KAJIAN HIDRODINAMIKA DAN TRANSFER MASSA PROSES ABSORBSI PADA VALVE TRAY DENGAN MENINJAU PENGARUH VISKOSITAS CAIRAN

Transkripsi

1 KAJIAN HIDRODINAMIKA DAN TRANSFER MASSA PROSES ABSORBSI PADA VALVE TRAY DENGAN MENINJAU PENGARUH VISKOSITAS CAIRAN Disusun Oleh : Evi Fitriyah Khanifah Ayu Savitri Wulansari Prof.Dr.Ir Ali Altway,MS Dosen Pembimbing : Siti Nurkhamidah,ST,MS,Ph.D LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN TEKNIK KIMIA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2014

2 Pendahuluan Kenapa valve tray? Bagaimana dengan sieve Jenis tray? dan Bubble cup tray? Apa itu absorpsi?

3 Peneliti terdahulu No. Tahun Nama Peneliti Uraian Peytavy, et al Chen, et al Membandingkan interfacial area dan koefisien transfer massa sisi gas pada kolom absorpsi dengan menggunakan beberapa jenis tray Melakukan penelitian tentang transfer massa dan hidrolika pada packed sieve tray E.F. Wijn Mempelajari model batas operasi terendah dari sieve tray dan valve tray pada proses distilasi dan absorpsi H. Mustafa, et al Mempelajari hidrodinamika dan transfer massa dari textile vibrating-valve tray Van Banten dan Krishna Mempelajari pemodelan hidrolika sieve tray menggunakan simulasi CFD

4 Jianbing Qian, et al Xin Gang Li, et al Mempelajari dan membandingkan antara high powered adaptive valve tray dengan Glitsch VI float-valve trays Mempelajari hidrodinamika dari full open valve tray dengan menggunakan simulasi CFD A. Jafari, et al Zhimin, et al Mempelajari simulasi hidrodinamika dan transfer massa pada kolom distilasi valve tray menggunakan Computational Fluid Dynamics untuk sistem cyclohexane-n-heptane Memprediksi performance kolom distilasi dengan metode komputasi transfer massa pada sieve tray Hayati,dan Pratiwi Mempelajari karakteristik hidrodinamika dan transfer massa pada air dan udara dengan menggunakan valve tray

5 Perumusan Masalah Persoalan utama pada penelitian ini adalah bagaimana pola alir, pressure drop dan koefisien perpindahan massa pada valve tray dipengaruhi oleh beberapa variabel proses yang penting.

6 1. Mempelajari karakteristik valve tray yang dinyatakan dalam bentuk pressure drop 2. Menentukan pola alir yang dinyatakan dalam bentuk RTD dan Tangki N-series Tujuan Penelitian 3. Korelasi empiris yang dinyatakan dalam bentuk koefisien transfer massa sisi liquid (k L a ) 4. Korelasi empiris bilangan dispersi

7 Metodologi Penelitian 1. Rangkaian Alat Penelitian 40,67 mm 40,67 mm Pitch=49,19 mm Pitch=49,19 mm D= 38,1 mm D= 38,1 mm Diameter =240 mm Diameter =240 mm 40,67 mm 40,67 mm 180 mm 180 mm Keterangan Alat: 1. Bak penampung umpan (Lar CMC) 2. Pompa 3. Flow meter air 4. Suntikan larutan NaCl 5. Downcomer 6. Valve tray 7. Weir 8. Pipa air keluar downcomer 9. Pipa air weeping 10. Bak penampung air keluar 11. Kompresor 12. Flow meter udara 13. Distributor udara 14. Pipa udara keluar 15. Konduktometer/DO meter 16. Komputer 17. Manometer U 18. Valve

8 2. Alat dan Bahan 1. Alat yang digunakan Kolom absorpsi berisi valve tray Kompresor Pompa air Konduktometer tipe Jenway 4510 DO meter tipe DO-5510 Flow meter air Flow meter udara Manometer U Gelas ukur 500 ml Gelas kimia 500 ml Bak penampung Suntikan Komputer 2. Bahan yang digunakan Larutan Carboxy Methyl Cellulose (CMC) Udara Larutan NaCl 25% Na 2 SO 3 CoSO 4

9 3. Prosedur Penelitian 1. Tahap Persiapan Kalibrasi laju alir udara Pembuatan kurva larutan NaCl standar Pembuatan larutan tracer Deoksigenasi air umpan (penentuan waktu unsteady state) 2. Tahap Penelitian Pressure drop dan pola alir Transfer Massa 3. Analisa Data Pressure drop dan pola alir Transfer Massa

10 4. Variable Penelitian 1. Kondisi yang dipertahankan T = 28 oc Larutan NaCl 25% sebanyak10ml 2. Variabel Input (pada hidrodinamika dan transfer massa) Laju alir air : (11,14,17,19) dalam x10-5 m 3 /s Laju alir udara : (63,70,76,80,84) dalam x10-5 m 3 /s Konsentrasi larutan CMC : (0,1;0,2;0,3) dalam % 3. Variabel Respon o Hidrodinamika : Pressure drop, bilangan dispersi o Transfer Massa : k L a

11 5. Olah Data Hidrodinamika a. Pressure drop b. Bilangan dispersi Transfer Massa a. Koefisien transfer massa sisi liquid (k L a )

12 Hasil dan Pembahasan * Dalam penelitian hidrodinamika, dapat diketahui pressure drop, dan bilangan dispersi * Untuk penelitian transfer massa dapat diketahui koefisien transfer massa sisi liquid *Berikut kurva hubungan pressure drop dan Laju alir air :

13 Pada konsentrasi cmc 0,1 % Kurva hubungan antara Laju alir air dan Pressure drop

14 Pada konsentrasi cmc 0,2 % Kurva hubungan antara Laju alir air dan Pressure drop

15 Pada konsentrasi cmc 0,2 % Kurva hubungan antara Laju alir air dan Pressure drop

16 Hasil dan Pembahasan Untuk mengetahui jenis pola aliran dapat di lihat dari : RTD (Residence Time Distribute) Tangki N- series Dari ini data diatas dapat di hitung bilangan dispersinya. Sehingga di dapatkan korelasi empiris bilangan dispersi.

17 * RTD (Hubungan Laju alir udara vs E pada Q L 0,00063 m 3 /s) [CMC] 0,1% [CMC] 0,2% [CMC] 0,3%

18 * RTD (Hubungan Laju alir udara vs E pada Q L 0,00084 m 3 /s) [CMC] 0,1% [CMC] 0,2% [CMC] 0,3%

19 RTD dan N-series diperoleh dari : Kurva konsentrasi NaCl vs konduktivitas Perhitungan RTD

20

21 N-series

22 * Tank- N series (Hubungan Laju alir air vs N- series) [CMC] 0,1% [CMC] 0,2% [CMC] 0,3%

23 Bilangan dispersi D/uL = 0 ; dispersi diabaikan, plug flow D/uL = ~ ; dispersi besar, mixed flow (levenspil,hal 296) Untuk mendapatkan bilangan dispersi dengan persamaan berikut : s 2 t s 2 ø = = 2 t -2 D ul

24 D/uL D/uL 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 [cmc] = 0,1 % [cmc] = 0,2 % [cmc] = 0,3 % 0 0, ,0001 0, ,0002 QL (m³/s) QL = 0,00063 m³/s D/uL 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 [cmc] = 0,1 % [cmc] = 0,2 % [cmc] = 0,3 % 0 0, ,0001 0, ,0002 QL (m³/s) QL = 0,00084 m³/s

25 Koefisien Transfer Massa Sisi Liquid Unsteady state permenit Membandingkan C/C* analitik dan eksperiment k L a (grafik) C/C* analitik dihitung dengan menggunakan rumus : C C* = ( Cin / C* ) + a C o a [ 1 - e -(1 + a )t/t ] e -(1 + a )t/t C*

26 * kla

27 Kesimpulan Dari data data yang diperoleh, sehingga dapat dibentuk persamaan empiris sebagai berikut : P =6505,389µ 0,155 Q L 0,233 Q V -0,093 D/uL= 0,006µ 0,006 Q L -1,248 Q V 1,019 k L a =0,1051 µ -0,253 Q L 0,698 Q V -0,228

28