1. LABORATORIUM SATUAN OPERASI
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013
MODUL : FLUIDISASI PADAT GAS
PEMBIMBING : Ir. Emmanuella M.W., ST,MT
Oleh :
Kelompok : V (lima)
Nama : Agi Iqbal Velayas NIM.111411032
Iffa Ma’rifatunnisa NIM.111411046
Kelas : 2B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
Praktikum : 7 Maret 2013
Penyerahan : 14 Maret 2013
(Laporan)
LABORATORIUM SATUAN OPERASI
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013
MODUL : FLUIDISASI PADAT GAS
PEMBIMBING : Ir. Emmanuella M.W., ST,MT
Oleh :
Kelompok : V (lima)
Nama : Agi Iqbal Velayas NIM.111411032
Iffa Ma’rifatunnisa NIM.111411046
Kelas : 2B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
Praktikum : 7 Maret 2013
Penyerahan : 14 Maret 2013
(Laporan)
LABORATORIUM SATUAN OPERASI
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013
MODUL : FLUIDISASI PADAT GAS
PEMBIMBING : Ir. Emmanuella M.W., ST,MT
Oleh :
Kelompok : V (lima)
Nama : Agi Iqbal Velayas NIM.111411032
Iffa Ma’rifatunnisa NIM.111411046
Kelas : 2B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
Praktikum : 7 Maret 2013
Penyerahan : 14 Maret 2013
(Laporan)
2. FLUIDISASI GAS PADAT
I. TUJUAN PRAKTIKUM
a. Membuat kurva krakteristik fluidisasi
b. Menentukan rapat massa butiran padat
c. Menentukan harga kecepatan alir minimum Umf dari kurva karakterisik dan
dari perhitungan
d. Mengetahui pengaruh ukuran praktikel dan tinggi unggun terhadap Umf
II. LANDASAN TEORI
Fluidisasi adalah peristiwa dimanan berisi butiran padat berkelakuan sperti
fluida karena dialiri fluida. Manfaat dari sifat padatan yang terfluidisasi adalah
sifatnya yang dapat dialirkan sehingga memungkinkan operasi menggunakan padatan
dapat bersifat kontinyu. Selain itu keuntungan lain adalah dengan terangkatnya
butiran sampai mengapung ini membuat luas permukaan kontak sangat besar sehingga
operasi menjadi sangat efektif
Peristiwa fluidisasi digunakan dalam industri petrokimia dalam reaktor
cracking, katalis padat dalam butiran dapat diregenerisasi secara kontinyu dengan
mengalirkan katalis dari reaktor ke unit aktivasi katalis. Contoh pemakaian dari
reaktor ini adalah pembuatan alkil klorida dari gas klorin dengna olefin dan
pembuatan phthalic-anhidrid dari oksida naphtalena oleh gas udara.
Ketika fluida atau gas mengalir dengan laju kecil pada kolom bersisi unggun
padatan maka tekanan gas akan berkurang sepanjang unggun padatan. Apabila laju
alliran gas diperbesar terus maka besarnya penurunan tekanan gas sepanjang unggun
juga akan bertambah, hingga pada suatu saat dimana butiran padatan tersebut
terangkat oleh aliran gas makan penurunan tekanan menjadi tetap. Keadaan dimana
padatan terangkat sehingga tidak lagi berupa unggun diam disebut terfluidisasi,
artinya padatan tersuspensi dalam gas dan pada keadaan ini sifat dari padatan tidak
lagi seperti semula tetapi berubah seperti fluida, yaitu dapar dialirkan melalui pipa
maupun keran. Besarnya kecepatan minimum yang diperlukan untuk membuat
padatan unggun diam menjadi terfluindisasi tergantung beberapa faktor seperti
3. besarnya diameter padatan, porositas padatan, rapat masssa padatan dan faktor bentuk
dari butiran padat.
Log P A
D B
0 log Umf log U0
Gambar 1 : Grafik antara log (P) terhadap log (U0) pada peristiwa fluidisasi.
U0 = Kecepatan superfisial rata-rata fluida
P = Kehilangan tekanan pada unggun
Ditinjau sebuah kolom yang berisi unggun butiran padat yang disangga oleh
pelat berpori. Dari bawah melalui pelat berpori dialirkan fluida ( gas atau cairan )
melalui unggun. Fluida dialirkan ke dalam kolom dengan kecepatan atas dasar kolom
kosong. Uo artinya kecepatan rata-rata fluida dalam kolom kosong dengan luas
penampang sama dengan penampang unggun pada laju alir volume yang sama dengan
laju alir fluida dalam unggun.
Sehingga : Uo = Q/A
Dengan : Q = laju alir volume (m3
/s)
A = luas penampang kolom kosong (m2
)
Apabila Uo dinaikkan maka Δp mula-mula akan naik secara linear hingga titik
A (lihat gambar 2) dengan menaikkan Uo lebih lanjut Δp mendadak turun dan
akhirnya konstan. Timbulnya puncak di A pada grafik disebabkan karena gaya dorong
fluida tidak saja digunakan untuk mengangkat unggun tetapi juga untuk mengatasi
gaya penyusutan butiran yang diakibatkan oleh himpitan butiran kasar satu dengan
4. yang lainnya. Jika unggun tercerai satu sama lain Δp akan turun di titik B. Dengan
peningkatan kecepatan fluida, tinggi unggun juga meningkat, tetapi kehilangan
tekanan akan konstan. Dari kenyataan ini menunjukkan bahwa geomeri intern unggun
berubah tetutama mengenai porositas unggun (ε), yaitu fraksi ruang kosong dalam
unggun.
Apabila kecepatan Uo diturunkan maka tinggi unggun akan menurun juga
secara linear mulai titik D menuju O. Peristiwa ini disebabkan karena saat unggun
menurun partikel-partikel akan meletakkan dirinya secara perlahan-lahan satu di atas
lainnya tanpa pemadatan. Sehingga bila dari keadaan ini dimulai kembali suatu
fluidisasi, maka grafik O-A-B-C akan melalui titik-titik O-D-B-C. Hal ini disebabkan
karena tidak diperlukan lagi gaya dorong untuk mengatasi himpitan antar butiran yang
terjadi karena pemadatan.
Kondisi fluidisasi seperti di atas adalah kondisi fluidisasi ideal. Fluidisasi
demikian disebut fluidisasi homogen yang mensyaratkan :
Butiran partikel terdistribusi secara merata dalam unggun sehingga porositas
unggun merata di setiap tempat
Kerapatan partikel dan kerapatan fluida hampir sama
Bentuk partikel berupa bola.
Bentuk dan ukuran partikel sama dan kecil.
Pada kondisi yang sebenarnya, kondisi fluidisasi homogen sukar diperoleh,
khususnya bila fluida yang digunakan adalah gas, sehingga terjadi fluidisasi
heterogen. Tiga jenis fluidisasi heterogen, yaitu:
Penggelembungan (bubbling)
Kanal-kanal (channeling)
Penorakan (slugging)
Bubbling Channelling Slugging
Gambar 2 : Fluidisasi Heterogen
5. Pada kecepatan gas yang besar, akan tampak gelembung-gelembung gas dalam
unggun. Dalam keadaan demikian, unggun akan mengalami pengadukan oleh
gelembung naik. Bila kecepatan gas diperbesar maka beberapa gelembung akan
bergabung dan dapat terjadi gelembung besar yang memenuhi penampang kolom,
sehingga unggun akan mengalami pengadukan oleh gelembung naik. Bila kecepatan
gas diperbesar maka beberapa gelembung akan bergabung dan dapat terjadi
gelembung besar yang memenuhi penampang kolom, sehingga unggun akan terangkat
ke atas kemudian jatuh dengan tiba-tiba menyebabkan beberapa partikel halus terbawa
aliran gas keluar (fluidisasi berpiston, slugging). Peristiwa ini dapat terjadi bila
distributor gas di bagian bawah unggun mempunyai lubang sedikit, sehingga aliran
gas akan terlokalisasi dan terbentuk saluran-saluran (kanal) dalam unggun. Akibat
adanya fluidisasi heterogen menyebabkan kontak antara fluida dan padatan tidak
sempurna sehingga efisiensi operasi menjadi rendah.
Pada operasi fluidisasi :
7,330408,07,33 2
3
2
fpfpffp DUmD
……………(1.1)
Untuk keadaan khusus :
Nre < 20 ;
μ
Dvρ
=Nre
Umf =
1650
2
fppD
……………..………....(1.2)
Nre > 1000 ;
μ
Dvρ
=Nre
Umf =
f
fppD
5,24
……………..………..(1.3)
Dp = Diameter padatan (mm)
p = Rapat massa padatan (kg/m3
)
f = Rapat massa gas (kg/m3
)
Umf = Kecepatan gas minimum (m/dt)
G = grafitasi (m/dt2
)
= Viskositas gas (Ndt/m2
)
6. III. ALAT DAN BAHAN
3.1 Alat
Seperangkat peralatan fluidisasi Piknometer
3.2 Bahan
Bentonit (0,2775mm)
7. IV. LANGKAH PERCOBAAN
4.1 Penentuan massa jenis partikel
a. Piknometer yang sudah bersih ddan kering disiapkan
b. Piknometer kosong ditimbang
c. Pinometer diisi dengan air sampai penuh kemudian ditimbang dnegan neraca
d. Piknometer dikosongkan dan dikeringkan
e. Piknometer yang telah siap diisi dengna partikel padat yang akan digunakan
percobaan fluidisasi, yaitu polimer dengan ukuran partikel 0,200 s/d 0,355
sebanyak kurang lebih setengah volume kemudian timbang
f. Di isi pikno yang telah berisi butiran padat dengan air sampai penuh dan
timbang dengna neraca
4.2 Percobaan fluidisasi
a. Di nyalakan pompa udara dan atur kecepatan udara yang kecil, kemudian
pompa udara diamtikan
b. Di isi tabung dengna partikel padatan dengan ukuran partikel 0,200 s/d 0,355
stinggai 2,5 cm
c. Pompa dinyalakan dan dicatat selisih takanan dan laju alir
d. Laju alir udara dibesarkan dengna membuka keran secara bertahap dan ukur
selisih tekanan tiap kenaikan laju aki udara
e. Prosedur di ulangi dari a hingga d untuk ketinggian unggun 3,5 cm dan 4 cm
8. V. DATA PENGAMATAN
5.1 Pengukuran rapat massa partikel
Massa Berat partikel
(gram)
Piknometer kosong (a) 32,00
Pikno+air (b) 56,75
Pikno isi butiran (c) 42,55
Pikno+butiran+air (d) 62,29
5.2 Fluidisasi Partikel Berdiameter 0,200-0,355 mm
Diameter tabung = 5,5 cm
Laju
alir Q
(L/min)
∆ ( )
Unggun 2,5 cm Unggun 3,5 cm Unggun 4 cm
Naik Turun Naik Turun Naik Turun
5 1,4 1,3 2,2 2 - -
6 1,5 1,4 2,1 2 2,5 2,5
7 1,55 1,5 2,3 2,15 3 2,6
8 1,4 1,6 2,5 2,4 3,1 2,6
9 1,3 1,7 2,6 2,65 2,9 3
10 1,7 1,85 2,6 2,8 3 3
11 1,75 2 2,85 3 3 3,1
12 2 2 2,9 3 3 3,4
13 2,1 2,1 3 3 3,5 3,6
14 2,15 2,15 3 3 3,5 3,8
15 2,2 2,15 3 3 3,6 3,9
16 2,2 2,2 3 3 3,7 3,9
17 2,2 2,2 3 3,05 3,8 4
18 2,25 2,2 3 3,05 3,8 4
19 2,25 2,2 3 3,05 3,8 4
10. VI. PENGOLAHAN DATA
6.1 Menghitung luas permukaan tabung
Diameter tabung dalam = 5,5 cm
A =
1
4
D2
A =
1
4
(3,14)(5,25)2
= 23,75 cm2
A = 2,38 x 10-3
m2
6.2 Menghitung rapat massa partikel
a. Menghitung volume piknometer
Rapat massa air ρa (1 atm,250C) = 0,9971 gr/mL= 997,1 kg/m3
Massa air penuh = Piknometer isi air penuh (b) – Piknometer kosong (a)
= 56,75 gram – 32 liter
= 24,75 gram
= 0,02475 kg
Volume piknometer = Volume air penuh
Volume air penuh =
〵
=
,
, /
= 2,48 x 10-5
m3
b. Menghitung volume air pada pikno berisi padatan dan air sampai penuh
Rapat massa air ρa (1 atm,250C) = 0,9971 gr/mL= 997,1 kg/m3
Volume air dalam = Piknometer isi padatan + air (d) – Piknometer isi
pionometer setengah padatan (c)
= 62,29 gram – 42,5 gram
= 19,79 gram
= 0,01979 kg
Volume air penuh =
=
,
, /
11. =1,98 x 10-5
m3
c. Menghitung rapat massa butiran (Pp)
Massa butiran = Piknometer isi setengah padatan (c) – Piknometer
kosong(a)
= 42,55 gram – 32,00 gram
= 10,55 gram
=0,01055 kg
Volume butiran = Volume piknometer – Volume air
= 2,48 x 10-5
m3
– 1,98 x 10-5
m3
= 5 x 10-6
m3
Rapat massa butiran =
=
,
, m3
= 2110 kg/ m3
6.3 Menentukkan kurva karakteristik fluidisasi dan harga Umf dari kurva
a. Menghitung laju alir linier Udara (U)
=
( )
, ( )
b. Menghitung Luas Permukaan
=
1
4
Partikel berdiameter 0,2 mm s/d - 0,355 mm pada Unggun 2,5 cm naik
Q(L/min) Q(m3
/s) ∆P A(m2
) U Log U Log ∆P
5 8,33E-05 1,4 0,00238 0,035088 -1,45 0,146
6 1,00E-04 1,5 0,00238 0,042105 -1,38 0,176
7 1,17E-04 1,55 0,00238 0,049123 -1,31 0,19
8 1,33E-04 1,4 0,00238 0,055882 -1,25 0,146
9 1,50E-04 1,3 0,00238 0,063158 -1,20 0,114
10 1,67E-04 1,7 0,00238 0,070175 -1,15 0,23
11 1,83E-04 1,75 0,00238 0,077193 -1,11 0,243
17. 22 2,25 0,1544 0,0000184 0,00028 2110 4.958
23 2,25 0,1614 0,0000184 0,00028 2110 5.182
24 2,25 0,1684 0,0000184 0,00028 2110 5.407
25 2,25 0,1754 0,0000184 0,00028 2110 5.632
Berdasarkan perhitungan Nre menunjukkan >1000
= 1,185 / 3
Umf =
( )
,
Umf =
, ( / , / )
, , /
Umf = , /
6.5 Kurva Karakteristik fluidisai
Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 2,5 cm
Persamaan linear percobaan naik Y = 0,315x + 0,622 dengan nilai R² = 0,916
Persamaan linear percobaan turun Y= 0,352x + 0,655 dengan nilai R² = 0,909
log Umf = -0,84
Umf = 10(-0,84)
Umf = 0,1445 m/detik
y = 0,315x + 0,622
R² = 0,916
y = 0,352x + 0,655
R² = 0,909
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
-1,58 -1,38 -1,18 -0,98 -0,78 -0,58 -0,38 -0,18 0,02
LogP
Log U
Kurva Log P vs Log U
Naik
Turun
18. Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 3,5 cm
Persamaan linear percobaan naik Y = 0,227x + 0,681dengan nilai R² = 0,80
Persamaan linear percobaan turun Y= 0,3x + 0,739 dengan nilai R² = 0,904
log Umf = -0,94
Umf = 10(-0,85)
Umf = 0,1413 m/detik
Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 4 cm
y = 0,227x + 0,681
R² = 0,805
-1,58 -1,38
y = 0,218x + 0,767
R² = 0,965
-1,395 -1,195
LogP
Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 3,5 cm
Persamaan linear percobaan naik Y = 0,227x + 0,681dengan nilai R² = 0,80
Persamaan linear percobaan turun Y= 0,3x + 0,739 dengan nilai R² = 0,904
log Umf = -0,94
Umf = 10(-0,85)
Umf = 0,1413 m/detik
Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 4 cm
y = 0,227x + 0,681
R² = 0,805
y = 0,3x + 0,739
R² = 0,904
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
-1,38 -1,18 -0,98 -0,78 -0,58 -0,38 -0,18
Kurva Log P vs Log P
y = 0,218x + 0,767
R² = 0,965
y = 0,350x + 0,897
R² = 0,826
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
-1,195 -0,995 -0,795 -0,595 -0,395 -0,195 0,005
Log U
Kurva Log P vs Log U
Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 3,5 cm
Persamaan linear percobaan naik Y = 0,227x + 0,681dengan nilai R² = 0,80
Persamaan linear percobaan turun Y= 0,3x + 0,739 dengan nilai R² = 0,904
log Umf = -0,94
Umf = 10(-0,85)
Umf = 0,1413 m/detik
Kurva Karakteristik fluidisai pada rapat massa butiran 0,200 mm s/d 0,355
mm dengan tinggi unggun 4 cm
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,02
Kurva Log P vs Log P
0,005
Naik
Turun
19. Persamaan linear percobaan naik Y = 0,218x + 0,767dengan nilai R² = 0,965
Persamaan linear percobaan turun Y= 0,350x + 0,897dengan nilai R² = 0,826
log Umf = -0,995
Umf = 10(-0,995)
Umf = 0,1011 m/detik
20. VII. PEMBAHASAN
Pada praktikum ini, fluidisasi dilakukan dengan cara mengalirkan gas ke
dalam tabung/kolom berisi padatan. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui nilai
minimum Umf dan faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi. Fluidisasi terjadi
apabila butiran padatan tersuspensi dalam gas atau cairan sehingga sifat dari butiran
itu berubah seperti fluida. Praktikan menggunakan butiran padatan yang berdiameter
0,200 – 0,355 mm dengan tinggi unggun 2,5 cm; 3,5 cm; dan 4 cm dengan laju alir
gas bervariasi dimana pada tinggi unggun 2,5 cm dan 3,5 cm laju gas minimum
adalah 5 L/menit sedangkan pada tinggi unggun 4 cm laju gas minimum adalah
6L/menit
Dari percobaan didapatkan penurunan tekanan (∆ ) berdasarkan perubahan
laju alir (Q) pada setiap tinggu unggun yaitu 2,5 cm; 3,5 cm; dan 4 cm. Setelah itu
data yang didapat di ubah kedalam bentuk kurva karakteristik fluidisasi yaitu log ∆
terhadap log U.
Nilai Umf pada kurva didapatkan ketika kecepatan (U) mulai terlihat
konstan. Nilai U yang konstan ini disebabkan karena kecepatan sudah mencapai titik
dimana padatan terfluidisasi. Nilai U yang konstan ini juga dapat disebabkan karena
porositas padatan yang besar sehingga mengakibatkan adanya daya dorong pada
padatan.
Berdasarkan hasil percobaan, kurva unggun 2,5 cm; 3,5 cm; dan 4cm besar
Umf nya berturut-turut yaitu 0,1445 m/detik; 0,1413 m/detik; 0,1011 m/detik.
Apabila semakin kecil volume unggun dari padatan tersebut, maka padatan yang
terfluidisasipun akan semakin banyak begitupun sebaliknya. Jika volume padatan
pada kolom besar maka aliran gas yang melalui celah-celah partikel semakin sulit
untuk menyebabkan pergerakan pada partikel (merubah susunan butiran). Jika volume
kecil maka semakin banyak pdatan yang tersuspensi dalam alairan gas yang
melaluinya, sehingga butiran satu dengan yang lainnya terpisah dan menyebabkannya
mudah bergerak
Selain itu diameter dan berat dari butiran padatan sangat mempengaruhi
terfluidisasinya padatan tersebut, meskipun laju udara yang diberikan sama. Semakin
besar diameter suatu padatan, maka padatan tersebut yang terfluidisasi hanya sedikit
bahkan ada juga padatan yang tidak terfluidisasi dan begitupun sebaliknya. Karena
semakin besar diameter maka semakin besar massa/berat padatan tersebut sehingga
21. semakin sulit untuk terfluidisasi.
Untuk menentukan nilai Umf terlebih dahulu praktikan harus menentukkan
nilai Nre. Berdasarkan perhitungan Nre yang didapat lebih dari 1000 sehingga Umf
berdasarkan perhitungan sebesar 0,02019 m/detik, sedangkan berdasarkan kurva yang
dibuat nilai Umf untuk unggun 2,5 cm; 3,5 cm; dan 4 cm sebesar 0,1445 m/detik;
0,1413 m/detik; 0,1011 m/detik.. Perbedaan nilai ini dikarenakan Nre sangat
berpengaruh pada besar kecilnya kecepatan aliran fluida untuk fluidisasi.
22. VIII. KESIMPULAN
Faktor yang mempengaruhi peristiwa fluidisasi; besarnya diameter padatan,
massa/berat padatan, dan laju alir udara yang diberikan.
Apabila laju alir gas rendah maka butiran padatan akan tetap diam, karena fluida
hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan terjadinya
perubahan susunan partikel tersebut dan dalam keadaan diam unggun bertekanan
besar. Namun apabila laju alir dinaikkan sedikit demi sedikit akan ada saat
dimana perbedaan penurunan tekanan akan sama dengan gaya berat yang bekerja
terhadap butiran-butiran padatan, penurunan tekanan pada permukaan unggun
inilah yang menyebabkan unggun terangkat
Hubungan antara volume padatan dengan lamanya proses fluidisasi berbanding
terbalik
diameter dan berat dari butiran padatan sangat mempengaruhi terfluidisasinya
padatan tersebut, meskipun laju udara yang diberikan sama. Semakin besar
diameter suatu padatan, maka padatan tersebut yang terfluidisasi hanya sedikit
bahkan ada juga padatan yang tidak terfluidisasi dan begitupun sebaliknya.
Karena semakin besar diameter maka semakin besar massa/berat padatan tersebut
sehingga semakin sulit untuk terfluidisasi.
Hubungan antara laju alir gas dengan lamanya proses fluidisasi berbanding lurus
Hubungan antara diameter padatan dengan proses fluidisasi berbanding terbalik
dan berbanding lurus dengan nilai Nre.
Semakin besar laju alir volumetrik (Q) maka akan semakin cepat proses fluidisasi
unggun butiran partikel
23. DAFTAR PUSTAKA
Jobsheet Praktikum Satuan Operasi “Grinding And Sizing(Screening)” . Jurusan Teknik
Kimia : Politeknik negeri Bandung
Cook,T.M dan D.J.Cullen . 1986 . Industri Kimia Operasi . Jakarta : PT Gramedia
McCabe, Warren L ddk.1990. Operasi Teknik Kimia: jilid 2. Erlangga. Jakarta.
