Non-Reactive gas mixing simulation (Aplikasi CFD)

Pencampuran gas-gas adalah sebuah unit operasi yang secara luas diterapkan di dalam cabang-cabang industri. Proses pencampuran gas biasanya terjadi sangat cepat sehingga tidak memerlukan peralatan khusus apa pun. Di dalam kasus proses pencampuran dapat merubah kemajuan reaksi dan/atau menghasilkan produk sampingan yang tidak diinginkan. Salah satu kasus proses ini adalah oksidasi parsial gas alam. Proses oksidasi parsial gas alam (oksidasi parsial non-katalitik-POX atau catalytic autothermal reforming-ATR) digunakan untuk menghasilkan gas sintetik, semi-produk dasar untuk amonia, metanol, produksi alkohol OXO juga produksi bahan bakar sintetik menggunakan metode Fischer-Tropsch. 

Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas simulasi pencampuran gas non-reaktif di dalam CFD. Pembahasan mengenai pencampuran gas reaktif akan dibahas pada kesempatan yang lain.

Simulasi Pencampuran Gas non-reactif dalam Software CFDSOF

Langkah-langkah dalam membuat simulasi pencampuran gas non-reaktif adalah sbb:

1. Kita akan mensimulasikan dua zat (spesies) di dalam sebuah bejana. Pertama-tama kita tentukan domain p x l x t = 1 x 1 x 1 m. Kita bagi domain dalam beberapa cell 10i x 10j.

2.  Menentukan Model simulasi. Kita aktifkan hitung spesis dengan sifat aliran adalah laminar, tidak ada radiasi, fase tunggal, tidak ada gerakan grid, dan tidak ada aliran non-newtonian.

3. Mengatur cell-cell. Kita tentukan inlet 1 pada titik i1,j8 dan i1,j9. Inlet 2 kita tetapkan pada titik i4,j1, sedangkan outlet kita tetapkan pada titik i10,j6.

4. Mengatur spesies, CO2 sebagai spesies 1 dan Udara sebagai spesies 2. Kita tentukan proses ini sebagai proses non reaksi.

5. Menentukan kondisi sempadan pada inlet 1. Kita tetapkan kecepatan u (searah sumbu x) sebesar 0.01 m/s.

6. Pada kondisi sempadan inlet 1, kita klik spesies. Kita tentukan fraksi massa CO2 sebesar 0 (nol).

7. Menentukan kondisi sempadan pada inlet 2. Kita tetapkan kecepatan v (searah sumbu y) 0.01 m/s.

8. Pada kondisi sempadan inlet 2, kita klik spesies. Kita tentukan fraksi massa CO2 sebesar 1.

9. Kita lihat kontur fraksi massa Udara dan CO2 pada gambar di bawah ini.

Kontur fraksi massa udara

Kontur fraksi massa CO2

Dapat kita lihat bahwa fraksi massa udara paling besar pada daerah atas domain. Kondisi ini terjadi karena aliran udara masuk ke dalam bejana melalui inlet 1. Sedangkan fraksi massa udara paling kecil adalah pada daerah bawah domain. Kondisi ini terjadi karena CO2 mengalir ke dalam bejana melalui inlet 2 sehingga CO2 memenuhi daerah bawah domain.