FLUIDISASIKelompok 2 :Abdul Azis 21030112130062Faizal Romadhon 21030112130072Ni Putu Wedha Ramanitya 21030112140173Tuty Indraswari 21030112140148Tommy Darmawan 21030112140138Rian Aditia 21030112140178Sri Wahyuni 21030112120029Egananta Santoso 21030112130046Hanif Izzata Arko 21030112140034Yonathan Nusaputra Handoyo21030112130066

ARUS MELALUI UNGGUN ATAU PARTIKEL PADAT

Fluidisasi merupakan salah satu cara mengontakkan butiran-butiran padat dengan fluida (gas atau cair). Ilustrasi fluidisasi ini dapat kita tinjau dari suatu bejana dimana ditempatkan sebuah partikel padat berbentuk bola melalui unggun, padatan ini kemudian dialirkan gas dengan arah aliran dari bawah ke atas.

RESPON UNTUK SUPERFICIAL VELOCITY ATAU LAJU ALIR SEMU

Pada laju alir yang cukup rendah partikel akan diam karena tidak cukup melawan gaya grafitasi , disebut sebagai unggun diam atau fixed bed.

Ketika laju alir dinaikkan, padatan dalam unggun lama-kelamaan akan tersuspensi. Pada kondisi tersuspensi inilah sifat unggun akan menyerupai sifat cairan yang memiliki viskositas tinggi (memiliki kecenderungan mengalir dan mempunyai sifat hidrostatik, keadaan demikian disebut fluidized bed).

Kecepatan rendah

Kecepatan Tinggi

p meningkat dengan peningkatan u0

Awal fluidisasi p meningkat, kemudian konstan .

Tinggi unggun meningkat dengan meningkatnya u0

L adalah konstan sampai timbulnya fluidisasi dan kemudian mulai meningkat

RESPON UNTUK SUPERFICIAL VELOCITY ATAU LAJU ALIR SEMU

PRESSURE DROP DI FIXED BED

diasumsikan:

• Horizontal Bed (atau L pendek)Gravitasi tidak berpengaruh.

• Partikel seragam menimbulkan aliran kontinu

• Unggun dapat dimodelkan sebagai satuan pipa kecil

• Aliran adalah laminar (f = 16/Re).

ALIRAN LAMINAR

3

2

20 172

pD

Lup

Pada kenyataannya persamaan di atas tidak memperhitungkan

aliran yang melewati rongga unggun dan DL yang lebih panjang.

Data percobaan menunjukkan bahwa konstanta numerik dari

150 harus mengganti 72.

3

2

20 1150

pD

Lup

Blake-Kozeny equation. Assumes e < 0.5 and Rep < 10.

fp

p

uDRe 0

1

1

ALIRAN TURBULENT

Aliran turbulent tidak dapat menggunakan pendekatan Hagen-Poiseuille. Setelah mengganti di Dh dan koreksi kecepatan

3

20 13

pD

Lufp

Hasil experiment:

3

20 175.1

pD

Lup000,1pRe

Burke-Plummer Equation

ALIRAN INTERMEDIATE

3

20

3

2

20 175.11150

p

b

p

b

D

Lu

D

Lup

Ergun Equation

75.1150

1

3

20

p

p

ReL

D

u

p

Catatan: Persamaan dapat digunakan dengan gas menggunakan densitas gas rata-rata antara inlet dan outlet.

FIXED BED “FRICTION FACTOR”

UNGGUNG BENTUK TIDAK TERATUR

Untuk meningkatkan luas permukaan dan kontak padat cair, banyak partikel sering bentuknya tidak beraturan. Dalam hal partikel diperlakukan sebagai sebuah bola dengan memperkenalkan faktor yang disebut kebulatan Fs yang memungkinkan perhitungan diameter rata-rata.

particleparticle

p

particle

spheres VS

D

a

a

/

6

Dimana Dp adalah diameter bola dari volume yang sama seperti partikel

EXAMPLE: CUBE

3

26

aV

aS

What is diameter of sphere of volume a3?

aD

Da

p

p

31

33

6

6

81.0

666

63131

a

as

SPHERICITY

Catatan: untuk kubus dan silinder. Untuk kemudahan, beberapa hanya menghitung nominal (rata-rata) diameter dan menetapkan kebulatan kesatuan.Untuk bidang kontak terbesar menginginkan kebulatan rendah.

IRREGULAR SHAPES

So the final Ergun equation is:

3

20

3

2

220 175.11150

ps

b

ps

b

D

Lu

D

Lup

6.1. CHARACTERISTICS OF FLUIDISED SYSTEMS

6.1.1. General behaviour of gas solids and liquid solids systems

6.1.2. Effect of fluid velocity on pressure gradient and pressure drop

6.1.3. Minimum fluidising velocity

6.1.1. PERILAKU UMUM PADATAN GAS DAN SISTEM PADATAN-CAIR

Cairan mengalir melalui bagian bawah unggun tetap.

Fluidisasi adalah keseimbangan gravitasi, tarik dan kekuatan apung/gaya bouyant.

Partikel memiliki luas permukaan efektif yang lebih besar dari tempat unggun tetap

Kecepatan terkecil di mana fluidisasi terjadi adalah kecepatan fluidisasi minimum

FLUIDIZATION APPARATUS

Figure 1: Example of fluidization bed

6.1.2. EFFECT OF FLUID VELOCITY ON PRESSURE GRADIENT AND PRESSURE DROP

KECEPATAN (V)

Dalam unggun terfluidakan, total gaya gesekan pada partikel harus sama dengan berat efektif dari unggun.

kedalaman l, dan porositas e g adalah percepatan gravitasi ρs dan ρ adalah masing densitas partikel dan

cairan

For fixed bed spherical particles of diameter d, by the Carman-Kozeny equation

For a fluidised bed

6.1.3. KECEPATAN FLUIDISASI MINIMUM

Ergun equation

Ga is the ‘Galileo number’.

HUBUNGAN ANTARA KEKOSONGAN PADA KECEPATAN FLUIDISASI MINIMUM

6.1.4. MINIMUM FLUIDISING VELOCITY IN TERMS OF TERMINAL FAILING VELOCITY

NOT DISCUSSED

6.2. LIQUID-SOLIDS SYSTEMS

NOT DISCUSSED6.2.1. Bed expansion6.2.2. Non-uniform fluidisation6.2.3. Segregation in beds of particles of

mixed sizes6.2.4. Liquid and solids mixing

6.3. GAS–SOLIDS SYSTEMS6.3.1. General behaviour6.3.2. Particulate fluidisation6.3.3. Bubbling fluidisation6.3.4. The effect of stirring6.3.5. Properties of bubbles in the bed6.3.6. Turbulent fluidisation6.3.7. Gas and solids mixing6.3.8. Transfer between continuous and

bubble phases6.3.9. Beds of particles of mixed sizes6.3.10. The centrifugal fluidised bed6.3.11. The spouted bed

6.3.1. GENERAL BEHAVIOUR

Secara umum, perilaku sistem gas - fluidised

jauh lebih kompleks dibandingkan dengan

sistem liquid-fluidised yang menunjukkan

transisi bertahap dari fixed bed ke fluidised bed

diikuti oleh transportasi partikel, tanpa

serangkaian daerah transisi, dan dengan

ekspansi bed dan penurunan tekanan sesuai

cukup erat kaitannya dengan nilai-nilai,

dihitung untuk sistem yang ideal.

6.3.2. PARTICULATE FLUIDISATION

Meskipun partikel halus umumnya lebih mudah

membentuk fluidised bed daripada partikel kasar, gaya

permukaan terkait cenderung mendominasi dengan

partikel yang sangat halus.

Hal ini sangat sulit untuk memfluidisasi beberapa partikel

yang sangat halus karena mereka cenderung

membentuk ‘conglommerates’, yang besar dan stabil

yang hampir seluruhnya dilalui oleh gas.

Kualitas distribusi gas meningkat seiring dengan

peningkatan laju alir.

6.3.3. BUBBLING FLUIDISATION

Wilayah partikulat fluidisation biasanya berakhir

secara mendadak seiring dengan peningkatan

kecepatan gas, dengan pembentukan

gelembung gas.

Bubbling and Non-Bubling Fluidisation

Di luar kecepatan minimum fluidisasi gelembung atau void, partikel

bebas mungkin muncul dalam fluidized bed.

Pada kecepatan superfisial di atas kecepatan fluidisasi minimum, pada

umumnya fluidisasi mungkin berupa gelembung atau non-gelembung.

Beberapa kombinasi dari cairan dan partikel hanya menimbulkan

gelembung fluidisasi dan beberapa kombinasi hanya memberikan non-

gelembung fluidisasi

Kebanyakan sistem fluidisasi cair tidak menimbulkan gelembung.

Sistem fluidisasi gas hanya menimbulkan fluidisasi gelembung atau

non-gelembung seiring dengan meningkatnya kecepatan fluidisasi.

Fluidisasi non-gelembung juga dikenal sebagai partikulat atau

fluidisasi homogen.

Fluidisasi gelembung disebut juga agregatif atau fluidisasi

heterogen.

Classification of Powders Geldart (1973) mengklasifikasikan powder dalam

4 kelompok berdasarkan fluidization properties-

nya saat suhu kamar.

Klasifikasi powder menurut Geldart, sekarang ini

digunakan secara luas dalam semua bidang

tehnologi powder.

Group A – powder yang terfluidisasi oleh udara

saat kondisi (suhu) ruang, menciptakan wilayah

fluidisasi non-gelembung dimulai saat Umf,

diikuti dengan fluidisasi gelembung seiring

dengan meningkatnya kecepatan fluidisasi.

Group B – powders dibawah kondisi ruang

menciptakan fluidisasi gelembung.

Group C – powders yang sangat halus, kohesif

dan tidak mampu terfluidisasi.

Group D – partikel besar dibedakan oleh

kemampuan mereka untuk menghasilkan

semburan dalam bed.

Karena rentang kecepatan gas di mana fluidisasi non-gelembung

terjadi pada powder Grup A itu kecil, maka fluidisasi gelembung

adalah jenis yang paling umum ditemui dalam sistem fluidized gas

yang digunakan secara komersial.

Kecepatan gas superficial dimana gelembung muncul pertama

kalinya dikenal sebagai kecepatan gelembung minimum Umb.

Munculnya gelembung dini (premature bubble) dapat disebabkan

oleh rancangan distributor yang buruk atau tonjolan di dalam bed.

Abrahamsen dan Geldart (1980) mengkorelasikan nilai maksimum

Umb dengan gas dan properti partikel menggunakan korelasi berikut :

Dimana F adalah fraksi bubuk kurang dari 45 mm

Powder dalam Grup A, Umb > Umf

Gelembung terus-menerus membelah serta menyatu bergabung

dan ukuran gelembung maksimum stabil tercapai.

Hal ini membuat kualitas yaang baik, fluidisasi halus

Powder dalam grup B dan D, Umb = Umf

Gelembung terus tumbuh, ukuran gelembung maksimum tidak

dapat tercapai.

Hal ini membuat kualitas fluidisasi agak buruk terkait dengan

fluktuasi tekanan besar

Powder yang ada dalam Grup C, gaya

interparticle besar dibandingkan

dengan gaya inersia pada partikel.

Partikel tidak dapat mencapai proses

pemisahan yang dibutuhkan untuk

bisa mendapatkan gaya tarik dan

gaya apung.

Fluidisasi yang sebenarnya tidak

terjadi.

Gelembung tidak muncul, sebaliknya

aliran gas membentuk saluran melalui

powder.

Karena partikel-partikel tidak

sepenuhnya disupport oleh gas,

hilanganya tekanan dalam bed selalu

kurang dari berat bed sebenarnya per

luas penampang unit.

Bila ukuran gelembung lebih besar dari sekitar sepertiga

dari diameter peralatan kecepatan kenaikan gelembung

dikendalikan oleh peralatan dan mereka menjadi slug of

gas.

Slugging ini diikuti oleh fluktuasi tekanan besar dan karena

itu umumnya dihindari dalam satuan besar karena dapat

menyebabkan getaran ke pabrik.

Slugging tidak mungkin terjadi pada kecepatan berapapun

jika bed cukup dangkal.

Slugging tidak akan terjadi asalkan kriteria berikut terpenuhi

:

Jika bed lebih dalam dari ketinggian kritis ini, maka slugging

akan terjadi ketika kecepatan gas melebihi Ums :

Entrainment Istilah entrainment menggambarkan ejeksi partikel dari

permukaan bubbling bed dan penghilangan mereka dari vessel

dalam fluidisasi gas

Istilah lain seperti ‘carryover' dan 'Elutriation' sering digunakan

Entrainment partikel dalam aliran gas ke atas merupakan

proses yang kompleks.

Tingkat entrainment dan distribusi ukuran partikel entrained

pada umumnya tergantung pada ukuran partikel dan

kepadatan, sifat gas, kecepatan gas, rezim aliran gas dan

diameter pembulu).

Mendefinisikan partikel kasar sebagai partikel yang kecepatan

terminal lebih besar dari kecepatan gas superfisial (UT> U)

Partikel halus adalah partikel yang UT <U

Daerah di atas permukaan fluidized bed dianggap terdiri dari beberapa zonaFreeboard - daerah antara permukaan bed dan outlet gasFreeboard – region between the bed surface and gas outlet

Splash zone – daerah tepat di atas permukaan bed di mana partikel kasar jatuh kembali ke bawah.

Disengagement zone – daerah di atas zona percikan di mana konsentrasi fluks dan suspensi atas partikel halus menurun dengan meningkatnya ketinggian

Dilute-phase transport zone – daerah di atas zona pelepasan di mana semua partikel dibawa ke atas, fluks partikel dan konsentrasi suspensi yang konstan dengan ketinggian

Transport disengagement height (TDH) – ketinggian dari permukaan bed ke atas zona pelepasan

Di atas TDH fluks entrainment dan konsentrasi partikel konstan

Dari sudut pandang desain, dalam rangka untuk mendapatkan manfaat maksimal dari efek gravitasi di freeboard, kelgas keluar harus ditempatkan di atas TDH

Banyak korelasi empiris untuk TDH tersedia dalam literatur

Dimana dbvs adalah diameter volume yang setara dengan gelembung di permukaan.

Empirical estimation of entrainment rates from fluidized beds

Where Kih* is the elutriation rate constant (the entrainment flux at height h above the bed surface for the solids of size xi, when mBi = 1.0), MB is the total mass of solids in the bed, A is the area of bed surface and mBi is the fraction of the bed mass with size xi at time t

For continuous operation, mBi and MB are constant

The solids loading of size xi in the off-gases is The total solids loading of the gas leaving the

freeboard is

For batch operation, the rates of entrainment of each size range, the total entrainment rate and the particle size distribution of the bed change with time

Where D(mBiMB) is the mass of solids in size range i entrained in time increment Dt

Mass of solids remaining in the bed at time

Where subscript t refers to the value at time t

Solution of a batch entrainment problem proceeds by sequential application of above equations for required time period

The elutriation rate constant Kih* cannot be predicted from first principles

Correlations are usually in terms of the carryover rate above TDH, Ki∞*

For particles > 100 mm and U > 1.2 m/s

For particles < 100 mm and U < 1.2 m/s

NOT DISCUSSED

6.4. GAS–LIQUID–SOLIDS FLUIDISED BEDS6.5. HEAT TRANSFER TO A BOUNDARY

SURFACE6.6. MASS AND HEAT TRANSFER BETWEEN

FLUID AND PARTICLES

6.7. SUMMARY OF THE PROPERTIES OF FLUIDISED BEDS

A. Particulate fluidisation dispersi partikel yang seragam dalam cairan

dan pengembangan bed secara teratur seiring dengan kecepatan fluida meningkat

Kebanyakan sistem padat cair

B. Aggregative fluidisation dua fase yang ada dalam bed - fase kontinyu

atau emulsi dan fase diskontinu atau gelembung sistem gas-padatan

6.8. APPLICATIONS OF THE FLUIDISED SOLIDS TECHNIQUE

Penggunaan teknik padatan fluidised dikembangkan terutama oleh industri minyak dan kimia, untuk proses di mana koefisien perpindahan panas sangat tinggi dan tingkat keseragaman suhu di dalam bed tinggi memungkinkan pengembangan proses yang sebaliknya akan tidak praktis.

Pengeringan, karbonisasi, gasifikasi, pemurnian gas

6.8.2. FLUIDISED BED CATALYTIC CRACKING

6.8.3. APPLICATIONS IN THE CHEMICAL AND PROCESS INDUSTRIES

Sintesis bahan bakar bermutu tinggi dari campuran karbon monoksida dan hidrogen, yang diperoleh baik oleh karbonisasi batubara atau oksidasi parsial metana

Oksidasi naftalena menjadi anhidrida ftalat Pengering fluidised bed Pelaksanaan dari reaksi eksotermik yang

melibatkan waktu reaksi yang lama

6.8.4. FLUIDISED BED COMBUSTION