Perpindahan Panas Pada Bubble Coloumn Rizza

NAMA : RIZZA FADILLAH FITRINIM : 03031181320013 SHIFT : RABU JAM 10.00KELOMPOK : 4

Perpindahan Panas Pada Bubble Column

Alat penukar kalor merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan

panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke fluida yang temperaturnya

lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan

tidak langsung. Maksudnya ialah :

a) Alat penukar kalor kontak langsung Pada alat ini fluida yang panas akan

bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam

suatu bejana atau ruangan. Misalnya ejector, daerator dan lain-lain.

b) Alat penukar kalor kontak tak langsung Pada alat ini fluida panas tidak

berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses

perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara, seperti pipa, plat, atau

peralatan jenis lainnya. Misalnya kondensor, ekonomiser air preheater dan lain-

lain.

Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu

tempat ke tempat lainnya sebagai akibat dari perbedaan temperatur antara tempat-

tempat tersebut. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara

yaitu secara konduksi, konveksi, radiasi.

Konduksi adalah perpindahan energi thermal dari daerah dengan temperatur

lebih tinggi ke daerah dengan temperatur yang lebih rendah, yang terjadi akibat

interaksi molekuler terhadap medium atau perpindahan panas yang terjadi akibat

agitasi molekuler terhadap material tanpa adanya pergerakan dari material itu sendiri.

Transfer energi tersebut pada umumnya terjadi akibat elastic impact pada

fluida atau dapat disebabkan oleh free electron diffusion pada metal atau phonon

vibration pada insulators. Dengan kata lain, panas ditransferkan secara konduksi

ketika atom yang berdekatan bergerak berlawanan dengan atom lainnya atau elektron

berpindah dari satu atom ke atom lainnya. Kemungkinan terjadinya konduksi pada

padatan/solid lebih besar, dimana letak atom-atomnya lebih rapat dan konstan.

Sedangkan pada liquid (kecuali liquid metals) dan gas, molekulnya memiliki jarak

http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Free_electron_diffusion&action=edit

http://en.wikipedia.org/wiki/Phonon

http://en.wikipedia.org/wiki/Phonon


yang berjauhan, sehingga lebih kecil kemungkinan terjadinya perpindahan energi

thermal. Faktor-faktor yang menyebabkan keberhasilan proses perpindahan panas

secara konduksi adalah:

1. Terjadinya perpindahan energi kinetik/gerak atau dapat berupa elektron-elektron

bebas.

Pergerakan energi kinetik ini didasarkan atas perbedaan suhu yang terjadi,

perpindahannya terjadi dari temperatur yang lebih tinggi menuju ke medium

dengan temperatur yang lebih rendah.

2. Terjadinya perbedaan temperatur

Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara 2 bagian

benda. Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih

rendah.

3. Konduktivitas termal suatu bahan

Konduktivitas termal suatu bahan merupakan fungsi dari temperatur. Sehingga

semakin besar konduktivitas termalnya, maka semakin baik pula bahan tersebut

dalam menghantarkan panas dan semakin besar laju perpindahan panasnya.

4. Kerapatan massa

Untuk meningkatkan proses perpindahan panas maka perlu juga meningkatkan

kerapatan massanya, karena energi yang hilang akibat gesekan reletif lebih kecil

daripada energi yang dibutuhkan sehingga pengaruh yang merugikan ini jarang

diperhitungkan.

Sedangkan untuk fluida yang rapat massanya rendah seperti gas, penambahan

energi mekanik dapat lebih besar dari laju panas yang dipertukarkan. Pada sistem

pembangkit daya termal, energi mekanik dapat mencapai 4 sampai 10 kali energi

panas yang dibutuhkan. Apabila kerapatan suatu bahan sangat besar, maka jarak

antar partikel sangat dekat. Hal ini sangat memudahkan perpindahan energi

termal/kinetik ataupun elektron bebas antar partikel.

5. Luas penampang


Semakin besar luas penampang yang digunakan dalam tranfer panas ini, maka

semakin besar pula kalor yang dibutuhkan, hal ini berarti akan semakin besar

energi yang diperlukan. Lain halnya apabila luas penampang yang digunakan

kecil, maka laju perpindahan panas lebih cepat.

Bubble tower dapat didefinisikan sebagai suatu alat atau peralatan yang dapat

menampung gas atau cairan atau fluida hasil absorpsi gas dalam liquid yang

berbentuk bubble atau gelembung-gelembung. Sebuah reaktor kolom gelembung

adalah alat yang digunakan untuk reaksi gas-cair yang pertama kali diterapkan oleh

Helmut Gerstenberg. Ini terdiri dari kolom silinder yang diatur vertikal. Pemasukkan

gas terjadi di bagian bawah kolom dan menyebabkan aliran turbulen untuk

memungkinkan pertukaran gas yang optimal.

Bubble column dibangun dalam berbagai bentuk konstruksi. Pencampuran

dilakukan oleh Sparging gas dan membutuhkan energi yang lebih kecil daripada

pengadukan mekanis. Cairan tersebut bisa dalam aliran paralel atau counter-current.

Reaktor kolom gelembung yang ditandai dengan kandungan cairan yang tinggi dan

permukaan fase moderat batas. Kolom gelembung ini sangat berguna dalam reaksi

dimana reaksi gas-cair lambat dalam kaitannya dengan tingkat penyerapan. Ini adalah

kasus untuk gas-cair reaksi dengan bilangan Hatta Ha <0,3.

Reaktor kolom gelembung digunakan dalam berbagai jenis reaksi kimia

seperti oksidasi basah, atau sebagai bioreaktor alga. Karena komputerisasi desain

kolom gelembung terbatas pada proses parsial, pengalaman dalam pemilihan jenis

kolom tertentu masih berperan penting.

Bubble tower terdiri atas bubble column yang merupakan tempat kontraktor

dimana gas didispersikan ke dalam fase cairan atau liquid. Sehingga bubble tower

merupakan suatu alat yang mengambil bagian penting dalam proses absorpsi gas

dalam liquid yang dilakukan. Secara umum proses absorpsi dilakukan menggunakan

kontaktor gas-cair.

Perpindahan massa kontaktor gas-cair diperoleh dengan kontak langsung dan

dispersi satu fasa ke fasa yang lainnya. Kontaktor yang digunakan dalam industri


diklasifikasikan ke dalam tiga kategori tergantung pada fasa terdispersinya, yaitu

seperti disebutkan berikut ini :

1. Kontaktor dimana cairan mengalir sebagai film tipis (contoh: packed column, disc

contactors, dll).

2. Kontaktor dimana gas didispersikan ke dalam fasa cairan (contoh: plate column,

bubble column, mechanically agitated contactors, dll).

3. Kontaktor dimana cairan didispersikan ke dalam fasa gas (contoh: spray column,

venturi scrubbers, dll).

Sebuah reaktor kolom gelembung yang terdiri dari :

1) Setidaknya satu perangkat penyebaran untuk menyebarkan setidaknya oksigen ke

dalam fasa cair, disebutkan perangkat penyebaran memiliki dinding berpori, dan

port ulir luar, luas permukaan menyebabkan penyebaran perangkat menjadi 1,6

kali lebih besar dari luas penampang dari bubble column dan mengatakan

perangkat penyebaran yang secara vertikal dipasang di kolom gelembung,

mengatakan dinding berpori memiliki pori-pori yang terbentuk di dalamnya untuk

memberikan perangkat pendispersi oksigen yang permeable. kolom gelembung

memiliki Rasio tinggi terhadap diameter lebih besar dari 10;

2) piring mounting untuk memungkinkan penyebaran mengatakan perangkat yang

akan dipasang secara vertikal atasnya, mounting plate memiliki port inlet gas

yang terhubung ke port yang berulir luar dari perangkat penyebaran, dan

3) A head plate 8 digunakan untuk menutupi kolom gelembung 4 dan memiliki port

9 untuk pengambilan sampel, gas buang dan sensor. Reaktor kolom gelembung

menurut penemuan ini memberikan keuntungan karena dapat menghasilkan

gelembung ukuran kecil, sehingga meningkatkan waktu tinggal fasa gas bahkan di

bawah kecepatan gas yang relatif tinggi dan juga viskositas yang relatif tinggi

reaktan cair, dengan demikian meningkatkan kinerja perpindahan massa reaktor.

Namun, reaktor gelembung konvensional kolom memiliki kelemahan, bahwa

kinerja reaktor menurun tajam dengan kecepatan gas meningkat karena pembentukan

gelembung gas yang besar. Selain itu, ketika viskositas fase cair dalam reaktor relatif


tinggi, peningkatan ukuran gelembung menyebabkan penurunan yang signifikan di

daerah permukaan antara fasa gas dan fasa cair, sehingga menghasilkan tingkat

transfer massa menurun. Oleh karena itu, telah diperlukan untuk mengembangkan

suatu kolom gelembung peningkatan kinerja di mana kerugian atas dapat diatasi.

Kolom gelembung yang banyak digunakan dalam industri proses kimia dan

bioteknologi. Alasan penting untuk penggunaan yang luas ini adalah konstruksi

sederhana, tanpa bagian yang bergerak, dan efisiensi energi yang tinggi untuk transfer

massa. Hal ini tidak mengherankan jika banyak penelitian mengenai hal ini telah

diterbitkan, namun pemilihan bahan untuk penggunaan yang praktis masih agak sulit.

Untuk mengatasi masalah ini, dalam tinjauan ini, upaya yang dilakukan untuk

mengekstrak formula dan pedoman sesederhana mungkin berdasarkan bahan yang

tersedia saat ini.

Titik awalnya adalah mekanisme yang terjadi dalam kolom gelembung, yaitu

pembentukan gelembung, gelembung naik dan pola sirkulasi yang dihasilkan. Setelah

fenomena ini dipahami, transfer pencampuran dan panas dan massa yang jauh lebih

mudah untuk menangani. Pembentukan gelembung sebagian besar tergantung pada

jenis sparger, yang dapat dibagi menjadi tiga kelompok: lubang tunggal, cakram

berpori dan dua fase injectors.

Diameter gelembung asli bersama dengan kecepatan superfisial dan sifat cair

menentukan diameter gelembung, perampokan dan pola sirkulasi di kolom

gelembung. Gas perampokan, gelembung diameter kontrol KLA dan pola sirkulasi

menentukan perpindahan pencampuran dan panas. Hubungan sederhana berasal untuk

sistem model. Dengan menggunakan pendekatan mekanistik, pedoman diberikan

untuk cairan yang lebih kompleks. Kolom gelembung yang intensif digunakan

sebagai kontaktor multifase dan reaktor kimia, biokimia dan industri petrokimia.

Mereka menyediakan beberapa keuntungan selama operasi dan pemeliharaan seperti

panas tinggi dan laju perpindahan massa, dan biaya operasi dan pemeliharaan yang

rendah.


Reaktor kolom gelembung tiga fasa secara luas digunakan dalam reaksi

keteknikan, yaitu dengan adanya katalis dan dalam aplikasi biokimia di mana

mikroorganisme yang digunakan sebagai suspensi padat dalam rangka untuk

memproduksi Bioproducts industri. Investigasi parameter desain mencirikan operasi

dan fenomena perpindahan dari kolom gelembung telah menyebabkan pemahaman

yang lebih baik dari sifat hidrodinamika, panas dan mekanisme perpindahan massa

dan karakteristik rezim aliran yang sedang berlangsung selama operasi.

1) Koefisien Perpindahan Panas

Kontrol termal dalam kolom gelembung sangat penting karena dalam kimia

dan proses biokimia, reaksi kimia biasanya disertai dengan pasokan panas (endoterm)

atau penghapusan (eksoterm) operasi. Oleh karena itu, perpindahan panas turbulen

dari dinding reaktor dan koil dimasukkan ke cairan telah menjadi topik dari banyak

penelitian dalam literatur. Kolom gelembung telah diadopsi secara luas dalam

produksi industri dan operasi karena tingkat perpindahan panas tinggi. Perpindahan

panas dalam tingkat gas-cair kolom gelembung dilaporkan secara umum 100 kali

lebih besar dari pada aliran satu fasa. Banyak studi hidrodinamika menyelidiki

perpindahan panas antara tujuan pemanasan dan aliran sistem untuk memahami

dampak dari struktur hidrodinamik pada transfer panas untuk meningkatkan desain

dan pengoperasian reaktor kolom gelembung.

Literatur penelitian melaporkan pada pengukuran perpindahan panas dalam

dua dan tiga fase sistem dapat dibagi menjadi:

a. estimasi koefisien perpindahan panas dari bed ke dinding

b. estimasi koefisien perpindahan panas objek terbenam ke bed.

Perpindahan panas bed ke dinding diselidiki secara rinci oleh Kato et al.

Penyelidikan perpindahan panas dari objek terbenam-ke-bed telah dilaporkan oleh

sejumlah peneliti. Sebagian besar penelitian sebelumnya tentang perpindahan panas

dalam kolom gelembung pada steady state waktu perpindahan panas rata-rata dari

objek terbenam ke bed dan bed ke dinding. Chen et al. melaporkan bahwa


penggunaan koefisien perpindahan panas rata-rata menyebabkan hilangnya informasi

yang berkaitan dengan efek dari dinamika gelembung seketika dalam perpindahan

panas. Kumar et al., Li dan Prakash dan Cho et al. adalah beberapa studi terbaru

berdasarkan pengukuran koefisien perpindahan panas lokal seketika. Kawase and

Moo-Young mengembangkan theoretical model, yang bisa digunakan pada kedua

kasus Newton dan non-Newtonian. Model mereka didasarkan pada peningkatan

perpindahan panas bergolak dalam reaktor kolom gelembung di mana perpindahan

panas karena shearthinning media telah diselidiki. Pengukuran koefisien perpindahan

panas pada umumnya membutuhkan sumber panas dan pengukuran suhu permukaan

dan bed.

Untuk memperkirakan perpindahan panas lokal seketika koefisien h (W/m2)

untuk sistem objek-bed panas misalnya, perbedaan suhu antara permukaan probe dan

bulk, DT dan transfer fluks panas yang sesuai, Q (W/m2) harus diukur. Hubungan

berikut dapat diterapkan: h ¼ Q DT

Banyak literatur korelasi ada untuk estimasi koefisien perpindahan panas yang

dapat diterapkan untuk kolom gelembung dua fase dan kolom gelembung slurry tiga

fase. Parameter dasar yang mempengaruhi perpindahan panas terutama kecepatan

gas, ukuran partikel dan konsentrasi, viskositas cairan, kepadatan partikel, aksial /

lokasi radial probe perpindahan panas dan dimensi kolom.

2) Superfisial Kecepatan Gas

Pengaruh kecepatan gas pada koefisien perpindahan panas dalam dua dan tiga

fase sistem telah banyak diselidiki. Umumnya, itu menunjukkan bahwa pengenalan

gas di dalam cairan atau cairan-padat ke bed meningkatkan turbulensi di

themediumand demikian meningkatkan koefisien perpindahan panas tersebut. Selain

itu, kecepatan gas yang lebih tinggi hanya meningkatkan transfer panas lebih banyak.

Oleh karena itu, meskipun sifat sistem, kondisi operasi dan pengukuran

teknis-Ques berbeda, banyak penelitian melaporkan bahwa peningkatan koefisien

perpindahan panas dengan peningkatan kecepatan superfisial gas N. Kantarci et al.


Proses Biokimia terlepas dari sifat fasa padat (diameter, bentuk, dan konsentrasi) atau

sifat fasa cair (densitas, viskositas, dll). Studi juga menunjukkan bahwa tingkat

kenaikan koefisien perpindahan panas dengan kecepatan gas lebih jelas pada

kecepatan gas rendah, dan lebih bertahap pada kecepatan gas yang lebih tinggi.

Pengaruh sifat fasa cair dalam perpindahan panas, terutama dampak dari viskositas

cairan telah dilaporkan dalam beberapa penelitian. Koefisien perpindahan panas

ditemukan menurun dengan viskositas cairan meningkat dalam tiga fase sistem

fluidized terlepas dari ukuran partikel. Ini sebenarnya disebabkan oleh turbulensi

yang lebih rendah dicapai dalam media kental.

Pengaruh ukuran partikel dan konsentrasi terhadap koefisien perpindahan

panas telah diteliti oleh banyak peneliti baik pada tiga fase kolom gelembung dan

fluidized bed. Dalam tiga fase fluidized bed, koefisien perpindahan panas meningkat

dengan ukuran partikel pada kecepatan gas rendah (<5 cm / s). Pada kecepatan gas

yang lebih tinggi, ia melewati nilai minimum pada ukuran partikel sekitar 1,5 mm.

Secara umum, pengaruh ukuran partikel pada koefisien perpindahan panas itu

diabaikan pada ukuran partikel lebih besar dari 3,0 mm, terutama pada kecepatan gas

yang tinggi.

Beberapa penelitian melaporkan bahwa koefisien perpindahan panas

meningkat dengan meningkatkan konsentrasi slurry. Alasan yang diberikan untuk itu

adalah perubahan termo-sifat fisik dari slurry dengan pengenalan padat dan juga

meningkatkan nilai tukar elemen fluida pada permukaan probe yang dipanaskan

karena gerakan partikel padat. Selain itu, perubahan sifat gelembung dengan

tambahan padatan juga perlu diperhitungkan. Penambahan zat padat dan

meningkatkan konsentrasi padatan meningkatkan koalesensi gelembung yang

mengarah pada pembentukan gelembung ukuran yang lebih besar dengan kecepatan

kenaikan tinggi.

Sebagai fakta, penambahan padatan menyebabkan ukuran gelembung yang

lebih besar dengan kecepatan induksi dan dengan demikian tingkat perpindahan

panas yang lebih tinggi kemungkinan besar akan diperoleh. Di sisi lain, Li dan


Prakash melaporkan kecenderungan yang berlawanan dengan Deckwer et al. Mereka

melaporkan bahwa meningkatkan konsentrasi padatan akan menurunkan koefisien

perpindahan panas. Hal ini dijelaskan oleh promosi viskositas medium dengan

peningkatan konsentrasi padatan yang pada gilirannya mengakibatkan penurunan

turbulensi dalam sistem.

3) Kolom dimensi dan kondisi operasi

Pengaruh diameter kolom dalam perpindahan panas diselidiki secara rinci

oleh Saxena et al. Para penulis melaporkan bahwa koefisien perpindahan panas yang

diukur dalam bubble column slurry dengan diameter yang lebih besar (30,5 cm) akan

selalu bernilai lebih besar daripada kolom dengan diameter yang lebih kecil (10,8

cm).

Mereka menganggap dengan hasil ini bahwa tingkat pencampuran yang lebih

tinggi akan dicapai pada kolom diameter yang lebih besar. Saxena et al. juga

melakukan eksperimen untuk mempelajari pengaruh temperatur bed terhadap

koefisien perpindahan panas. Dilaporkan bahwa dengan meningkatnya suhu koefisien

perpindahan panas juga meningkat. Chen et al. meneliti efek dari tekanan operasi

pada karakteristik perpindahan panas. Para penulis mengamati bahwa koefisien

perpindahan panas meningkat dengan meningkatnya tekanan.

Meringkas penyelidikan yang dibicarakan sejauh ini dalam perpindahan panas

secara umum dapat disimpulkan bahwa koefisien perpindahan panas meningkat

dengan meningkatnya suhu, kecepatan gas dangkal, dan ukuran partikel, bukan

dengan penurunan fungsi viskositas cairan dan kerapatan partikel. Ada dua

kesimpulan yang berlawanan untuk pengaruh konsentrasi solid pada koefisien

perpindahan panas. Beberapa penelitian melaporkan dengan meningkatkan

konsentrasi padatan maka akan dapat meningkatkan nilai koefisien perpindahan

panas, sementara beberapa laporan sebaliknya. Peningkatan koefisien perpindahan

panas dengan konsentrasi padatan meningkat telah dikaitkan dengan peningkatan

yang sesuai dari viskositas slurry yang menghasilkan ukuran gelembung yang lebih


besar dan gelembung besar akan mencapai kecepatan lebih tinggi sehingga terjadi

kenaikan tingkat panas yang ditransfer. Di sisi lain, hasil sebaliknya yang diperoleh

Li dan Prakash, dijelaskan oleh fakta bahwa turbulensi berkurang dengan peningkatan

viskositas dari sistem. Bahkan viskositas sistem dengan penambahan butiran inert-

seperti padatan tidak akan berubah secara signifikan terutama pada konsentrasi

rendah namun pasti dapat dikatakan bahwa kehadiran padatan hanya menghilangkan

panas dari permukaan objek yang dipanaskan dan dengan cara tertentu meningkatkan

turbulensi dalam sistem. Profil aksial pengukuran perpindahan panas menunjukkan

bahwa koefisien perpindahan panas di wilayah massal lebih tinggi daripada di

wilayah distributor. Koefisien perpindahan panas di tengah kolom lebih besar dari

dinding dekat karena fakta bahwa gelembung besar mengumpul di pusat dan mereka

lebih efektif dalam meningkatkan perpindahan panas dalam sistem.

Posisi probe perpindahan panas dalam kolom juga dilaporkan untuk

mengubah nilai-nilai koefisien perpindahan panas. Dengan demikian, beberapa

penelitian dilakukan dengan menempatkan probe perpindahan panas di lokasi aksial /

radial berbagai kolom dan menentukan nilai-nilai yang sesuai dari koefisien

perpindahan panas di lokasi tersebut. Bahkan, panas aksial perbedaan pengukuran

transfer dalam batang kolom dari jarak pengukuran untuk distributor gas dan

perbedaan radial dari populasi gelembung. Saxena et al. dibandingkan koefisien

perpindahan panas di dua lokasi aksial berbeda. Probe berada di 2,9 dan 0,52 m dari

distributor. Hasilnya menunjukkan bahwa koefisien perpindahan panas pada 2,9 m

yang sistematis lebih tinggi dari pada m 0,52. Hal ini disebabkan pengaruh wilayah

distributor. Ketinggian 0,52 m dari bawah kurang dari dua kali diameter kolom

(0,305 m) sesuai untuk wilayah berkembang untuk pertumbuhan gelembung dan pola

aliran fasa cair. Pengaruh wilayah distributor dilaporkan biasanya untuk

memperpanjang hingga tiga atau empat kali diameter kolom.


Daftar Pustaka

Setyono, A.2010.Reaktor Bubble Coloumn.

(Online):http://lab.tekim.undip.ac.id/proses/2010/03/04/hidrodinamika-reaktor/.

(Diakses pada tanggal 14 September 2015)

Munandar, A.2011. Perpindahan Panasa pada Reaktor Bubble Coloumn. (Online):

http://Andi.Munandar.blogspot.com/Perpindahan-panas-pada-reaktor-bubble-

coloumn/. (Diakses pada tanggal 14 September 2015)

Buku fenomena perpindahan

http://Andi.Munandar.blogspot.com/Perpindahan-panas-pada-reaktor-bubble-coloumn/

http://Andi.Munandar.blogspot.com/Perpindahan-panas-pada-reaktor-bubble-coloumn/

Documents

Perpindahan Panas Pada Bubble Coloumn Rizza