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
Top Related