’)
Hasil dan Pembahasan * Dalam penelitian hidrodinamika, dapat diketahui pressure drop, dan bilangan dispersi * Untuk penelitian transfer massa dapat diketahui koefisien transfer massa sisi liquid *Berikut kurva hubungan pressure drop dan Laju alir air :
Kurva hubungan antara Laju alir air dan Pressure drop
Pada konsentrasi cmc 0,1 %
Kurva hubungan antara Laju alir air dan Pressure drop
Pada konsentrasi cmc 0,2 %
Kurva hubungan antara Laju alir air dan Pressure drop
Pada konsentrasi cmc 0,2 %
Hasil dan Pembahasan Untuk mengetahui jenis pola aliran dapat di lihat dari : • RTD (Residence Time Distribute) • Tangki N- series Dari ini data diatas dapat di hitung bilangan dispersinya. Sehingga di dapatkan korelasi empiris bilangan dispersi.
* RTD (Hubungan Laju alir udara vs E pada
QL 0,00063 m3/s)
[CMC] 0,1%
[CMC] 0,2%
[CMC] 0,3%
* RTD (Hubungan Laju alir udara vs E pada
QL 0,00084 m3/s)
[CMC] 0,1%
[CMC] 0,2%
[CMC] 0,3%
RTD dan N-series diperoleh dari : Kurva konsentrasi NaCl vs konduktivitas Perhitungan RTD
N-series
* Tank- N series (Hubungan Laju alir air vs N-
series)
[CMC] 0,1%
[CMC] 0,2%
[CMC] 0,3%
Bilangan dispersi D/uL = 0 ; dispersi diabaikan, →plug flow D/uL = ~ ; dispersi besar, → mixed flow
(levenspil,hal 296)
Untuk mendapatkan bilangan dispersi dengan persamaan berikut :
s 2ø =
s 2t t
-2
=2
D uL
D/uL D/uL
0,25
QL = 0,00063 m³/s
0,2
[cmc] = 0,1 %
0,15
[cmc] = 0,2 % [cmc] = 0,3 %
0,1 0,05 0 0
0,00005
0,0001
0,00015
0,0002
QL (m³/s)
D/uL
0,25 0,2
[cmc] = 0,1 %
0,15
[cmc] = 0,2 %
QL = 0,00084 m³/s
[cmc] = 0,3 %
0,1 0,05 0 0
0,00005
0,0001 QL (m³/s)
0,00015
0,0002
Koefisien Transfer Massa Sisi Liquid Unsteady state → permenit Membandingkan C/C* analitik dan eksperiment → kLa’ (grafik) C/C* analitik dihitung dengan menggunakan rumus :
( Cin / C* ) + a C = 1+a C*
[1-e
-(1 + a )t/t
]
Co -(1 + a )t/t + e C*
* kLa’
Kesimpulan Dari data data yang diperoleh, sehingga dapat dibentuk persamaan empiris sebagai berikut : ∆P =6505,389µ0,155QL0,233QV-0,093 D/uL= 0,006µ0,006QL-1,248QV1,019 kLa’ =0,1051 µ-0,253QL0,698QV-0,228
