Tangki berpengaduk digunakan secara luas pada berbagai proses industri karena kemampuan sirkulasi aliran. Kompleksitas aliran dalam tangki berpengaduk menjadi bagian dari perubahan global pola alir dari satu tipe ke tipe yang lain, secara bergantian dalam skala yang besar. Fenomena ini diketahui sebagai Makro-Instabilitas (MI) pada tangki berpengaduk yang dipelajari dalam disertasi ini dengan cara Large Eddy Simulation (LES). MI adalah fenomena alami penting yang harus diketahui karena dapat memberikan efek yang signifikan pada kinerja pengadukan di dalam sistem satu fase maupun multifase. Studi ini dimulai dari tinjauan pada aliran satu fase sampai suspensi poly-disperse solidliquid di tangki berpengaduk menggunakan impeller dan geometri tangki yang berbeda. Metode visualisasi yang ditunjukkan sebagai hasil eksperimen dan hasil eksperimen yang sama dari literatur digunakan untuk memvalidasi hasil simulasi. Dalam disertasi ini pada umumnya menggunakan pendekatan teoritis berbasis simulasi computational fluid dynamics (CFD) yang mampu menunjukkan informasi detail aliran. Beberapa model dan teknik penyelesaian yang tersedia digunakan untuk membantu menjelaskan banyaknya variasi dari gerakan aliran secara numerik. Cara ini didukung oleh kemajuan yang signifikan dari permodelan aliran fluida dan turbulensi, algoritma numerik, hardware komputer, dan predikisi numerik dari aliran dalam tangki berpengaduk yang telah divalidasi, terutama yang menggunakan large eddy simulation (LES) sebagai permodelan turbulensi. Karena fenomena MI memberi pengaruh pada ketidakstabilan yang ditinjau menurut waktu dan bersifat aliran tiga dimensi, strategi numerik tidak bisa menggunakan penyederhanaan domain perhitungan melalui simetri geometrik, perkiraan steady state, dan model edy-viscosity yang secara lokal mengasumsikan sifat turbulen isotropic. LES yang memisahkan fluktuasi koheren frekuensi rendah pada satu sisi dan fluktuasi turbulen pada sisi yang lain adalah yang cocok untuk memprediksi sifat-sifat MI dalam tangki berpengaduk. Selanjutnya, prosedur sliding mesh (SM) yang memiliki kemampuan untuk mensimulasikan gerakan impeller secara realistis dibutuhkan untuk mendukung model LES. Kemampuan LES membuktikan dengan pengakuan pola alir dengan rata-rata eksperimen visualisasi aliran untuk sistem single fase telah diperiksa untuk mengetahui karakteristik fenomena MI dalam tangki berpengaduk yang berisi air. Tiga impeller berbeda : six-blade Rushtin disc turbibe (RT) impeller, fan turbine (FT) impeller, dan pitch blade turbine (PBT) impeller digunakan dalam single dan double impeller. Pada kasus tangki berpengaduk dengan six-blade Rushton turbine, prediksi secara numerik terhadap MI dilakukan dengan menggunakan variasi off-bottom clearance pada kecepatan rotasi impeller konstan. Hasilnya menunjukkan bahwa kombinasi pola alir terjadi secara berulang-ulang untuk semua konfigurasi. Pola aliran dalam tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan single impeller dapat diklasifikasikan menurut radial discharge dan cross pass type untuk pengadukan dengan six bladed Rushton disc turbine (RT) impeller, radial discharge dan axial discharge untuk fan turbine (FT) impeller, axis symmetric axial discharge dan asymmetric axial discharge untuk pitch blade turbine (PBT) impeller. Untuk kasus dengan penyusunan double impeller, terdapat variasi yang lebih komplek dari pola aliran yang disebabkan oleh interaksi diantara pola aliran yang dihasilkan oleh impeller atas dan bawah. Frekuensi kemunculan dan rasio life time dari tiap tipe aliran yang dikenali juga dipelajari secara ekperimen dan simulasi sebagai karakteristik dari MI. Lebih jauh lagi, variasi pola aliran didukung dengan kemunculan dari puncak amplitude yang tinggi pada frekuensi rendah dari frekuensi spektrum baik kecepatan aliran dan juga tekanan dinamik pada dinding tangki. Berdasar pada keseesuaian antara hasil eksperimen dan simulasi, metode LES juga digunakan untuk menaksir akibat dari fenomena MI dalam tangki berpengaduk untuk pencampuran padat-cair. Hasil simulasi yang didapatkan pada tangki berpengaduk dengan single PBT impeller, double RT impeller atau double FT impeller menunjukkan perbedaan yang signifikan dari karakteristik MI untuk system single dan dua fase (contoh, air dan polidisperse pencampuran padat cair dari inert partikel dalam air). Perkiraan numerik dari tekanan dinamik yang dipantau pada dinding tangki yang dalam penyesuaian dengan fluktuasi kecepatan aliran dan konsentrasi partikel untuk mengindikasikan fenomena MI, dan telah terbukti bahwa fenomena MI sangat mempengaruhi operasi pencampuran. Perubahan dari pola aliran menyebabkan perubahan mendadak dari distribusi partikel padat dalam campuran. Pada akhirnya, metode CFD yang menggabungkan LES sebagai model turbulen, sliding mesh (SM) sebagai model pergerakan impeller dan mixture model sebagai model multifase dapat memberikan informasi detail tentang pola alir secara simultan, real time dan 3-D dalam tangki berpengaduk. Di samping itu, pencarian hubungan diantara awal mula MI dan karakteristik frekuensi timbulnya MI dari data time series kecepatan aliran, konsentrasi partikel dan tekanan dinamik pada dinding tangki telah pula diperoleh.


Alt. Description

Stirred vessel is widely applied in industrial processes due to the existence of flow circulation. The complexity of flow in agitated tank comes in part from the global change of flow pattern from one type to another, alternately, on a long time scale. This phenomenon known as Macro-Instability in a stirred tank was studied in this dissertation mainly by means of Large Eddy Simulation (LES). MI is an important natural phenomenon that should be considered as a result of significantly effects on mixing performance including single phase and multiphase systems. The scope of the study was started from the single phase flow until the poly-dispersed solid-liquid suspension in a stirred tank using different impeller and tank geometries. The visualization method that was conducted as own experimental work and same experimental results from literatures were used to validate the LES results. This work was motivated to use computational fluid dynamics (CFD) approach that capable of providing detailed information on flow field. Numerous models and solution techniques have been developed over the years to help describe a wide variety of fluid motion. This fashion is supported by the significantly progress of fluid flow and turbulence modeling, numerical algorithms, computer hardware, and validated numerical predictions of mean flow inside agitated tank, especially that used large eddy simulations (LES) as turbulence modeling. Since the MI phenomenon contributes to the flow unsteadiness and three-dimensional flow, the numerical strategies could not use the domain reduction through geometrical symmetries, steady-state approximation, and eddy-viscosity model which locally assumes isotropic turbulent transport. The LES that allows separating the low frequency coherent fluctuations on one side and turbulent fluctuations on the other side should be implemented. Furthermore, the transient sliding mesh (SM) procedure that has capability to calculate the unsteady fluid motion is needed as the flow variation both in time and space is taken into account. The capability of LES confirmed with flow pattern recognition by means of flow visualization experiment for single phase system was examined to characterize the MI phenomena in an agitated vessel filled with water. Three different impellers: a six bladed Rushton disc turbine (RT) impeller, fan turbine (FT) impeller, and pitch blade turbine (PBT) impeller were equipped in single and double impeller arrangements. In case of a stirred tank agitated with a six bladed Rushton turbine, the numerical assessment of MI was also performed by varying the off-bottom clearance at constant impeller rotational speed. The results showed various combinations of flow patterns occurring repeatedly in the whole vessel for all configurations. The flow patterns inside agitated tank equipped with single impeller arrangement can be classified into the radial discharge and cross pass types for agitation with six bladed Rushton disc turbine (RT) impeller, radial discharge and axial discharge for fan turbine (FT) impeller, axis symmetric axial discharge and asymmetric axial discharge for pitch blade turbine (PBT) impeller. In case of double impeller arrangement, there are more complex variations of flow patterns due to the interaction between the flow patterns produced by top and bottom impellers. The frequency of appearance and life time ratio of each recognized flow type was also observed in experimental and simulation works as the characteristic of MI. Moreover, the flow pattern variation was corroborated with the presence of high amplitude peaks in the low frequency part of the frequency spectrum of both velocity in the bulk flow and dynamic pressure on the vessel wall. According to the agreement between simulation and the experimental works the LES method was also utilized to assess the effect of MI phenomena in a mechanically agitated vessel for solid-liquid suspension with the main aim of verifying its applicability to multiphase flows. The simulation results obtained in the vessel agitated with single PBT impeller, double RT impellers or double FT impellers showed the significant different characteristics of MI between for a single and a two phase system (i.e., water and polydispersed solid-liquid suspension of inert particles in water). By means of the numerical prediction of the dynamic pressure monitored on the tank wall that was in agreement with the flow velocity and particle concentration fluctuations monitored in the bulk flow for indicating the MI phenomena, it had been confirmed that the MI phenomenon considerably affected the mixing operations. The alteration of flow pattern caused the abrupt change of distribution of solid particles in suspension. Finally, the CFD method combining the LES as turbulence model, sliding mesh (SM) as impeller movement model, and mixture model as multiphase model could achieve the simultaneous, real time, and the 3-dimensional nature of flow field inside agitated tank. In addition, the findings included the relationships between the origination of MI and the frequency characteristic of the occurrence of MI from flow velocity, particle concentration, and dynamic pressure on the vessel wall time series data.

• HIDROGENASI GLUKOSA MENJADI SORBITOLMENGGUNAKAN KATALIS NICKEL DALAM REAKTORBERPENGADUK DAN BERTEKANAN TINGGI
• ISOLASI EUGENOL DARI KEMANGI JAWA (Ocimum basilicum Linn)
• SIMULASI MAKRO INSTABILITAS DALAM TANGKI BERPENGADUK INCLINED FAN TURBINE
• PERBANDINGAN METODE LUASAN DAN METODE FLASH ISOTHERMAL DALAM MEMPREDIKSI KESETIMBANGAN CAIR-CAIR BEBERAPA SISTEM TERNER
• ANALISA DERAJAT SUSPENSI PADAT-CAIR DALAM TANGKI BERPENGADUK DISC TURBINE DAN INCLINED FAN TURBINE PADA KECEPATAN PENGADUKAN RENDAH
• PERANCANGAN INTEGRASI PANAS PADA JARINGAN ‘SEPARATION SPLIT-BLEND’ PADA ALIRAN SUMBER DAN PRODUK MULTIKOMPONEN
• SIMULASI MAKRO INSTABILITAS DALAM TANGKI BERPENGADUK DISC TURBINE
• EKSPERIMEN DAN ESTIMASI KESETIMBANGAN GAS – LIQUID SISTEM KARBONDIOKSIDA – LARUTAN KALIUM KARBONAT
• PABRIK PUPUK KALIUM SULFAT ( K2SO4 ) DENGAN PROSES MANNHEIM
• PENGUKURAN KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM BINER ETANOL+ETIL ASETAT DAN ETANOL+ISOAMIL ALKOHOL PADA TEKANAN 101,33 KPA, 79,99 KPA, DAN 26,67 KPA

• DESAIN DAN KONTROL KOLOM DISTILASI TUNGGAL SIDESTREAM PADA PEMISAHAN ASETON-ETANOL-n-BUTANOL MENGGUNAKAN MODEL PREDICTIVE CONTROL
• HIDROGENASI GLISEROL MENJADI PROPILEN GLIKOL DENGAN KATALIS Cu
• SIMULASIHIDRODINAMIKA DAN TRANSFER MASSA DISERTAI REAKS IKIMIA PADA ABSORPSICO 2 DENGAN ABSORBEN LARUTAN BENFIELD DIDALAM PACKED COLUMN
• PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA PADA FALLING FILM EVAPORATOR UNTUK SISTEM CARBOXYLMETHYLCELULLOSE DENGAN UDARA
• PENGARUH KOMPOSISI KOMPATIBILISER MALEATED POLYPROPYLENE TERHADAP PROPERTI BLEND NATURAL RUBBER DAN POLYPROPYLENE YANG DIPROSES SECARA VULKANISASI DINAMIK
• PENGARUH MAKROINSTABILITAS (MI) TERHADAP CAMPURAN DALAM POLYDISPERSED PADAT - CAIR DALAM TANGKI BERPENGADUK DOUBLE IMPELLER
• MAKROINSTABILITAS (MI) DALAM TANGKI BERPENGADUK DOUBLE FAN TURBINE MULTIFASA (SOLID-LIQUID)
• PROSES PEMBUATAN GYPSUM DARI LIMBAH CALCIUM CARBIDA
• OPTIMASI EKSTRAKSI ZAT WARNA PADA KAYU INTSIA BIJUGA DENGAN METODE PELARUTAN
• SINTESIS DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT POLIPROPILENA - CARBON BLACK