fluidized bed dryer

PENGERING UNGGUN

(FLUIDIZED BED DRYER)

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat :

1) Menjalankan peralatan Unit Pengering Fluidisasi dengan aman dan benar.

2) Menghitung efisiensi panas atau kalor dari peralatan unit pengering fluidisasi

di laboratorium pilot plant.

3) Memperkirakan kebutuhan steam sebagai kalor se-optimum mungkin.

4) Mengetahui titik fluidisasi, laju fluida, dan perkiraan waktu yang dibutuhkan

dengan optimum.

II. ALAT YANG DIGUNAKAN

Fluidized Bed Dryer (1 unit)

Termometer (2 buah)

Gelas kimia 1000 ml

Gelas ukur 50 ml

Anemometer (1 unit)

III. BAHAN YANG DIGUNAKAN

Silica gel

IV. DASAR TEORI

Separasi atau pemisahan penyusun atau komponen yang memiliki perbedaan

sifat fisik atau kimiawi merupakan salah satu proses yang sering dijumpai pada proses

teknik kimia selain pencampuran, reformasi dll. Pengering sistem fluidisasi unggun

atau juga di kenal penguap unggun fluidisasi sebagai proses pemisahan bertujuan

meningkatkan konsentrasi atau kemurnian suatu komponen yang berbentuk padatan

dengan menghilangkan cairan terkandung (biasanya pelarut air) yang bertitik didih

lebih rendah. Sedang padatan yang lebih tinggi titik didihnya akan didapatkan sebagai

produk akhir yang diharapkan kering, ringan tetapi tetap mempunyai karakteristik

awal. Penggunaan pemanasan biasanya kukus (steam) sangat besar pengaruhnya

selain rancang bangun dari peralatan sendiri. Proses ini banyak digunakan pada

produk farmasi yang mementingkan sterilitas, tetapi untuk produk bangunan semen,

biji plastik dan lain-lain, kapasitas merupakan prioritas. Penggunaan reaktor dengan

unggun teralir banyak digunakan pada proses reforming produk nafta dengan

penggunaan berbagai katalis (biasanya campuran logam).

Perhitungan perpindahan kalor, massa memerlukan pengetahuan tentang luas

area kontak fluida (udara) dengan partikel unggun, laju massa dan juga kekuatan

penyebab (driving force) yang biasanya berupa temperatur atau konsentrasi.

Masalah yang paling sering di jumpai adalah penentuan titik fluidisasi atau

pengaliran yang dikategorikan optimum (di kenal fluidisasi partikulat atau homogen)

dimana laju fluida dan ketinggian unggun tersalir tidak terlalu tinggi yang

menyebabkan timbulnya dua fase yang sangat berbeda (titik homogen), satu fasa

sinambung dan tak sinambung. Fluidisasi partikulat biasanya dicapai dengan laju

fluida yang rendah tetapi tidak terlalu rendah.

NERACA MASSA DALAM PERHITUNGAN

Suatu persamaan dari percobaan adsorpsi uap iso-octana dari arus campuran

uap tersebut dengan udara oleh biji-biji alumina. Percobaan oleh A. G. Baktiar [Tras.

Inst of Chem. Eng] ini mendapatkan persamaan

Dimana : Gm = Laju molar dari gas

W = massa dari padatan dalam unggun

F = Banyak uap terserap dalam padatan (dalam mol)

Y(yo) = fraksi mol uap gas yang keluar (masuk)

Untuk percobaan dengan peralatan kita [FBD OTK POLI]

Persamaan yang diterapkan sbb :

Atau

Dimana :

Gu = laju dari udara masuk (kg/dt)

= laju anemometer (m/dt) area (lubang masuk) volume jenis udara

(psichometrik)

W = massa dari padatan dalam unggun kering (sebelum di rendam ke air)

F = banyaknya air terserap dalam padatan (kg)

Y(yo) = kandungan uap air dalam aliran gas/udara keluar/masuk (psichometrik)

T = waktu operasi/proses

PERKEMBANGAN UNGGUN KARENA ALIRAN FLUIDA

Karena adanya aliran fluida partikel-partikel dalam unggun akan bergerak dan

menyebabkan timbulnya ”volume” unggun yang baru, yang berarti berubahnya

kerenggangan/porositas atau lebih dikenal voidage dad partikel. Penurunan tekanan

juga timbul karena pergerakan tersebut bersamaan dengan perpindahan massa juga

kalor antara fluida dan partikel.

Kerenggangan dapat dihitung dengan :

Dimana :

C = konsentrasi fraksional dad partikel padatan (volume pada fluida – volume

awal/diam)

Uc = laja alir fluida/udara keluar unit

Ui = laja alir-terbatas, Log Ui = Log Vo-dp/dt

Dimana :

Uo = laja fluida udara masuk

Dp/dt = perbandingan diameter partikel/diameter dasar tabung unit fluidisasi

n = indeks angka ditentukan bilangan reynold (Nre)

dimana :

Uo = laju alir fluida uadar masuk

Dp = diameter rata-rata partikel

Ρ = massa jenis udara pada temperatur tersebut (grafik phsycometric/tabel uap)

μ = viskositas udara pada temperatur uap (grafik phsycometric/tabel uap)

Penurunan tekanan –ΔP oleh van Heerden

Dimana :

ρp = massa jenis padatan

p = massa jenis udara

l = ketinggian unggun pada titik fluidisasi

g = gravitasi

Laju kecepatan teoritis oleh Lea

Buat gambar grafik yang menunjukkan hubungan –ΔP dan Uc

NERACA KALOR

Dow dan Jacop memberikan persamaan atas koefisien atas perpindahan panas

siistem Gas-solid

Dimana :

h = koefisien perpindahan kalor (ditentukan pada nerca kalor) (W/m2K)

K = konduktivitas ternal dari udara (W/mK)

D = diameter partikel padatan (m)

Dt = diameter dasar dari tabung (m)

L = ketinggian unggun pada titik fluidisasi (m)

E = kerenggangan (dimensionless)

ρ1 = massa jenis padatan (kg/m3)

ρo = massa jenis udara (kg/ml)

C1 = kalor spesifik partikel padatan (J/kg.K)

Co = kalor spesifikasi dari garfik dengan T basah dan T kering

ρ = viskositas udara

Uc = laju alir udara keluar

Nilai dari sekitar 2000 W/m2K jika dengan humus levenspiel Wlton 75 dan oleh

Vreendenberg adalah 340 W/m2K.

Perhitungan Kalor

Kalor yang dilepas oleh kukus steam. Disini banyak kalor yang dilepas oleh

kukus persatuan waktu tidak dapat ditentukan/dihitung dengan tepat dikarenakan

tekanan kukus yang dipakai tidak tetap atau konstan (yang dikendalikan temperatur

udara/gas masuk) sehingga katup pneumatik mengalami perubahan permukaan

sepanjang waktu tergantung keadaan udara masuk.

Begitu juga temperatur kukus masuk tidak dapat ditentukan dengan tepat.

Pendekatan yang dikenal adalah :

Kukus yang masuk dianggap masuk pada temperatur sama dengan temperatur

kukus sisa keluar T1.

Bekas kukus sisa berupa kondensat dengan temperatur, T2 dan kukus dengan

T1 kalor dilepas kukus = kalor (kukus awal + kondensat – kondensat sisa – kukus sisa)

Dimana :

Hg = energi dalam (entalpi) kukus pada temperatur kukus sisi keluar T1 (pengukur

langsung)

Hf = energi dalam kondensat kukus pada temperatur kukus sisi keluar T1

(pengukur langsung)

Hfg = kalor laten kondensat pada temperatur kondensat (asumsi T2) hg, hfg, hf

didapatkan ditabel uap (uap jenuh)

M1 = laju massa kondensat saja (kg/jam)

M3 = laju kukus tidak terpakai (sisa keluar) (kg/jam) = (m1-m2)

Hg = energi dalam entalpi kukus sisa .

Semua kukus diasumsikan untuk kondensasi ie.m2 dianggap nol dan m2=m1.

Gas masuk ke peralatan dengan laju (laju udara masuk) Tbasah dan Tkering tertentu akan

didapatkan RH (kelembaban relative), H (entalpi, X (kelembaban), V (volume jenis),

Sb (kalor spesifik/kapasitas kalor,Cp) dan x (kalor laten tertentu). Setelah mengalami

pemanasan pada penukar panas (HE) maka nilai parameter-parameter tersebut akan

berubah sesuai grafik dengan mengubah salah satu sumbu titik potong yaitu

temperatur kering. Disini kita sebut titik 1 (awal proses) didapatkan U1 (laju udara

masuk), Tbasah dan Tkering tertentu akan didapatkan RH1 (kelembaban relative) H1

(entalpi) , x1 (kelembaban), v1 (volume jenis), S1 (kalor spesifik/kapasitas kalor,Cp1)

dan X1 (kalor laten tertentu/baru. Sedang udara keluar akan didapatkan RH2

(kelembaban relative) H2 (entalpi), x2 (kelembaban) , v2 (volume jenis), S2 (kalor

spesifik/kapasitas kalor,Cp1) dan X1 (kalor laten tertentu).

Didapatkan panas yang dilepas udara unggun secara sederhana dan

diasumsikan tidak ada yang hilang sbb :

Kalor dilepas Q2 = kalor udara awal-kalor udara akhir+kalor untuk air dari

unggun

Q2 = (U1x H1)-(U2x H2)+(U1x X1)

Dan laju perpindahan massa :

M1 = (U2x X2)+(U1x X1)

Dimana U1 dan U2 (dari Anemometer m/dt) dikalikan luas permukaan/lubang

masuk/keluar dikalikan v, volume jenis didapatkan laju massa kg/dt.

Persamaan perpindahan massa dari Carman-Kozeni:

Tkering1- Tbasah1)

Dimana :

hρ = koefisien perpindahan massa unggun basah dan udara

= massa jenis udara sebelum masuk kolom unggun (sudah pada temperatur yang

diset)

Berikut data spesifikasi peralatan :

Tipe : Aeromatic MP-01

Pemanas : kukus,max 7 bar

Kipas udara : kipas isap

Laju volumetric ,max 100% 360 m3/jam

Daya 1,5 kW ; 4.500;5000Pa

Wadah : Acrylic Container

Tahan temperatur 80oC

Kapasitas max 25lt

Diameter dalam kecil = 15 cm

Diameter besar = 30 cm

Tinggi = 47,5 cm

V. GAMBAR ALAT (TERLAMPIR)

VI. LANGKAH KERJA

1. Menimbang silica sebanyak 530 gram sebagai unggun

2. Merendam dalam air selama 1-2 menit

3. Menimbang lagi unggun, mencatat temperatur awal unggun to

4. Memasukkan unggun ke wadah, meratakan dan mencatat ketinggian (untuk

mengetahui volume awal)

5. Meletakkan wadah beserta isi pada penompang pada peralatan, menancapkan

kabel ke panel

6. Mengatur pada panel pengendali (lihat gambar)

7. Membuka katup dan mengatur tekanan, memutar switch utama kekanan

(paling bawah merah)

8. Memutar switch HS ke 1 (on) disusul switch BH untuk merapatkan wadah.

9. Memutar pembersih filter ke 1 (on) daninterval 6-8

10. Pada panel, mengatur waktu proses selama 15 menit sekali, dengan memutar

potensio disebelah kanan

11. Membuka katup kukus sampai tekanan 2 bar

12. Pada panel, menekan tombol start dan atur laju udara denngan memutar

tombol R7 biru sampai titik fluidisasi

13. Dengan menggunakan anemometer,mencatat kecepatan udara,dan Termometer

untu mengukur temperatur kering dan basah serta laju kondensat.

VII. DATA PENGAMATAN

Massa Sampel

Sampel

Berat Siliga gel (gr)

Sebelum

direndam

Sesudah

direndam

Sesudah

dikeringkan

Siliga gel 530,83 680,23 534,33 gr

Humidity Siliga gel

T (menit) T wet (°C) T dry (°C)H (kg/kg udara

kering)

15 26 31 0,025

30 27 32 0,024

45 28 33 0,0235

60 29 34

75 29 35

90 30 36

105 30 37

VIII. PERHITUNGAN

Dik. Ws = 534,33 gr ρ udara = 1,22 kg/m3

Wo = 680,23 gr d = 7 cm = 0,07 m

Berat air yang menguap

Laju alir udara pengering interval 15 menit




Laju alir udara pengering total

IX. ANALISA PERCOBAAN

Dari percobaan fluidized bed dryer yang telah dilakukan dapat di analisa bahwa

fluidisasi terjadi ketika partikel-partikel padat yang kecil terambangkan dalam aliran

fluida ke atas. Bahan dari fluidisasi selalu dalam bentuk padatan dan media fluidisasi

dapat dalam bentuk cairan atau gas. Fluidized bed dryer digunakan untuk

mengeringkan bahan-bahan dalam bentuk butiran dan tepung. Pada alat ini udara

dipanaskan dengan steam, yang digunakan untuk mengeringkan bahan. Pada

percobaan ini bahan yang digunakan yaitu siliga gel. Berat awal siliga gel sebelum

direndam dengan air yaitu 530,83 gr. Setelah direndam dengan air berat siliga gelnya

menjadi 680,23 gr. Selanjutnya siliga gel tersebut dikeringkan selama 105 menit.

Setiap interval waktu 15 menit, laju udara pengering, temperatur bola basah dan

temperatur bola kering diukur. Sehingga didapatkan humidifitas dan laju alir

pengering udara total. Setelah dikeringkan, berat siliga gel yang didapat yaitu 534, 33

gr. Sehingga didapat berat air yang menguap sebesar 145,9 gr dan laju alir udara

pengering total 51,73 kg/jam.

X. KESIMPULAN

Dari percobaan fluidized bed dryer yang telah dilakukan dapat disimpulkan :

fluidized bed dryer merupakan alat pengering unggun yang digunakan untuk

mengeringkan bahan-bahan dalam bentuk butiran dan tepung.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan yaitu luas permukaan,

temperatur, kecepatan udara, kelembaban udara, waktu, tekanan udara dan

vakum.

Keuntungan dari fluidized bed dryer antara lain laju pengeringan tinngi,

mudah dioperasikan, cepatnya pemcampuran bahan yang menghasilkan

hampir homogennya kekeringan bahan dan perpindahan panas dan

perpindahan massa tinggi antara udara dan bahan disebabkan karena tingginya

kecepatan udara pengering.

Berat air yang menguap pada siliga gel yang didapat yaitu 145,9 gr

Laju alir udara pengering total pada fluidized bed dryer yaitu 51,73 kg/jam.

XI. DAFTAR PUSTAKA

Kepala Seksi Laboratorium Pilot Plant. 2011. Penuntun Praktikum Pilot Plant.

Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang

10. Gambar Alat

Satu unit peralatan Fluidized bed dryer

fluidized bed dryer

Documents