“R.T.D 2 (PACKING)”

TUJUAN

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

Residence Time Distribution(Distribusi Waktu Tinggal)

• Distribusi waktu tinggal adalah distribusi waktu yang dibutuhkan

suatu elemen fluida untuk meninggalkan reaktor.

• Menunjukkan karakteristik pencampuran di dalam reaktor.

• Ditentukan secara eksperimental memakai tracer (misal: zat

warna, bahan radioaktif, dsb)

TINJAUAN

PUSTAKA

“Aliran”

Ideal

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 cara konduktimetri,

kalorimetri, titrasi dan sebagainya.

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 Ledeng2.NaCL

Alat

CARA KERJAPengukuran konduktivitas larutan sampel

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

Volume air yang keluar packed bed ditampung tiap 5

detik hingga didapatkan 3 data

Ulangi kembali langkah awal untuk sudut putar kran 7/8

dan 9/8 putaran

Pengukuran konduktivitas larutan sampel

Larutkan 30 gram NaCl dalam 100 ml air

keran. Ambil 20 ml larutan NaCl

menggunakan syringe

Larutkan 30 gram NaCl dalam 100 ml air

keran. Ambil 20 ml larutan NaCl

menggunakan syringe

Ambil sampel larutan output dari packed bed selama 15 detik sekali

hingga di dapat 30 data

Ambil sampel larutan output dari packed bed selama 15 detik sekali

hingga di dapat 30 data

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

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

Ukur dan catat konduktivitas semua larutan tersebut

Ukur dan catat konduktivitas semua larutan tersebut

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

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

Masukkan NaCl dalam syringe tersebut (tracer) ke dalam

packed bed melalui bagian atas packed

bed

Masukkan NaCl dalam syringe tersebut (tracer) ke dalam

packed bed melalui bagian atas packed

bed

Analisis DataStandardisasi Debit Aliran

dengan,Q = Debit Aliran Fluida, mL/sV = Volume Cairan Tertampung, mL t = Waktu, s

Qm =

dengan,Qm = debit aliran rata-rata, mL/sQ1 = debit aliran untuk data 1, mL/sQ2 = debit aliran untuk data 2, mL/sQ3 = debit aliran untuk data 3, mL/s

y = ax + bdengan,

y = konsentrasi larutan NaCl x = konduktivitas larutan

Harga a dan b ditentukan dengan :

Pembuatan Kurva Standart

Menentukan Distribusi Waktu Tinggal

C = EDengan,• E = distribusi waktu tinggal, 1/detik • Ca = konsentrasi, g/mL• A = luas area dibawah kurva konsentrasi

versus waktu

Dengan,Qm = debit aliran rata-rata, mL/sI = jumlah data∆t = selang waktu, sNᵢ = jumlah mol tracer yang keluar di setiap waktuNt = jumlah mol tracer total

Mengetahui Kumulatif Massa Terhadap Waktu

Ni=

Nᵢ =

Menghitung Mean Residence Time (tm)

dengan,tm = mean residence time, detikt = waktu, detikC = konsentrasi larutan keluar packed bed, g/L

VariancePersamaan penentuan variance:

dengan, σ = variance, detiktm = mean, detikti = waktu tinggal sampel pada waktu tertentu,

detikCi = 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

•

Grafik hubungan sudut putar kran dengan debit

Grafik hubungan distribusi kumulatif dengan waktu

Grafik hubungan konsentrasi dan waktu

Grafik hubungan distribusi waktu tinggal dengan waktu

Keterangan:

KesimpulanKesimpulan yang didapat dari percobaan ini :

• Tracer component dapat digunakan untuk menentukan umur suatu elemen fluida saat melewati alat

• Distribusi waktu tinggal tracer component sama dengan distribusi waktu tinggal fluida jika aliran yang terjadi adalah steady state

• Semakin besar sudut putar kran maka debit aliran air semakin besar pula

• Sudut putar yang semakin besar memberikan distribusi waktu tinggal tracer component yang semakin singkat

• Semakin besar waktu (t) maka semakin besar akumulatif massa dalam reaktor.