HIDRODINAMIKA REAKTOR AIR-LIFT RECTANGULAR UNTUK FLUIDA NON-NEWTONIAN

Abstract

The airlift reactor is a bioreactor can used for aerobic fermentation process. This reactor is commonly used in gas-liquid contacting in the chemical process industry, biotechnology-based production and environmental waste treatment such as the activated sludge biological treatment of wastewater. Fluids were used in submerged fermentation, waste treatment with activated sludge and bottom product in petrochemical industry are classified as non-Newtonian fluids. Industries were implemented airlift reactor very much, but the type of product still limited. Parameters that depend in air lift reactor design are hydrodynamic reactor include gas hold up or volume fraction of gas in the dispersion, circulation velocity and mass transfer The gas-sparged riser has a higher gas hold up than down comer and thid difference in hold up causes liquid circulation in the reactor. In aerobic fermentation process, oxygen content in liquid phase determinate of successful fermentation process. The oxygen is liquid phase, if mass transfer from gas to liquid was occurred. Mass transfer of oxygen can occur if any difference of concentration (driving force) between gases phase with liquid phase and the gas phase contacting with liquid phase. The coefficient of mass transfer was depending by velocity of gas in reactor, liquid velocity, viscosity, density, temperature, diameter of bubble gas in liquid and effective diffusivity gas in liquid. The objective of this research is study of influence of density, viscosity and volumetric flow of gas to hold up gas and liquid circulation; and influence of viscosity of starch solution and volumetric flow of gas to coefficient of mass transfer. The rectangular air lift reactor with height of 106 cm, riser area 14,2 x 8,3 cm2 and down corner area 14,2 x 5,5 cm2. Non newtonian fluids were used starch solution with concentration of 2-10% and air from compressor. Air volumetric flow was variated in 45 —250 cc/s, height of fluids 80 cm. The gas hold up measure with change height of fluid in inverted manometer on riser and downcomer, and measurement of circulation velocity in downcomer using time needs for fluids flow in distance 50 cm. The mass transfer coefficient was measured using sulfite method. Oxygen dissolved analyzed with iodometri method The results of this research show increasing of volumetric flow of air cause increase gas hold up and circulation velocity, increasing concentration of fluids cause decrease gas hold up and circulation velocity. The results of this research show increasing of air volumetric flow cause increasing mass transfer coefficient and increasing concentration of fluids cause decrease mass transfer coefficient For influence of viscosity, increasing of viscosity of starch solution can cause decrease mass transfer coefficientReaktor air lift merupakan salah sate dari sekian banyak macam reaktor yang digunakan dalam reaksi multifase. Reaktor ini banyak dipakai dalam operasi kontak antara fase gas-cair (transfer massa) dalam proses industri kimia, bioteknologi (sebagai bioreaktor), dan pengolahan limbah secara biologis (aerob) yang menggunakan lumpur aktif. Fluida yang digunakan pada fermentasi akuatik, timbal) yang diolah dengan metode lumpur aktif, dan produk fraksi berat petrokimia merupakan fluida yang bersifat non¬newtonian. Industri yang telah menggunakan reaktor air lift telah banyak, namun macam penggunaannya masih sangat terbatas. Konsep dasar yang digunakan dalam perancangan masih sedikit literature, sehingga string menimbulkan variasi dan pendapat yang berbeda. Oleh karena itu konsep dasar perancangan yang dipakai dalam perancangan reaktor masih sangat dibutulikan. Dua hal yang mcndasari mekanisme kerja dart reaktor tersebut, yaitu: hidrodinamika reaktor dan transfer massa gas-cair. Hidrodinamika reaktor mempelajari kelakuan dinamik cairan dalam reaktor sebagai akibat laju alir gas masuk reaktor dan karakteristik cairannya. Hidrodinamika reaktor meliputi hold up • gas (fraksi gas saat pengbamburan) dan laju sirkulasi cairan. Sedang transfer massa mempelajari perpindahan massa dan gas Ice cair. Pada fermentasi aerob ini, jumlah oksigen yang tersedia dalam fase cair sangat menentukan keberhasilan fermentasi. Oksigen dapat berada dalam fast cair, jika terjadi perpindahan massa oksigen dad fase gas Ice fase cair. Perpindahan massa oksigen terjadi jika ada beds konsentrasi (driving force) antara fase gas dengan fase cair dan adanya kontak antara fast gas-cair. Kecepatan perpindahan massa sangat dipengaruhi oleh koefisien perpindahan massa antara fase gas-cair. Koefisien ini dipengaruhi secara langsung oleh laju alit gas di dalam reaktor, laju alir cairan, kekentalan, densitas, suhu, diameter gelembung gas di dalam cairan, dan difusivitas efactif gas di dalam cairan. Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh densitas, laju alit volumetrik udara dan viskositas larutan pati terhadap hold up gas dan laju sirkulasi cairan; dan mempelajari pengaruh viskositas larutan pati dan laju alir udara terhadap koefisien perpindahan massa. Reaktor air lift berherauk rectagular dengan dimensi tinggi 106 cm, luas daerah riser = 14,2 x 8,3 cm2dan downcomer 14,2x 5,5 cm2. Fluida non newtonian yang digunakan adalah larutan tepung pati dengan konsentrasi antara 2-10% dan udara yang berasal dad kompresor dengan laju volumetrik 45 — 225 cc/dt. Kondisi operasi yang dibuat tetap adalah tinggi caftan 80 cm, temperature kamar dan tekanan atmosferik. Studi hidrodinamika yang diamati adalah perubahan tinggi cairan dan waktu yang diperlukan tracer untuk menempuh panjang lintasaan. Perpindahan massa gas-cair menggunakan metode sulfit, dimana oksigen terlarut dianalisa dengan metode iodometri. Hasil penelitian tentang hidrodinamika reaktor menunjukkan bahwa kenaikan densitas cairan akan mengakibatkan penurunan hold up gas dan laju sirkulasi cairan, kenaikan viskositas cairan akan mengakibatkan penurunan hold up gas dan laju sirkulasi cairan, pertambahan laju alit menyebabkan kenaikan hold up gas dan laju sirkulasi cairan. Untuk studi perpidahan massa, hash penelitian rnenunjukkan bahwa kenaikan viskositas menyebabkan penurunan koefisien transfer massa dan pertambahan laju alir udara mengakibatkan kenaikan koefisien transfer massa