Fluidisasi

FluidisasiDefinisiFluidisasiadalahmetodapengontakanbutiran-butiranpadatdenganfluidabaikcairmaupun gas. Denganmetodainidiharapkanbutiran-butiranpadatmemilikisifatsepertifluidadenganviskositastinggi

Sistemoperasiditeknikkimiaygmenggunakanmetodefluidisasi : Reaktor (fluidized bed reactor), pengeringan (fluidized bed dryer), dantransportasipartikelContoh

Fenomena yang dapatterjadipadaprosesfluidisasi

6

Faktor2 ygmempengaruhifenomenafluidisasiLajualirfluidadanjenisfluidaUkuranpartikeldanbentukpartikelJenisdandensitaspartikelPorositasunggunDistribusialiranDistribusibentukukuranfluidaDiameter kolomTinggiunggun

Karakteristikfluidisasi idealGaris A-B menunjukkanhilangtekanpadadaerahunggundiamGaris D-C menunjukkankeadaandimanaunggunterlahterfluidakanGaris D-E menunjukkanhilangtekandalamdaerahunggundiampadawaktumenurunkankecepatanalirfluida

HilangtekandalamunggundiamUntukaliranlaminerkehilanganenergidapatdisebabkanolehgaya viscous

Dimana P/L = hilangtekan per tinggiunggungc = faktorgravitasi = viskositasfluida = porositasunggunu = kecepatanalirsuperfisialfluidaS = luaspermukaanspesifikpartikel

Sehinggapersamaantersebutmenjadi :

Hargakonstantak

Untukaliranturbulen, persamaantersebuttidakdapatdigunakanlagisehingga Ergun menurunkanpersamaanygmenggambarkankehilangantekananmerupakangabungandari viscous losses dan kinetic energy loss.

Dimana k1 = 150 dan k2 = 1.75Padakeadaanekstrim, yaitubila :Aliranlaminer (Re1000), viscous losses dapatdiabaikan, sehingga

Hilang tekan pada fluidized bedPersamaanygmenggambarkanhubungandanudinyatakandenganpersamaan Ergun

Dimanafadalahporositasunggunpadakeadaanterfluidisasi. Padakeadaanini partikel2 zatpadat seolah2 terapungdidalamfluidasehinggaterjadikesetimbanganantaraberatpartikeldengangayaseretdangayaapungdarifluidadisekelilingnya

Kecepatanfluidisasi minimumKecepatan minimum fluidisasi (Umf) adalahkecepatansuperfisialfluida minimum dimanafluidisasimulaiterjadi. BesaranUmfdiperolehdenganmengkombinasikanpersamaan Ergun denganpersamaanneracamassapadaunggunterfluidisasi, menjadi :

aliranlaminer (Re < 20)

Padaaliranturbulen (Re > 1000)

14ContohsoalReaktor fluidisasimenggunakankatalispadatdengandiameterpartikel 0,1 mm, rapatmassa 1,50 g/ml, sperisitas 0,92. Padakondisiunggundiam, porositas 0,35, tinggiunggun 2 m. Gas masukdaribagianbawahreaktorpadasuhu 600oC, tekanan 1 atm padaviskositas 0,025 cPsertarapatmassa 0,22 lb/cuft. Padafluidisasi minimum, porositastercapaipada 0,45. Bila fluidisasikatalispadaporositas 0,52, tentukankecepatan minimum gasmasukkolomfluidisasi!

APLIKASI FLUIDISASISistem operasi dalam proses kimia yang menggunakan konsep fluidisasi:Reaktor (fluidized bed reactor)Pengeringan (fluidized bed drier)Transportasi partikelReaktor (fluidized bed reactor)

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

PENGERTIAN FLUIDISASI

Unggun diamBila suatu fluida cair atau gas dialirkan melalui unggun (tumpukan partikel padat), penurunan tekanan (pressure drop) fluida akibat dari hambatan partikel padat mengikuti persamaan Ergun:

Porositas unggun: 0,55 0,75P1P2P = P1 - P2P2 < P1PERSAMAAN ERGUN ?fS = sphericity, perbandingan luas permukaan bola terhadap luas partikel sesungguhnya pada volume yang samae=bed porosity, perbandingan volume rongga/sela unggun terhadap volume unggun Vo=superficial velocity, Vo = V.e, V = laju alir rata-rataL=tinggi unggunr=density fluidaDp=diameter partikel

PENGERTIAN FLUIDISASI (CONT.)

Unggun diamUnggun terfluidakanJika 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 meningkatP konstanPENGERTIAN 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 sempurnaFLUIDISASI MINIMUM

Pressure drop unggun diam:Pressure drop unggun terfluidakan:LAJU ALIR SEMU GAS PADA FLUIDISASI MINIMUM

NRe,P < 1

NRe,P > 1000

Dua kondisi ekstrimLAJU ALIR SEMU GAS PADA FLUIDISASI MINIMUM (cont.)Bilangan Reynold partikel :

DP= diameter partikelUt= terminal velocity= density fluida= viskositas fluida

NRe,P < 1000NRe,P = 1000 - 20000Rasio terminal velocity terhadap kecepatan fluidisasi minimum

Aliran laminer, NRe,P < 1 dan ukuran partikel sangat kecil:NRe,P > 1000 dan DP > 1 mmCONTOH KASUS 1Reaktor 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 1cgsbritishDiameter partikel, DP0,1 mm0,013,28 x 10-4Rapat massa partikel, P1,50 g/ml1,593,645Sperisitas, 0,920,920,92Porositas unggun diam, D0,350,350,35Tinggi unggun diam, LM2 m2006,56Temperatur gas, T600 oCTekanan gas, P1 atmViskositas gas, 0,025 cP0,000251,68 x 10-5Rapat massa gas, g0,22 lb/cuft0,0035240,22Porositas fluidisasi minimum, M0,450,450,45Porositas terfluidakan, 0,520,520,52Gravitasi, g980,66532,174PENYELESAIAN KASUS 1

TIPE FLUIDISASIParticulate FluidizationAggregative / Bubbling Fluidization

Pressure drop yang besarnya konstan per satuan tinggi unggun

PARTICULATE FLUIDIZATIONPrediksi 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 FLUIDIZATIONEkspansinya secara gumpalan dengan aliran gelombangHubungan antara fraksi ruangan yang terisi phase gumpalan dan kecepatan:tb= fraksi ruang yang terisi oleh gelembung ub= kecepatan gelembung rata-rata

UdaraLDPABLCDPFixed bedFluidized bedVOMSuperficial velocity, VOPressure drop dan tinggi bed