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 :

1. Menjelaskan prinsip fluidisasi

2. Menjelaskan parameter-parameter proses dalam fluidisasi

3. Menjelaskan fluidisasi minimum

4. Menjelaskan tipe fluidisasi

5. Menjelaskan prinsip Pneumatic conveying untuk transportasi sebuk padat

6. Menjelaskan tipe aliran dalam pneumatic conveying

7. Menggunakan persamaan/korelasi matematik fluidisasi untuk perancangan dan manipulasi kelakuan proses

PENGERTIAN FLUIDISASI

Unggun diam

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:

75,1/.VD.

)1.(150

)1(V.

D.

L

g.P

oPS2o

3PSc

Porositas unggun: 0,55 – 0,75

P1

P2

P = P1 - P2

P2 < P1

PERSAMAAN ERGUN ?

S = sphericity, perbandingan luas permukaan bola terhadap luas partikel sesungguhnya pada volume yang sama

= bed porosity, perbandingan volume rongga/sela unggun terhadap volume unggun

Vo = superficial velocity, Vo = V., V = laju alir rata-rata

L = tinggi unggun

= density fluida

Dp = diameter partikel

75,1/.VD.

)1.(150

)1(V.

D.

L

g.P

oPS2o

3PSc

PENGERTIAN FLUIDISASI (CONT.)

Unggun diam

Unggun terfluidaka

n

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

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

Udara

L

P

AB

L

C

P

Fixed bedFluidized bed

VOM Superficial velocity, VO

Pre

ssu

re d

rop

dan

tin

gg

i bed

A = partikel masih diam; B = saat mulai terfluidakan / fluidisasi menurun; BC = fluidisasi sempurna

FLUIDISASI MINIMUM

75,1/.VD.

)1.(150

)1(V.

D.

L

g.P

oPS2o

3PSc

L))(1(g

gP PM

c

3MPS

2oM

3M

M2P

2S

oMP

1

D.

V..75,1)1(

D.

V..150).(g

Pressure drop unggun diam:

Pressure drop unggun terfluidakan:

LAJU ALIR SEMU GAS PADA FLUIDISASI MINIMUM

3MPS

2oM

3M

M2P

2S

oMP

1

D.

V..75,1)1(

D.

V..150).(g

3M

M2P

2S

oMP

)1(

D.

V..150).(g

NRe,P < 1

2P

2S

M

3MP

oM D.)1(.150

).(gV

NRe,P > 1000

3MPS

2oM

P1

D.

V..75,1).(g

.75,1

).(g.D.V

3MPPS

oM

Dua kondisi ekstrim

LAJU ALIR SEMU GAS PADA FLUIDISASI MINIMUM (cont.)

Bilangan Reynold partikel :

.U.D

N tPPRe,

DP = diameter partikel

Ut = terminal velocity

= density fluida

= viskositas fluida

.18

)(D.gU P

2P

t

)(D.g.75,1

U PPt

NRe,P < 1000

NRe,P = 1000 - 20000

Rasio terminal velocity terhadap kecepatan fluidisasi minimum

3M

2S

M3M

M2P

2SP

P2P

M,o

t

.

)1.(33,8)1(

D.)..(g

.150

.18

)(D.g

V

U

2/3M

2/1

3MP

2P

2/1

P2P

M,o

t 32,2

)..(D.g

.75,1)(D.g75,1

V

U

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 0,92 0,92

Porositas unggun diam, D 0,35 0,35 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 0,45 0,45

Porositas terfluidakan, 0,52 0,52 0,52

Gravitasi, g 980,665 32,174

PENYELESAIAN KASUS 1

2P

2S

3P

o D.)1(.150

).(gV

223

o 01,0x92,0x)52,01(

52,0

00025,0x150

)003524,050,1(x665,980V

s/cm 97,0Vo

s/ft 032,0Vo

TIPE FLUIDISASI

Particulate Fluidization

Aggregative / Bubbling Fluidization

)).(1.(g

g

L

PP

c

Pressure drop yang besarnya konstan per satuan tinggi unggun

100D

L)(N.N p

ReFr

100D

L)(N.N p

ReFr

PARTICULATE FLUIDIZATION

Prediksi 3/(1- ) proporsional dengan V0 pada harga yang lebih besar dari V0M

2P

2SP

o3

D.)..(g

.V.150

1

L = tinggi unggun

LM = tinggi unggun minimum

1

1LL M

M

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

M,obbbo V)t1(utV

ob

M,ob

M Vu

Vu

L

L

pb D.g.7,0u

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

1 m = 3,28084 ft1 g/ml = 62,43 lbm/ft3

1 cp = 6,7197 × 10-4 lbm/ft.sgc = 32,174 ft/s2

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