MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA FLUIDISASI [FLU]

MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

FLUIDISASI [FLU]

Disusun oleh: Henny Susanty Dr. Antonius Indarto Dr. Mubiar Purwasasmita Dr. Ardiyan Harimawan

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia

Fluidisasi

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI........................................................................................................................ 2 DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... 3 DAFTAR TABEL ................................................................................................................ 4

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 5 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN.......................................................... 6 2.1

Tujuan Percobaan .................................................................................................. 6

2.2

Sasaran Percobaan ................................................................................................. 6

BAB III RANCANGAN PERCOBAAN ............................................................................ 7 3.1

Peralatan Percobaan .............................................................................................. 7

3.2

Bahan Percobaan ................................................................................................. 10

BAB IV PROSEDUR KERJA ........................................................................................... 11 4.1

Penentuan Densitas Partikel ................................................................................ 11

4.2

Kalibrasi Rotameter dengan Wet Test Meter....................................................... 13

4.3

Operasi Peralatan Fluidisasi SOLTEQ ................................................................ 13

4.4

Operasi Peralatan Fluidisasi Gas ......................................................................... 14

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 16 LAMPIRAN ....................................................................................................................... 17 A. TABEL DATA MENTAH ........................................................................................ 17 B. PROSEDUR PERHITUNGAN ................................................................................. 19 C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR ............................................................... 21

FLU

2


Fluidisasi

DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Skema Peralatan Fluidisasi Sistem Padat-Gas ....................................................... 7 Gambar 3.2 Skema Peralatan Fluidisasi SOLTEQ .................................................................... 8 Gambar 3.3 Skema Peralatan Fluidisasi Cair ............................................................................ 9 Gambar 4.1 Diagram Alir Penentuan Densitas ........................................................................ 12 Gambar 4.2 Diagram Alir Kalibrasi Rotameter ....................................................................... 13 Gambar 4.3 Diagram Alir Penentuan Karakteristik Fluidisasi ................................................ 15

FLU

3


Fluidisasi

DAFTAR TABEL

Tabel 6.1 Densitas dan Viskositas Air ............................................................................... 21 Tabel 6.2 Densitas dan Viskositas Udara .......................................................................... 21 Tabel 6.3 Diameter Ayakan ............................................................................................... 21

FLU

4


Fluidisasi

BAB I PENDAHULUAN 1 Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida, baik cair maupun gas. Butiran padat akan mengalami total gaya akibat fluida apabila terjadi gerak relatif antara permukaan butiran dan fluida. Pada laju alir fluida yang cukup rendah, aliran fluida hanya menerobos unggun butiran padat melalui celah antar partikel tanpa menyebabkan perubahan susunan partikel (keadaan fixed bed). Ketika laju alir fluida ditingkatkan hingga kecepatan tertentu, unggun butiran padat yang semula diam akan terekspansi. Pada kondisi demikian, sifat unggun akan menyerupai fluida dengan viskositas tinggi, misalnya adanya kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik dan sebagainya. Keadaan ini disebut sebagai fluidisasi minimum. Pada laju alir fluida tinggi, partikel padat dapat terbawa aliran fluida dan meninggalkan kolom.

Fenomena fluidisasi dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya laju alir dan jenis fluida, ukuran dan densitas partikel, bentuk dan jenis partikel, faktor interlok partikel, porositas dan tinggi unggun, distribusi aliran dan bentuk ukuran fluida, dan diameter kolom. Faktor-faktor tersebut merupakan variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi. Karakteristik unggun terfluidakan dapat digambarkan dengan kurva karakteristik fluidisasi.

Dalam dunia industri, fluidisasi diaplikasikan dalam berbagai hal. Diantaranya dalam transportasi serbuk padatan (converyor untuk solid), pencampuran padatan halus, perpindahan panas (seperti pendinginan untuk biji 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. Fluidisasi cair merupakan salah satu operasi pemisahan yang digunakan untuk memisahkan partikel spheris dan non-spheris. Partikel spheris memiliki penggunaan yang luas dalam industri, terutama dalam industri perminyakan untuk menjaga agar gesekan antara mata bor dan permukaan batuan tetap minimum.

FLU

5


Fluidisasi

BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN 2

2.1

Tujuan Percobaan

Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan karakteristik proses fluidisasi gas dan cair

2.2

Sasaran Percobaan

Berkaitan dengan tujuan tersebut, pada akhir praktikum, praktikan diharapkan dapat : 1. Menentukan kecepatan minimum fluidisasi gas, 2. Menentukan fenomena yang terjadi pada proses fluidisasi gas, 3. Menentukan besarnya hilang tekan unggun serta hubungannya laju alir fluida, 4. Menentukan variabel-variabel yang berpengaruh terhadap hidrodinamika unggun terfluidakan, 5. Menentukan kecepatan partikel serta laju alir superfisial cairan pada keadaan terminal fluidisasi cair, 6. Menentukan laju alir superfisial fluidisasi minimum untuk fluidisasi cair, dan 7. Menentukan efisiensi pemisahan pada fluidisasi cair.

FLU

6


Fluidisasi

BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3 3.1

Peralatan Percobaan

Peralatan utama yang digunakan selama praktikum ini meliputi : 1. Satu set peralatan fluidisasi sistem padat-gas (Gambar 3.1) 2. Satu set peralatan fluidisasi SOLTEQ (Gambar 3.2) 3. Satu set peralatan fluidisasi fasa cair (Gambar 3.3) 4. Sumber fluida bertekanan beserta kompresor

Gambar 3.1 Skema Peralatan Fluidisasi Sistem Padat-Gas

Keterangan: D

: distributor

KD

: kerangan diafragma

KER : kerangan KJ

: kerangan jarum

KOL : kolom M1

: manometer tabung Bourdon untuk mengukur tekanan gas keluar

M2

: manometer tabung Bourdon untuk mengukur tekanan dalam tangki

TGN : sumber fluida bertekanan MU1 : manometer pipa U berisi air untuk mengukur tekanan gas antara 1-2 FLU

7


Fluidisasi

MU2 : manometer pipa U berisi air untuk mengukur tekanan gas antara 1-udara luar R

: flowmeter

U

: unggun butiran padat

Gambar 3.2 Skema Peralatan Fluidisasi SOLTEQ

Deskripsi alat : 1. Tangki penampung air (B1) 2. Pompa sirkulasi (P1) 3. Kolom fluidisasi (K1 dan K2) 4. Water differential pressure transmitter (DPT 101) 5. Air differential pressure transmitter (DPT 102) 6. Pengukur laju alir digital (FT 201 dan FT 202) 7. Kompresor (P2)

Kode alat Deskripsi Satuan Rentang data FT 201 Water flow meter L/min 0,2-2,5 FT 202 Air flow meter L/min 2-50 DPT 101 Water differential pressure transmitter bar 0-0,1 DPT 102 Air differential pressure transmitter kPa 0-5

FLU

8


Fluidisasi

Keterangan P

:

pompa

Kol

:

kolom fluidisasi

Par

:

partikel

FO

:

aliran keluaran

GtV

:

gate valve

GbV :

globe valve (by pass)

GbO :

globe valve (pembuangan)

Gambar 3.3 Skema Peralatan Fluidisasi Cair

Peralatan pendukung yang digunakan antara lain sebagai berikut. 1. Wet test meter untuk kalibrasi flowmeter dalam rangkaian peralatan fluidisasi sistem padat-gas 2. Piknometer 3. Timbangan 4. Stopwatch 5. Ayakan 6. Gelas kimia 7. Gelas ukur 8. Termometer 9. Penggaris dan/atau jangka sorong 10. Sendok 11. Mortal dan alu FLU

9


3.2

Fluidisasi

Bahan Percobaan

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini meliputi : 1. Aqua dm 2. Aseton 3. Tipol 4. Air keran 5. Udara bertekanan 6. Butiran padat sebagai unggun

FLU

10


Fluidisasi

BAB IV PROSEDUR KERJA 4 Pelaksanaan praktikum dapat dibagi menjadi 2 tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap operasi. 1. Tahap persiapan, meliputi a. Penentuan densitas partikel padatan dengan piknometer b. Penentuan densitas dan viskositas fluida cair c. Penentuan dimensi kolom dengan penggaris atau jangka sorong d. Penentuan ukuran partikel padatan dengan analisa ayakan

2. Tahap operasi, meliputi a. Penentuan turun tekan dalam kolom berisi unggun partikel pada berbagai laju alir serta pengamatan terhadap fenomena yang terjadi pada fluidisasi gas b. Penentuan kecepatan minimum fluidisasi gas dan cair c. Penentuan efisiensi pemisahan fluidisasi gas

Laju alir fluida divariasikan dari kecepatan rendah hingga suatu keadaan dimana penorakan di dalam unggun sudah tampak menyolok. Dari titik ini laju alir fluida kemudian diturunkan kembali secara perlahan-lahan hingga mencapai titik terendah dimana operasi dimulai.

4.1

Penentuan Densitas

4.1.1 Kalibrasi Piknometer 1. Piknometer kosong yang bersih ditimbang 2. Piknometer diisi dengan aqua dm hingga meluap, kemudian ditimbang 3. Suhu aqua dm diukur dengan termometer 4. Densitas aqua dm pada temperatur tersebut dicari dari literatur 5. Volume piknometer ditentukan berdasarkan massa aqua dm dan densitas aqua dm berdasarkan literatur

4.1.2 Penentuan Densitas Cairan 1. Piknometer yang sama dicuci dengan aseton dan dikeringkan FLU

11


Fluidisasi

2. Piknometer kosong ditimbang 3. Air keran dimasukkan dalam piknometer hingga meluap, kemudian ditimbang sehingga diperoleh massa air keran 4. Densitas air keram ditentukan berdasarkan massa tipol dan volume piknometer

4.1.3 Penentuan Densitas Padatan 1. Piknometer yang sama dicuci dengan aseton dan dikeringkan 2. Piknometer kosong ditimbang 3. Tipol dimasukkan dalam piknometer hingga meluap, kemudian ditimbang sehingga diperoleh massa tipol 4. Densitas tipol ditentukan berdasarkan massa tipol dan volume piknometer 5. Piknometer yang sama dicuci dan dikeringkan, 6. Piknometer diisi dengan partikel padatan hingga setengah penuh dan ditimbang sehingga diperoleh massa partikel 7. Piknometer diisi dengan tipol hingga penuh kemudian ditimbang untuk mengetahui massa tipol dalam campuran partikel dan tipol

Gambar 4.1 Diagram Alir Penentuan Densitas

FLU

12


4.2

Fluidisasi

Penentuan Viskositas Fluida Cair 1. Masukkan aqua dm dalam viskometer 2. Hitung waktu untuk menepuh jarak tertentu 3. Ulangi untuk air keran

4.3

Kalibrasi Rotameter dengan Wet Test Meter 1. Kolom fluidisasi dipastikan kosong dan seluruh selang terhubung dengan baik. 2. Kompresor dihubungkan ke rotameter dan selang dari aliran gas dihubungkan ke alat wet test meter. 3. Skala rotameter diubah-ubah dari 0 sampai 6 4. Waktu untuk wet test meter menunjukkan skala 1 liter diukur dengan stopwatch.

Ukur diameter kolom

Hitung luas penampang kolom

Hubungan kompresor, rotameter, dan wet test meter

Alirkan udara tekan

Hitung laju alir

Catat waktu untuk 1 liter

Variasikan skala rotameter dari 0 hingga 6

Buat kurva laju alir terhadap skala rotameter

Gambar 4.2 Diagram Alir Kalibrasi Rotameter

4.4

Operasi Peralatan Fluidisasi SOLTEQ

4.4.1 Prosedur Operasi Umum Prosedur Start-Up 1. Isi tangki penampung air B1 dengan air bersih. 2. Pindahkan penutup kolom secara hati-hati. 3. Isi kolom dengan sampel sampai ketinggian tertentu. 4. Tutup kembali penutup kolom secara hati-hati. Pastikan o-rings terpasang dengan baik. 5. Tempatkan kolom pada penahan dan kencangkan baut pengait. Setelah itu pastikan kolom nya kokoh.

FLU

13


Fluidisasi

Prosedur Shut-Down 1. Matikan kedua pompa (P1 dan P2). 2. Kosongkan kolom (K1) dan tangki penampung air (K2) 3. Bersihkan sampel dari peralatan. 4. Putus sambungan listrik ke alat.

4.4.2 Penentuan Karakteristik Fluidisasi Fluidisasi sistem padat-cair 1. Isi kolom dengan partikel padat hingga ketinggian tertentu 2. Sambungkan rangkaian selang 3. Pastikan kolom K1 terisi air dan tidak ada gelembung dalam selang 4. Nyalakan pompa P1 dan atur bukaan valve FT201 untuk mengatur laju alir 5. Catat laju alir dan pembacaan water differential pressure transmitter (DPT 101) 6. Amati fenomena yang terjadi selama proses fluidisasi 7. Ulangi untuk variasi lain

Fluidisasi sistem padat-gas 1. Isi kolom dengan partikel padat hingga ketinggian tertentu 2. Sambungkan rangkaian selang 3. Pastikan semua valve tertutup rapat 4. Nyalakan kompresor P2 dan atur bukaan valve FT202 untuk mengatur laju alir 5. Catat laju alir dan pembacaan air differential pressure transmitter (DPT 102) 6. Amati fenomena yang terjadi selama proses fluidisasi 7. Ulangi untuk variasi lain

4.5

Operasi Peralatan Fluidisasi Gas

4.5.1 Penentuan Karakteristik Fluidisasi 1. Isi kolom dengan partikel padat hingga ketinggian tertentu 2. Sambungkan rangkaian selang 3. Buka valve dan nyalakan kompresor 4. Atur skala rotameter 5. Catat skala rotameter dan beda tinggi pada manometer 6. Amati fenomena yang terjadi selama proses fluidisasi, ulangi untuk variasi lain FLU

14


Fluidisasi

Partikel padat dengan diameter dan densitas tertentu

Isi dalam kolom fluidisasi dengan ketinggian tertentu

Catat beda tinggi pada manometer atau pembacaan DPT01/DPT02

Alirkan fluida

Atur laju alir fluida

Catat laju alir

Tentukan nilai turun tekan teramati

Hitung turun tekan unggun

Buat kurva karakteristik fluidisasi (log ΔP terhadap log u)

Amati fenomena yang terjadi

Gambar 4.3 Diagram Alir Penentuan Karakteristik Fluidisasi

4.5.2 Penentuan Kecepatan Minimum Fluidisasi 1. Masukkan partikel ke dalam kolom berisi fluida yang mengalir 2. Atur laju alir sedemikian sehingga pertikel melayang dalam aliran air

4.6

Operasi Peralatan Fluidisasi Cair

4.6.1 Penentuan Efisiensi Pemisahan Fluidisasi Cair 1. Aliri kolom dengan fluida, hitung waktu untuk mengisi volume tertentu sehingga diperoleh laju alir 2. Isi kolom dengan campuran partikel (komposisi tertentu) 3. Alirkan fluida dengan kecepatan tertentu (konstan) dengan waktu pemisahan tertentu 4. Pisahkan produk atas, timbang 5. Buka valve buangan, saring produk bawah yang keluar, timbang

4.6.2 Penentuan Kecepatan Terminal Partikel 1. Masukkan partikel ke dalam kolom berisi air 2. Laju air diatur sedemikian sehingga waktu tempuh partikel untuk jarak yang sama selalu konstan

4.6.3 Penentuan Kecepatan Superficial Minimum Fluidisasi Cair 3. Masukkan partikel ke dalam kolom berisi air yang mengalir 4. Valve diatur sedemikian sehingga pertikel melayang dalam aliran air 5. Hitung waktu untuk mengisi volume tertentu sehingga diperoleh laju alir

FLU

15


5

Fluidisasi

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, Christie. 1993. Transport processes and Unit Operation, New Jersey : Prentice Hall Fee, C.J., 1994. A Simple but Effective Fluidized-Bed Experiment, Chem. Eng. Educ. pp. 214-217 Kunii, D., and Levenspiel, O. 1991. Fluidization Engineering, Boston : ButterworthHeinemann,

FLU

16


Fluidisasi

6

LAMPIRAN

A. TABEL DATA MENTAH 1. Penentuan densitas dan viskositas Kalibrasi Massa piknometer kosong Massa piknometer + aqua dm Temperatur

gram gram ºC

Penentuan densitas air keran Massa piknometer + air keran

gram

Penentuan densitas partikel Massa piknometer + tipol Massa piknometer + partikel Massa piknometer + partikel + tipol

gram gram gram

Penentuan viskositas air keran Waktu tempuh aqua dm Waktu tempuh air keran

detik detik

2. Kalibrasi rotameter Diameter kolom

cm

Skala rotameter

FLU

waktu (s)

17


Fluidisasi

3. Penentuan Karakteristik Fludisasi Gas Peralatan Fluidisasi SOLTEX Variasi : Laju alir (L/min) up down

ΔP (Pa) up down

L(cm) up down

Fenomena teramati up down

Δh (Pa) up down

L(cm) up down

Fenomena teramati up down

Peralatan Fluidisasi Gas Variasi : Skala rotameter up down

4. Penentuan Kecepatan Superficial Minimum Fluidisasi Cair Data

Skala rotameter

1 2 3

5. Penentuan Efisiensi Pemisahan Fluidisasi Cair Komposisi

Massa (gram) Umpan

produk atas

produk bawah

Volum air (L)

waktu (s)

6. Penentuan Kecepatan Terminal Partikel Data

Jarak (cm)

Waktu (s)

1 2 3

FLU

18


Fluidisasi

7. Penentuan Kecepatan Superficial Minimum Fluidisasi Cair Data

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3

B. PROSEDUR PERHITUNGAN 1. Penentuan diameter partikel d

p



d

p1

 d

p2

2

dengan dp1 dan dp2 merupakan ukuran mesh, dimana mesh yang lebih kecil meloloskan partikel sedangkan mesh yang lebih besar tidak.

2. Penentuan densitas partikel maqua dm V𝑝𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

= [m piknometer + aqua dm] – m piknometer kosong 𝑚 𝑎𝑞𝑢𝑎 𝑑𝑚 = 𝜌𝑎𝑞𝑢𝑎 𝑑𝑚 = [m pikno + tipol] – mpikno kosong

mtipol Vtipol

= Vpiknometer 𝑚𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙 = 𝑉𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙

𝜌𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙

m partikel

= [m piknometer + partikel] – m piknometer kosong

m tipol

= [m piknometer + partikel+ tipol] – m piknometer + partikel 𝑚𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙 = 𝜌𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙

𝑉𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙

= V piknometer – V tipol 𝑚𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙 = 𝑉𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙

V partikel 𝜌𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙

3. Penentuan viskositas air keran 𝜇 = 𝜇𝑜

FLU

𝜌𝑡 𝜌𝑜 𝑡𝑜 19


Fluidisasi

4. Kalibrasi rotameter Akolom

=

laju alir (v)

=

1 𝜋 𝑑𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 2 4 𝑉 𝐴𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 . 𝑡

5. Penentuan void fraction Vunggun

= Apenampang x L mp = ρp

Vpartikel

ε

Vunggun− Vpartikel

=

Vunggun

6. Penentuan bilangan Reynold 𝑅𝑒𝑚𝑓

=

𝜌𝑓 𝑥 𝑢𝑚𝑓 𝑥 𝑑𝑝 𝜇𝑓

Asumsi Wen Yu d p .U

mf



.

g

 [(3 3, 7 )

2

 0, 0408

d

3 p

. g ( 



s

 g )g

2

1

] 2  3 3, 7

7. Penentuan kecepatan minimum fluidisasi a. Persamaan Ergun Untuk laminer (Re < 20) ( s .d p ) (  2

U

mf



s

  g ) g .

1 5 0  (1  

mf

3 mf

)

Untuk turbulen (Re > 1000) 𝑈𝑚𝑓

2

𝑑𝑝 ( 𝑃𝑠 − 𝑃𝑔 )𝑔 𝜀𝑚𝑓 3 = 1,75 𝑃𝑔

b. Persamaan Wen Yu U

FLU

mf



d

2 p

(

s

 g )g

1650

g

20


Fluidisasi

8. Penentuan efisiensi pemisahan 𝜂𝑝𝑒𝑚𝑖𝑠𝑎ℎ𝑎𝑛

=

𝑚𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑎𝑡𝑎𝑠 𝑚𝑢𝑚𝑝𝑎𝑛

𝑥 100 %

C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR 1. Densitas dan Viskositas Air

Tabel 6.1 Densitas dan Viskositas Air

T (°C)

ρ (kg/m3)

μ (cp)

20

998,23

1,0050

25

997,08

0,8937

30

995,68

0,8007

Sumber: Geankoplis (1993)

2. Densitas dan Viskositas Udara Tabel 6.2 Densitas dan Viskositas Udara

T (°C)

ρ (kg/m3)

μ x 105 (Pa.s)

0

1,293

1,72

10

1,246

1,78

37,8

1,137

1,90

Sumber: Geankoplis (1993)

3. Diameter Mesh Ayakan

Tabel 6.3 Diameter Ayakan

No. Mesh

d (μm)

20

833

35

417

48

295

65

208

100

147

Sumber : Kunii dan Levenspiel (1991)

FLU

21

MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA FLUIDISASI [FLU]

Recommend Documents