F L U I D I S A S I APLIKASI FLUIDISASI PENGERTIAN FLUIDISASI LAJU ALIR PADA FLUIDISASI MINIMUM (VOM) TIPE FLUIDISASI FLUID-SOLID CONVEYING; PNEUMATIC CONVENYING

APLIKASI FLUIDISASI Sistem operasi dalam proses kimia yang menggunakan konsep fluidisasi: Reaktor (fluidized bed reactor) Pengeringan (fluidized bed drier) Transportasi partikel

Reaktor (fluidized bed reactor) i-dimethyl-benzen ammoxidation to IPN two stage turbulent fluidized bed reactor (500 ton/a) 2 unit Naphthalene oxidation to phenly acetate turbulent fluidized bed reactor (20 KT/a) 10 unit HCl and acetylene to vinyl C2H3Cl multistage fluidized bed reactor (3 KT/a,100KT/a) 3 unit

Reaktor (fluidized bed reactor) HCl and oxygen to Cl2 multistage fluidized bed reactor (300 tone/a) 1 unit

Dryer (fluidized bed dryer)

Dryer (fluidized bed dryer)

Dryer (fluidized bed dryer)

TUJUAN INSTRUKSIONAL Mahasiswa dapat : Menjelaskan prinsip fluidisasi Menjelaskan parameter-parameter proses dalam fluidisasi Menjelaskan fluidisasi minimum Menjelaskan tipe fluidisasi Menjelaskan prinsip Pneumatic conveying untuk transportasi sebuk padat Menjelaskan tipe aliran dalam pneumatic conveying Menggunakan persamaan/korelasi matematik fluidisasi untuk perancangan dan manipulasi kelakuan proses

PENGERTIAN FLUIDISASI Bila suatu fluida cair atau gas dialirkan melalui unggun (tumpukan partikel padat), penurunan tekanan (pressure drop) fluida akibat dari hambatan partikel padat mengikuti persamaan Ergun: P2 < P1 P1 Porositas unggun: 0,55 – 0,75 P = P1 - P2 Unggun diam

PERSAMAAN ERGUN ? fS = sphericity, perbandingan luas permukaan bola terhadap luas partikel sesungguhnya pada volume yang sama e = bed porosity, perbandingan volume rongga/sela unggun terhadap volume unggun Vo = superficial velocity, Vo = V.e, V = laju alir rata-rata L = tinggi unggun r = density fluida Dp = diameter partikel

PENGERTIAN FLUIDISASI (CONT.) Jika laju fluida (aliran gas) dinaikkan maka pressure drop oleh tahanan partikel padat juga meningkat. Jika laju alir fluida terus ditingkatkan, partikel padat mulai tergerak dan terangkat sampai terjadi suspensi sempurna (fluidized bed) P meningkat P konstan Unggun diam Unggun terfluidakan

PENGERTIAN FLUIDISASI (CONT.) Bila laju alir fluida dinaikkan lagi, maka partikel zat padat akan ikut mengalir seperti fluida, yang biasanya dimanfaatkan untuk transportasi zat padat bentuk partikel halus (pneumatic convenyor)

PRESSURE DROP DAN TINGGI UNGGUN A = partikel masih diam; B = saat mulai terfluidakan / fluidisasi menurun; BC = fluidisasi sempurna

FLUIDISASI MINIMUM Pressure drop unggun diam: Pressure drop unggun terfluidakan:

LAJU ALIR SEMU GAS PADA FLUIDISASI MINIMUM Dua kondisi ekstrim NRe,P < 1 NRe,P > 1000

LAJU ALIR SEMU GAS PADA FLUIDISASI MINIMUM (cont.) Bilangan Reynold partikel : NRe,P < 1000 DP = diameter partikel Ut = terminal velocity  = density fluida  = viskositas fluida NRe,P = 1000 - 20000

Rasio terminal velocity terhadap kecepatan fluidisasi minimum Aliran laminer, NRe,P < 1 dan ukuran partikel sangat kecil: NRe,P > 1000 dan DP > 1 mm

CONTOH KASUS 1 Reaktor fluidisasi menggunakan katalis padat dengan diameter partikel 0,1 mm, rapat massa 1,50 g/ml, sperisitas 0,92. Pada kondisi unggun diam, porositas 0,35, tinggi unggun 2 m. Gas masuk dari bagian bawah reaktor pada suhu 600oC, tekanan 1 atm pada viskositas 0,025 cP serta rapat massa 0,22 lb/cuft. Pada fluidisasi minimum, porositas tercapai pada 0,45. Bila fluidisasi katalis pada porositas 0,52, tentukan laju alir semu gas masuk kolom fluidisasi !

PENYELESAIAN KASUS 1 cgs british Diameter partikel, DP 0,1 mm 0,01 3,28 x 10-4 Rapat massa partikel, P 1,50 g/ml 1,5 93,645 Sperisitas,  0,92 Porositas unggun diam, D 0,35 Tinggi unggun diam, LM 2 m 200 6,56 Temperatur gas, T 600 oC Tekanan gas, P 1 atm Viskositas gas,  0,025 cP 0,00025 1,68 x 10-5 Rapat massa gas, g 0,22 lb/cuft 0,003524 0,22 Porositas fluidisasi minimum, M 0,45 Porositas terfluidakan,  0,52 Gravitasi, g 980,665 32,174

PENYELESAIAN KASUS 1

TIPE FLUIDISASI Particulate Fluidization Aggregative / Bubbling Fluidization Pressure drop yang besarnya konstan per satuan tinggi unggun

PARTICULATE FLUIDIZATION Prediksi 3/(1- ) proporsional dengan V0 pada harga yang lebih besar dari V0M L = tinggi unggun LM = tinggi unggun minimum

Profile of bed expansion in particulate fluidization

Variation of porosity with fluid velocity in fluidized bed

Exponent in correlation for bed expansion

AGGREGATIVE/BUBBLING FLUIDIZATION Ekspansinya secara gumpalan dengan aliran gelombang Hubungan antara fraksi ruangan yang terisi phase gumpalan dan kecepatan: tb = fraksi ruang yang terisi oleh gelembung ub = kecepatan gelembung rata-rata

Latihan mandiri Reaktor fluidisasi menggunakan katalis padat dengan diameter partikel 0,25 mm, rapat massa 1,50 g/ml, sperisitas 0,90. Pada kondisi unggun diam, porositas 0,35, tinggi unggun 2 m. Gas masuk dari bagian bawah reaktor pada suhu 600oC pada viskositas 0,025 cP serta rapat massa 0,22 lb/cuft. Pada fluidisasi minimum, porositas tercapai pada 0,45. Hitung Hitung a. Laju alir semu minimum (VM) gas masuk kolom fluidisasi ! b. Tinggi unggun jika Vo = 2 VM c. Pressure drop pada kondisi Vo = 2,5 VM 1 m = 3,28084 ft 1 g/ml = 62,43 lbm/ft3 1 cp = 6,7197 × 10-4 lbm/ft.s gc = 32,174 ft/s2