Page 1
MODUL PRAKTIKUM
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
FLUIDISASI
[FLU]
Disusun oleh:
Henny Susanty
Dr. Antonius Indarto
Dr. Mubiar Purwasasmita
Dr. Ardiyan Harimawan
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2014
Page 2
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ........................................................................................................................ 2
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... 3
DAFTAR TABEL ................................................................................................................ 4
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 5
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN.......................................................... 6
2.1 Tujuan Percobaan .................................................................................................. 6
2.2 Sasaran Percobaan ................................................................................................. 6
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN ............................................................................ 7
3.1 Peralatan Percobaan .............................................................................................. 7
3.2 Bahan Percobaan ................................................................................................. 10
BAB IV PROSEDUR KERJA ........................................................................................... 11
4.1 Penentuan Densitas Partikel ................................................................................ 11
4.2 Kalibrasi Rotameter dengan Wet Test Meter....................................................... 13
4.3 Operasi Peralatan Fluidisasi SOLTEQ ................................................................ 13
4.4 Operasi Peralatan Fluidisasi Gas ......................................................................... 14
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 16
LAMPIRAN ....................................................................................................................... 17
A. TABEL DATA MENTAH ........................................................................................ 17
B. PROSEDUR PERHITUNGAN ................................................................................. 19
C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR ............................................................... 21
Page 3
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Skema Peralatan Fluidisasi Sistem Padat-Gas ....................................................... 7
Gambar 3.2 Skema Peralatan Fluidisasi SOLTEQ .................................................................... 8
Gambar 3.3 Skema Peralatan Fluidisasi Cair ............................................................................ 9
Gambar 4.1 Diagram Alir Penentuan Densitas ........................................................................ 12
Gambar 4.2 Diagram Alir Kalibrasi Rotameter ....................................................................... 13
Gambar 4.3 Diagram Alir Penentuan Karakteristik Fluidisasi ................................................ 15
Page 4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 4
DAFTAR TABEL
Tabel 6.1 Densitas dan Viskositas Air ............................................................................... 21
Tabel 6.2 Densitas dan Viskositas Udara .......................................................................... 21
Tabel 6.3 Diameter Ayakan ............................................................................................... 21
Page 5
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 5
BAB I
PENDAHULUAN
1
Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida, baik cair maupun
gas. Butiran padat akan mengalami total gaya akibat fluida apabila terjadi gerak relatif antara
permukaan butiran dan fluida. Pada laju alir fluida yang cukup rendah, aliran fluida hanya
menerobos unggun butiran padat melalui celah antar partikel tanpa menyebabkan perubahan
susunan partikel (keadaan fixed bed). Ketika laju alir fluida ditingkatkan hingga kecepatan
tertentu, unggun butiran padat yang semula diam akan terekspansi. Pada kondisi demikian,
sifat unggun akan menyerupai fluida dengan viskositas tinggi, misalnya adanya
kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik dan sebagainya. Keadaan ini
disebut sebagai fluidisasi minimum. Pada laju alir fluida tinggi, partikel padat dapat terbawa
aliran fluida dan meninggalkan kolom.
Fenomena fluidisasi dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya laju alir dan jenis
fluida, ukuran dan densitas partikel, bentuk dan jenis partikel, faktor interlok partikel,
porositas dan tinggi unggun, distribusi aliran dan bentuk ukuran fluida, dan diameter kolom.
Faktor-faktor tersebut merupakan variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan
karakteristik proses fluidisasi. Karakteristik unggun terfluidakan dapat digambarkan dengan
kurva karakteristik fluidisasi.
Dalam dunia industri, fluidisasi diaplikasikan dalam berbagai hal. Diantaranya dalam
transportasi serbuk padatan (converyor untuk solid), pencampuran padatan halus,
perpindahan panas (seperti pendinginan untuk biji alumina panas), pelapisan plastik pada
permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembakaran, proses pertumbuhan partikel
dan kondensai bahan yang dapat mengalami sublimasi, adsorpsi (untuk pengeringan udara
dengan adsorben), dan masih banyak aplikasi lain. Fluidisasi cair merupakan salah satu
operasi pemisahan yang digunakan untuk memisahkan partikel spheris dan non-spheris.
Partikel spheris memiliki penggunaan yang luas dalam industri, terutama dalam industri
perminyakan untuk menjaga agar gesekan antara mata bor dan permukaan batuan tetap
minimum.
Page 6
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 6
BAB II
TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN
2
2.1 Tujuan Percobaan
Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan karakteristik proses fluidisasi gas
dan cair
2.2 Sasaran Percobaan
Berkaitan dengan tujuan tersebut, pada akhir praktikum, praktikan diharapkan dapat :
1. Menentukan kecepatan minimum fluidisasi gas,
2. Menentukan fenomena yang terjadi pada proses fluidisasi gas,
3. Menentukan besarnya hilang tekan unggun serta hubungannya laju alir fluida,
4. Menentukan variabel-variabel yang berpengaruh terhadap hidrodinamika unggun
terfluidakan,
5. Menentukan kecepatan partikel serta laju alir superfisial cairan pada keadaan terminal
fluidisasi cair,
6. Menentukan laju alir superfisial fluidisasi minimum untuk fluidisasi cair, dan
7. Menentukan efisiensi pemisahan pada fluidisasi cair.
Page 7
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 7
BAB III
RANCANGAN PERCOBAAN
3
3.1 Peralatan Percobaan
Peralatan utama yang digunakan selama praktikum ini meliputi :
1. Satu set peralatan fluidisasi sistem padat-gas (Gambar 3.1)
2. Satu set peralatan fluidisasi SOLTEQ (Gambar 3.2)
3. Satu set peralatan fluidisasi fasa cair (Gambar 3.3)
4. Sumber fluida bertekanan beserta kompresor
Gambar 3.1 Skema Peralatan Fluidisasi Sistem Padat-Gas
Keterangan:
D : distributor
KD : kerangan diafragma
KER : kerangan
KJ : kerangan jarum
KOL : kolom
M1 : manometer tabung Bourdon untuk mengukur tekanan gas keluar
M2 : manometer tabung Bourdon untuk mengukur tekanan dalam tangki
TGN : sumber fluida bertekanan
MU1 : manometer pipa U berisi air untuk mengukur tekanan gas antara 1-2
Page 8
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 8
MU2 : manometer pipa U berisi air untuk mengukur tekanan gas antara 1-udara luar
R : flowmeter
U : unggun butiran padat
Gambar 3.2 Skema Peralatan Fluidisasi SOLTEQ
Deskripsi alat :
1. Tangki penampung air (B1)
2. Pompa sirkulasi (P1)
3. Kolom fluidisasi (K1 dan K2)
4. Water differential pressure transmitter (DPT 101)
5. Air differential pressure transmitter (DPT 102)
6. Pengukur laju alir digital (FT 201 dan FT 202)
7. Kompresor (P2)
Kode alat Deskripsi Satuan Rentang data
FT 201 Water flow meter L/min 0,2-2,5
FT 202 Air flow meter L/min 2-50
DPT 101 Water differential pressure transmitter bar 0-0,1
DPT 102 Air differential pressure transmitter kPa 0-5
Page 9
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 9
Keterangan
P : pompa
Kol : kolom fluidisasi
Par : partikel
FO : aliran keluaran
GtV : gate valve
GbV : globe valve (by pass)
GbO : globe valve (pembuangan)
Gambar 3.3 Skema Peralatan Fluidisasi Cair
Peralatan pendukung yang digunakan antara lain sebagai berikut.
1. Wet test meter untuk kalibrasi flowmeter dalam rangkaian peralatan fluidisasi sistem
padat-gas
2. Piknometer
3. Timbangan
4. Stopwatch
5. Ayakan
6. Gelas kimia
7. Gelas ukur
8. Termometer
9. Penggaris dan/atau jangka sorong
10. Sendok
11. Mortal dan alu
Page 10
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 10
3.2 Bahan Percobaan
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini meliputi :
1. Aqua dm
2. Aseton
3. Tipol
4. Air keran
5. Udara bertekanan
6. Butiran padat sebagai unggun
Page 11
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 11
BAB IV
PROSEDUR KERJA
4
Pelaksanaan praktikum dapat dibagi menjadi 2 tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap operasi.
1. Tahap persiapan, meliputi
a. Penentuan densitas partikel padatan dengan piknometer
b. Penentuan densitas dan viskositas fluida cair
c. Penentuan dimensi kolom dengan penggaris atau jangka sorong
d. Penentuan ukuran partikel padatan dengan analisa ayakan
2. Tahap operasi, meliputi
a. Penentuan turun tekan dalam kolom berisi unggun partikel pada berbagai laju
alir serta pengamatan terhadap fenomena yang terjadi pada fluidisasi gas
b. Penentuan kecepatan minimum fluidisasi gas dan cair
c. Penentuan efisiensi pemisahan fluidisasi gas
Laju alir fluida divariasikan dari kecepatan rendah hingga suatu keadaan dimana penorakan
di dalam unggun sudah tampak menyolok. Dari titik ini laju alir fluida kemudian diturunkan
kembali secara perlahan-lahan hingga mencapai titik terendah dimana operasi dimulai.
4.1 Penentuan Densitas
4.1.1 Kalibrasi Piknometer
1. Piknometer kosong yang bersih ditimbang
2. Piknometer diisi dengan aqua dm hingga meluap, kemudian ditimbang
3. Suhu aqua dm diukur dengan termometer
4. Densitas aqua dm pada temperatur tersebut dicari dari literatur
5. Volume piknometer ditentukan berdasarkan massa aqua dm dan densitas aqua dm
berdasarkan literatur
4.1.2 Penentuan Densitas Cairan
1. Piknometer yang sama dicuci dengan aseton dan dikeringkan
Page 12
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 12
2. Piknometer kosong ditimbang
3. Air keran dimasukkan dalam piknometer hingga meluap, kemudian ditimbang
sehingga diperoleh massa air keran
4. Densitas air keram ditentukan berdasarkan massa tipol dan volume piknometer
4.1.3 Penentuan Densitas Padatan
1. Piknometer yang sama dicuci dengan aseton dan dikeringkan
2. Piknometer kosong ditimbang
3. Tipol dimasukkan dalam piknometer hingga meluap, kemudian ditimbang sehingga
diperoleh massa tipol
4. Densitas tipol ditentukan berdasarkan massa tipol dan volume piknometer
5. Piknometer yang sama dicuci dan dikeringkan,
6. Piknometer diisi dengan partikel padatan hingga setengah penuh dan ditimbang
sehingga diperoleh massa partikel
7. Piknometer diisi dengan tipol hingga penuh kemudian ditimbang untuk mengetahui
massa tipol dalam campuran partikel dan tipol
Gambar 4.1 Diagram Alir Penentuan Densitas
Page 13
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 13
4.2 Penentuan Viskositas Fluida Cair
1. Masukkan aqua dm dalam viskometer
2. Hitung waktu untuk menepuh jarak tertentu
3. Ulangi untuk air keran
4.3 Kalibrasi Rotameter dengan Wet Test Meter
1. Kolom fluidisasi dipastikan kosong dan seluruh selang terhubung dengan baik.
2. Kompresor dihubungkan ke rotameter dan selang dari aliran gas dihubungkan ke alat
wet test meter.
3. Skala rotameter diubah-ubah dari 0 sampai 6
4. Waktu untuk wet test meter menunjukkan skala 1 liter diukur dengan stopwatch.
Ukur diameter
kolom
Hitung luas
penampang kolom
Hubungan
kompresor,
rotameter, dan wet
test meter
Alirkan udara
tekan
Catat waktu untuk
1 liter
Hitung laju alir
Variasikan skala
rotameter dari 0
hingga 6
Buat kurva laju alir
terhadap skala
rotameter
Gambar 4.2 Diagram Alir Kalibrasi Rotameter
4.4 Operasi Peralatan Fluidisasi SOLTEQ
4.4.1 Prosedur Operasi Umum
Prosedur Start-Up
1. Isi tangki penampung air B1 dengan air bersih.
2. Pindahkan penutup kolom secara hati-hati.
3. Isi kolom dengan sampel sampai ketinggian tertentu.
4. Tutup kembali penutup kolom secara hati-hati. Pastikan o-rings terpasang dengan
baik.
5. Tempatkan kolom pada penahan dan kencangkan baut pengait. Setelah itu pastikan
kolom nya kokoh.
Page 14
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 14
Prosedur Shut-Down
1. Matikan kedua pompa (P1 dan P2).
2. Kosongkan kolom (K1) dan tangki penampung air (K2)
3. Bersihkan sampel dari peralatan.
4. Putus sambungan listrik ke alat.
4.4.2 Penentuan Karakteristik Fluidisasi
Fluidisasi sistem padat-cair
1. Isi kolom dengan partikel padat hingga ketinggian tertentu
2. Sambungkan rangkaian selang
3. Pastikan kolom K1 terisi air dan tidak ada gelembung dalam selang
4. Nyalakan pompa P1 dan atur bukaan valve FT201 untuk mengatur laju alir
5. Catat laju alir dan pembacaan water differential pressure transmitter (DPT 101)
6. Amati fenomena yang terjadi selama proses fluidisasi
7. Ulangi untuk variasi lain
Fluidisasi sistem padat-gas
1. Isi kolom dengan partikel padat hingga ketinggian tertentu
2. Sambungkan rangkaian selang
3. Pastikan semua valve tertutup rapat
4. Nyalakan kompresor P2 dan atur bukaan valve FT202 untuk mengatur laju alir
5. Catat laju alir dan pembacaan air differential pressure transmitter (DPT 102)
6. Amati fenomena yang terjadi selama proses fluidisasi
7. Ulangi untuk variasi lain
4.5 Operasi Peralatan Fluidisasi Gas
4.5.1 Penentuan Karakteristik Fluidisasi
1. Isi kolom dengan partikel padat hingga ketinggian tertentu
2. Sambungkan rangkaian selang
3. Buka valve dan nyalakan kompresor
4. Atur skala rotameter
5. Catat skala rotameter dan beda tinggi pada manometer
6. Amati fenomena yang terjadi selama proses fluidisasi, ulangi untuk variasi lain
Page 15
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 15
Partikel padat
dengan diameter
dan densitas
tertentu
Isi dalam kolom
fluidisasi dengan
ketinggian tertentu
Catat beda tinggi
pada manometer
atau pembacaan
DPT01/DPT02
Alirkan fluida Atur laju alir fluida
Tentukan nilai
turun tekan
teramati
Catat laju alir
Hitung turun tekan
unggun
Buat kurva
karakteristik
fluidisasi (log ΔP
terhadap log u)
Amati fenomena
yang terjadi
Gambar 4.3 Diagram Alir Penentuan Karakteristik Fluidisasi
4.5.2 Penentuan Kecepatan Minimum Fluidisasi
1. Masukkan partikel ke dalam kolom berisi fluida yang mengalir
2. Atur laju alir sedemikian sehingga pertikel melayang dalam aliran air
4.6 Operasi Peralatan Fluidisasi Cair
4.6.1 Penentuan Efisiensi Pemisahan Fluidisasi Cair
1. Aliri kolom dengan fluida, hitung waktu untuk mengisi volume tertentu sehingga
diperoleh laju alir
2. Isi kolom dengan campuran partikel (komposisi tertentu)
3. Alirkan fluida dengan kecepatan tertentu (konstan) dengan waktu pemisahan tertentu
4. Pisahkan produk atas, timbang
5. Buka valve buangan, saring produk bawah yang keluar, timbang
4.6.2 Penentuan Kecepatan Terminal Partikel
1. Masukkan partikel ke dalam kolom berisi air
2. Laju air diatur sedemikian sehingga waktu tempuh partikel untuk jarak yang sama
selalu konstan
4.6.3 Penentuan Kecepatan Superficial Minimum Fluidisasi Cair
3. Masukkan partikel ke dalam kolom berisi air yang mengalir
4. Valve diatur sedemikian sehingga pertikel melayang dalam aliran air
5. Hitung waktu untuk mengisi volume tertentu sehingga diperoleh laju alir
Page 16
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 16
5 DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, Christie. 1993. Transport processes and Unit Operation, New Jersey : Prentice
Hall
Fee, C.J., 1994. A Simple but Effective Fluidized-Bed Experiment, Chem. Eng. Educ. pp.
214-217
Kunii, D., and Levenspiel, O. 1991. Fluidization Engineering, Boston : Butterworth-
Heinemann,
Page 17
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 17
6 LAMPIRAN
A. TABEL DATA MENTAH
1. Penentuan densitas dan viskositas
Kalibrasi
Massa piknometer kosong
gram
Massa piknometer + aqua dm
gram
Temperatur
ºC
Penentuan densitas air keran
Massa piknometer + air keran
gram
Penentuan densitas partikel
Massa piknometer + tipol
gram
Massa piknometer + partikel
gram
Massa piknometer + partikel + tipol gram
Penentuan viskositas air keran
Waktu tempuh aqua dm detik
Waktu tempuh air keran detik
2. Kalibrasi rotameter
Diameter kolom cm
Skala rotameter waktu (s)
Page 18
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 18
3. Penentuan Karakteristik Fludisasi Gas
Peralatan Fluidisasi SOLTEX
Variasi :
Laju alir (L/min) ΔP (Pa) L(cm) Fenomena teramati
up down up down up down up down
Peralatan Fluidisasi Gas
Variasi :
Skala rotameter Δh (Pa) L(cm) Fenomena teramati
up down up down up down up down
4. Penentuan Kecepatan Superficial Minimum Fluidisasi Cair
Data Skala rotameter
1
2
3
5. Penentuan Efisiensi Pemisahan Fluidisasi Cair
Komposisi Massa (gram)
Volum air (L) waktu (s) Umpan produk atas produk bawah
6. Penentuan Kecepatan Terminal Partikel
Data Jarak (cm) Waktu (s)
1
2
3
Page 19
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 19
7. Penentuan Kecepatan Superficial Minimum Fluidisasi Cair
Data Volume (L) Waktu (s)
1
2
3
B. PROSEDUR PERHITUNGAN
1. Penentuan diameter partikel
2
21 pp
p
dd
d
dengan dp1 dan dp2 merupakan ukuran mesh, dimana mesh yang lebih kecil
meloloskan partikel sedangkan mesh yang lebih besar tidak.
2. Penentuan densitas partikel
maqua dm = [m piknometer + aqua dm] – m piknometer kosong
V𝑝𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 = 𝑚 𝑎𝑞𝑢𝑎 𝑑𝑚
𝜌𝑎𝑞𝑢𝑎 𝑑𝑚
mtipol = [m pikno + tipol] – mpikno kosong
Vtipol = Vpiknometer
𝜌𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙 = 𝑚𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙
𝑉𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙
m partikel = [m piknometer + partikel] – m piknometer kosong
m tipol = [m piknometer + partikel+ tipol] – m piknometer + partikel
𝑉𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙 = 𝑚𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙
𝜌𝑡𝑖𝑝𝑜𝑙
V partikel = V piknometer – V tipol
𝜌𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙 = 𝑚𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙
𝑉𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙
3. Penentuan viskositas air keran
𝜇 = 𝜇𝑜
𝜌 𝑡
𝜌𝑜𝑡𝑜
Page 20
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 20
4. Kalibrasi rotameter
Akolom = 1
4𝜋 𝑑𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚
2
laju alir (v) = 𝑉
𝐴𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 . 𝑡
5. Penentuan void fraction
Vunggun = Apenampang x L
Vpartikel =mp
ρp
ε = Vunggun− Vpartikel
Vunggun
6. Penentuan bilangan Reynold
𝑅𝑒𝑚𝑓 = 𝜌𝑓 𝑥 𝑢𝑚𝑓 𝑥 𝑑𝑝
𝜇𝑓
Asumsi Wen Yu
3 1
2 2
2
. . . ( )[ ( 3 3 , 7 ) 0 , 0 4 0 8 ] 3 3 , 7
p m f g p g s gd U d g
7. Penentuan kecepatan minimum fluidisasi
a. Persamaan Ergun
Untuk laminer (Re < 20)
2 3
( . ) ( ) .
1 5 0 (1 )
s p s g m f
m f
m f
d gU
Untuk turbulen (Re > 1000)
𝑈𝑚𝑓2 =
𝑑𝑝 ( 𝑃𝑠 − 𝑃𝑔)𝑔 𝜀𝑚𝑓3
1,75 𝑃𝑔
b. Persamaan Wen Yu
2
( )
1 6 5 0
p s g
m f
g
d gU
Page 21
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Fluidisasi
FLU 21
8. Penentuan efisiensi pemisahan
𝜂𝑝𝑒𝑚𝑖𝑠𝑎ℎ𝑎𝑛 = 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 𝑎𝑡𝑎𝑠
𝑚𝑢𝑚𝑝𝑎𝑛 𝑥 100 %
C. DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR
1. Densitas dan Viskositas Air
Tabel 6.1 Densitas dan Viskositas Air
T (°C) ρ (kg/m3) μ (cp)
20 998,23 1,0050
25 997,08 0,8937
30 995,68 0,8007
Sumber: Geankoplis (1993)
2. Densitas dan Viskositas Udara
Tabel 6.2 Densitas dan Viskositas Udara
T (°C) ρ (kg/m3) μ x 10
5 (Pa.s)
0 1,293 1,72
10 1,246 1,78
37,8 1,137 1,90
Sumber: Geankoplis (1993)
3. Diameter Mesh Ayakan
Tabel 6.3 Diameter Ayakan
Sumber : Kunii dan Levenspiel (1991)
No. Mesh d (μm)
20 833
35 417
48 295
65 208
100 147