Residence Time Distribution in Packed Bed

“R.T.D 2 (PACKING)”

T U J U A N

Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari ketidakidealan pada aliran fluida dalam suatu reaktor  packed bed  dengan variasi debit, sehingga diperoleh model  packed bed   ideal yang mendekati  pola aliran fluida yang diperoleh dalam  percobaan

T I  N J A U A  N P U S T A K A

Residence Time Distribution (Distribusi Waktu Tinggal) •

Distribusi waktu tinggal adalah distribusi waktu yang dibutuhkan suatu elemen fluida untuk meninggalkan reaktor. reaktor.

•

Menunjukkan karakteristik pencampuran di dalam reaktor.

•

Ditentukan secara eksperimental memakai tracer (misal: zat warna, bahan radioaktif, dsb)

Ideal

“Aliran”

Non Ideal

Aliran Ideal Secara umum, terdapat tiga macam kurva yang menyatakan jenis pola aliran yang terjadi. Tipe plug flow, mixed flow dan  peralihan (intermediate), yang digambarkan  pada gambar berikut :

Kurva Distribusi Waktu Tinggal Secara umum terdapat tiga macam kurva yang terjadi, yaitu tipe  plug flow, mixed flow dan intermediate

Aliran Non Ideal Residence Time Distribution pada aliran nyata (aliran non-ideal) memiliki deviasi dibanding pada aliran ideal dalam  packing bed coloumn, tergantung pada hidrodinamika di dalam kolom packing .

Pada aliran non –  ideal yang mungkin terjadi dalam  beberapa jenis peralatan dapat digambarkan sebagai  berikut :

Pola Aliran Ideal Pola aliran fluida ideal pada  packed bed coloumn adalah tidak ada axial mixing dan elemen-elemen fluida yang masuk bersamaan akan keluar dengan  bersamaan pula. Oleh karena itu fluida yang masuk pada waktu t, akan keluar  pada waktu t + Δt, dengan Δt adalah waktu tinggal dalam packed bed coloumn.

Penyebab Terjadinya Aliran Fluida yang Non-Ideal •

Sudut-sudut reaktor, memberikan kemungkinan  besar bagi terbentuknya daerah-daerah diam ( stagnant region).

•

Jalur-jalur aliran yang tidak seragam pada menara

bahan

isian,

cenderung

akan

menyebabkan aliran pintas bagi fluida yang mengalir (by passing).

Pengertian mean: Mean residence time adalah waktu tinggal rata-rata suatu tracer untuk meninggalkan kolom packing.

Pengertian variansi: •

Variansi menunjukkan nilai kuadrat dari sebaran distribusi dan mempunyai dimensi (waktu)2

•

Untuk mengukur sebaran distribusi, nilai variansi di hitung:

Mean dan Variance, dan Fungsi Dirac δ

 Nilai variansi sangat berguna untuk mencocokan kurva matematis hasil olah data dengan kurva teoritis seperti digambar di bawah ini:

Tracer Component Merupakan suatu bahan (larutan) yang diinjeksikan ke dalam  packed bed coloumn yang digunakan untuk mengamati umur dari suatu elemen fluida saat melewati alat dengan teknik stimulus response. Konsentrasinya dalam aliran keluar alat dimonitor tiap

selang

waktu

tertentu

dengan

kalorimetri, titrasi dan sebagainya.

cara

konduktimetri,

Asumsi yang digunakan : •

Pada saat menginjeksikan tracer component cepat dan tidak ada yang melekat pada dinding kolom.

•

Pembuatan larutan tepat konsentrasinya.

•

Gesekan pada tangki dan selang diabaikan.

•

Aliran steady state.

•

Pengambilan data atau sampel tepat untuk setiap detiknya.

III. METODOLOGI PERCOBAAN Bahan : 1. Air Ledeng 2. NaCL

  Alat

CARA KERJA Pengukuran konduktivitas larutan sampel Timbang 0,05 gram NaCl dengan NAD

Larutkan NaCl dalam 100 ml air keran

Ukur dan catat konduktivitas larutan NaCl menggunakan konduktometer Ulangi pengukuran untuk 0,1 ; 0,15 ; 0,2 ; 0,25

Pengukuran Debit Aliran Kran air dibuka untuk memenuhi bak  penampung hingga ketinggian tertentu

Kran dibuka dengan sudut putar 5/8  putaran

Aliran air diatur hingga stedy state

Ulangi kembali langkah awal untuk sudut putar kran 7/8 dan 9/8 putaran

Volume air yang keluar packed bed ditampung tiap 5 detik hingga didapatkan 3 data

Pengukuran konduktivitas larutan sampel Larutkan 30 gram  NaCl dalam 100 ml air keran. Ambil 20 ml larutan NaCl menggunakan syringe

Ulang percobaan tersebut untuk 7/8 putaran i dan 9/8 putaran

Masukkan NaCl dalam syringe tersebut (tracer) ke dalam packed bed melalui bagian atas packed bed

Ukur dan catat konduktivitas semua larutan tersebut

Ambil sampel larutan output dari packed bed selama 15 detik sekali hingga di dapat 30 data

Data pertama diambil sejak pertama kali tracer di suntikkan ke dalam packed bed

Analisis Data Standardisasi Debit Aliran

Qm = dengan,

dengan, Qm

= debit aliran rata-rata, mL/s

Q = Debit Aliran Fluida, mL/s

Q1

= debit aliran untuk data 1, mL/s

V = Volume Cairan Tertampung, mL

Q2

= debit aliran untuk data 2, mL/s

t = Waktu, s

Q3

= debit aliran untuk data 3, mL/s

Pembuatan Kurva Standart

y = ax + b dengan, y = konsentrasi larutan NaCl x = konduktivitas larutan Harga a dan b ditentukan dengan :

Menentukan Distribusi Waktu Tinggal

C=E Dengan, •

E

= distribusi waktu tinggal, 1/detik

•

Ca = konsentrasi, g/mL

•

A = luas area dibawah kurva konsentrasi versus waktu

Nᵢ =

Mengetahui Kumulatif Massa Terhadap Waktu

Ni= Dengan, Qm

= debit aliran rata-rata, mL/s

I

= jumlah data

∆t

= selang waktu, s

Nᵢ

= jumlah mol tracer yang keluar di setiap waktu

Nt

= jumlah mol tracer total

Menghitung Mean Residence Time (tm)

dengan, tm = mean residence time, detik t = waktu, detik C = konsentrasi larutan keluar packed bed, g/L

Variance Persamaan penentuan variance:

dengan, = variance, detik σ tm = mean, detik ti = waktu tinggal sampel pada waktu tertentu, detik Ci = konsentrasi larutan terambil tiap waktu, g/l

asumsi-asumsi yang digunakan dalam percobaan : 1. Aliran yang terjadi pada packed bed  adalah steady state. 2. Tidak terjadi reaksi kimia selama tracer  berada pada reaktor. 3. Tidak terjadi perubahan densitas air dan NaCl. 4. Tidak terjadi absorbsi maupun desorbsi. 5. Lintasan tracer component tidak mengganggu lintasan dan sifat-sifat fluida. 6. Pembacaan nilai konduktivitas dan penimbangan bahan tepat.

Penyebab kesalahan relatif : 1. Pemasukan tracer tidak sama dengan t=0. 2. Kurang akurat alat konduktometer yang digunakan dan kesalahan paralaks dalam pembacaan nilai. 3. Pengambilan sampel tidak tepat waktu. 4. Aliran tidak terjaga overflow.

•

Mean residence time (tm) untuk setiap sudut putar adalah: Sudut putar kran 5/8, tm : 212,9781 s Sudut putar kran 7/8, tm : 216,7243 s Sudut putar kran 9/8, tm : 216,6867 s

•

Nilai variance untuk tiap sudut putar kran adalah: Sudut putar kran 5/8,

: 17128,8362

Sudut putar kran 7/8,

: 16932,0219

Sudut putar kran 9/8,

: 16938,5909

•

Hubungan f dengan γ (sudut putar kran) pada berbagai waktu cenderung naik seiring bertambahnya waktu. Semakin besar sudut putar kran, semakin tinggi nilai f yang didapat.

•

Persamaan konsentrasi terhadap konduktivitas: y = 35.7918 x + 1.2028

Grafik Hasil Percobaan •

Grafik hubungan Konsentrasi tracer dengan konduktivitas larutan 3.0000

2.5000    L     /    g 2.0000  ,    L    C    a    N    i    s 1.5000    a    r    t    n    e    s    n1.0000    o    K

0.5000

0.0000 0.0000E+00

5.0000E-04

1.0000E-03

1.5000E-03

2.0000E-03

Konduktivitas Larutan, S/m

•

2.5000E-03

3.0000E-03

Grafik hubungan sudut putar kran dengan debit 0.0500 0.0450 0.0400 0.0350    s 0.0300     /    L  ,    t    i 0.0250     b    e    D 0.0200

0.0150 0.0100 0.0050 0.0000 0

1/5

2/5

3/5

4/5

Sudut putar kran

5/8 Putaran

7/8 Putaran

9/8 Putaran

1

1 1/5

Grafik hubungan distribusi kumulatif dengan waktu

1.2

1

0.8     )    F     (     f    i    t    a     l    u    m    u 0.6    K    i    s    u     b    i    r    t    s    i    D 0.4

Keterangan: 5/8 putaran 7/8 putaran 9/8 putaran

0.2

0 0

50

100

150

200

250 Waktu, s

300

350

400

450

500

Grafik hubungan konsentrasi dan waktu 1.4200 1.4000 1.3800 1.3600 1.3400     )    L     /    g     (    i    s 1.3200    a    r    t    n 1.3000    e    n    o    K 1.2800

Keterangan: alpha 5/8 alpha 7/8 alpha 9/8

1.2600 1.2400 1.2200 1.2000 0

50

100

150

200

250 Waktu (detik)

300

350

400

450

500

Grafik hubungan distribusi waktu tinggal dengan waktu

2.5500E-03

2.5000E-03

Keterangan:

    ) 2.4500E-03    E     (     l    a    g    g    n    i 2.4000E-03    T    u    t     k    a    W    i    s 2.3500E-03    u     b    i    r    t    s    i    D2.3000E-03

5/8 putaran 7/8 putaran 9/8 putaran

2.2500E-03

2.2000E-03 0

50

100

150

200

250 Waktu, s

300

350

400

450

500