Scale-Up Bubble Column Reactor Sistem CO2-Ca(OH)2 Aqueous Solution dengan Simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD)

Alawiyah, Lailatul (2024) Scale-Up Bubble Column Reactor Sistem CO2-Ca(OH)2 Aqueous Solution dengan Simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6008221023-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Karbon dioksida (CO2) merupakan salah satu penyebab utama greenhouse gas yang semakin meningkat setiap tahunnya. Proses carbon capture and utilization (CCU) lebih banyak digunakan sebagai upaya untuk mengurangi emisi gas CO2 karena kemampuannya mengubah CO2 menjadi produk yang memiliki nilai tambah seperti precipitated calcium carbonate (PCC) melalui proses carbon mineralization. Proses carbon mineralization dapat dilakukan menggunakan bubble column reactor (BCR) yang merupakan reaktor multifase (gas-liquid) dan mudah dikonstruksi dan dioperasikan. Namun, scale-up BCR agar dapat dikembangkan pada skala industri cukup sulit untuk dilaksanakan. Salah satu hal penting dalam scaleup BCR adalah kondisi hidrodinamika di dalam BCR. Walaupun BCR memiliki desain yang sederhana, hidrodinamika di dalam kolom tersebut cukup rumit dan kompleks. Salah satu parameter utama dari hidrodinamika kolom adalah gas holdup, yang dapat diprediksi menggunakan simulasi CFD. Sehingga pada penelitian kali ini akan ditinjau similaritas di antara dua BCR yang berbeda menggunakan simulasi CFD untuk melihat kesamaan hidrodinamika yang dihasilkan dengan beberapa parameter seperti rasio ketinggian fluida terhadap diameter kolom (H/D), serta superficial gas velocity (SGV) dan superficial liquid velocity (SLV). Terdapat dua jenis geometri BCR yang akan ditinjau dengan ukuran yang berbeda, yaitu BCR1 dengan diameter 7 cm dan BCR2 dengan diameter 11 cm. Karakteristik hidrodinamika dari kedua BCR akan ditinjau pada sistem Ca(OH)2-CO2 dengan simulasi CFD menggunakan software ANSYS 2020. Hasil simulasi menunjukkan bahwa terdapat pengaruh yang cukup signifikan antara rasio H/D dan superficial gas velocity terhadap gas holdup. Ketika rasio H/D meningkat, gas holdup yang dihasilkan akan menurun. Sedangkan jika superficial gas velocity semakin meningkat, maka gas holdup yang dihasilkan juga akan semakin mengalami kenaikan. Namun superficial liquid velocity tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap gas holdup yang dihasilkan. Scale-up bubble column reactor sangat mungkin dilakukan dengan mempertimbangkan similaritas geometri, dinamik, dan kinematik. Similaritas geometri dapat dicapai dengan faktor rasio H/D, sedangkan similaritas dinamik dan kinematik dapat dicapai dengan faktor SGV dan SLV. Meski begitu, terdapat faktor lain yang perlu ditinjau sehingga scaleup bubble columna reactor dapat dilakukan.
===========================================================
Carbon dioxide (CO2) is one of the main causes of greenhouse gas which is increasing every year. The carbon capture and utilization (CCU) process is more widely used as method to reduce CO2 gas emissions because of its ability to convert CO2 into valuable products such as precipitated calcium carbonate (PCC) through the carbon mineralization process. The carbon mineralization process can be carried out using a bubble column reactor (BCR) which is a multiphase reactor for gas-liquid system and it is easy to construct and operate. However, scaling-up BCR to developed it on an industrial scale is quite difficult to implement. One of the important things for scaling up BCR is the hydrodynamic conditions inside the BCR. Although BCR has a simple design, the hydrodynamics inside the column are quite complicated and complex. One of the main parameters of column hydrodynamics is the gas holdup, which can be predicted using CFD simulation. Therefore, in this study, the similarity between two different BCRs will be reviewed using CFD simulation to see the similarity of hydrodynamic characteristics inside the BCRs with several parameters such as the ratio of fluid height to column diameter (H/D), superficial gas velocity (SGV) and superficial liquid velocity (SLV). There are two types of BCR geometry that will be reviewed with different diameters, BCR1 with a diameter of 7 cm and BCR2 with a diameter of 11 cm. The hydrodynamic condition from both BCRs will be reviewed on the Ca(OH)2-CO2 system with CFD simulation using ANSYS 2020 software. The simulation results show that there is a significant influence between the H/D ratio and superficial gas velocity on the gas holdup. When the H/D ratio increases, the resulting gas holdup decreases. Meanwhile, if the superficial gas velocity increases, the gas holdup produced will also increase. However, the superficial liquid velocity does not have a significant effect on the gas holdup produced. Scale-up of bubble column reactors is possible by considering geometric, dynamic, and kinematic similarities. Geometric similarity can be achieved by the H/D ratio factor, while dynamic and kinematic similarity can be achieved by the SGV and SLV factors. Even so, there are other factors that need to be reviewed so that the scaleup of the bubble column reactor can be carried out.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Bubble Column, CFD, Hidrodinamika, PCC, Bubble Column, CFD, Hydrodynamics, PCC.
Subjects:	Q Science > QD Chemistry
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Chemical Engineering > 24101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Lailatul Alawiyah
Date Deposited:	02 Aug 2024 03:40
Last Modified:	02 Aug 2024 03:40
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/111257

Actions (login required)

View Item