Laporan OTK - Mixing

         BAB 1

                                         PENDAHULUAN

1.1  Latar belakang

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan didalam bahan yang diaduk. Tujuan dari operasi pengadukan terutama adalah terjadinya pencampuran (mixing). Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak didalam bahan yang menyebabkan bagian-bagian bahan saling bergerak anatra saru dengan yang lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk operasi pencampuran. Pengadukan yang digunakan dalam proses industri adalah unruk menghasilkan gerakan-gerakan turbulen dalam fluidamemakai peralatan mekanis. Pengadukan dapat dijumpai dalam industry kimia seperti pada proses ekstraksi, absorbs, reaksi kimia dan lain-lain.

Banyak keperluan yang berbeda dibuat dengan system pengadukan. Ada beberapa tipe umum operasi pengadukan dan dibedakan atas dasar tujuan yang diinginkan, yaitu:

1.      Transfer masa dalam system heterogen

Yang temasuk kategori ini adalah reaksi kimia, ekstraksi dan absorbs. Kegunaan pengadukan dala system ini adalah untuk memperlancar perpindahan massa.

2.      Blending antara dua cairan

Proses blending ini dilakukan secara kontinyu maupun batch. Bagian terpenting dari proses ini adalah aliran besar kesemua titik dalam sistem. Tanpa hal ini maka turbulensi tidak akan tercapai.

3.      Transfer panas dan keseragaman suhu

Transfer panas seringkali menyertai operasi transfer massa, misalnya pada reaksi kimia. Oleh karena itu tanki reaktor dilengkapi dengan heating atau cooling berupa coil atau jacket wall tergantung kebutuhan kondisi operasi maupun sifat reaksi yang endotermik atau eksotermik. Turbulensi akan menghasilkan transfer panas konveksi paksa (force convection) yang jauh lebih tinggi kecepatannya dari pada konveksi alami (natural convection).

Proses fase cair merupakan hal yang cukup penting dalam berbagai proses kimia. Salah satu sarana pencampuran fase cair adalah tanki pengaduk. Impeller dengan ukuran dan bentuk yang berbeda berputar pada batang yang dipasang pada tanki yang berbentuk silinder, conical, hemispherical maupun rectangular. Impeller dapat dipasang lebih dari satu pada satu batang dan juga batang di pasang dapat di pasamg lebih dari satu. Apabila bahan yang di adauk cenderung menempel pada dinding tanki maka impeller dibuat menyentuh tanki. Supaya tidak terjadi vortex, tanki dilemgkapi dengan baffle.

Tipe impeller yang digunakan tergantung pada mixing required, kapasitas vessel dan sifat sifat fluidanya terutama viskositas . berdasarkan bentuknya, impeller  dibagi jadi tiga yaitu:

1.      Propeller

2.      Paddle

3.      Turbin

Waktu pencampuran merupakan lamanya operasi pencampuran sehingga diperolehkeadaan yang serba sama. Pada operasi pencampuran dengan tanki pengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal:

1.      Dari alat seperti ada tidaknya baffle, bentuk dan jenis impeller , ukuran pengaduk, laju putaran dan kedudukan pengaduk, jumlah daun pengaduk dan jumlah pengaduknya.

2.      Dari cairan yang diaduk seperti densitas , viskositas jumlah cairan dan jenis cairan.

1.2  Tujuan

1.      Memahami pengertian dasar pengadukan.

2.      Menjelaskan hubungan antara waktu pengadukan dengan bilangan Reynold larutan NaCl.

3.      Menjelaskan hubungan antara daya pengadukan dengan bilangan Reynold larutan NaCl.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Pengadukan adalah suatu operasi kesatuan yang mempunyai sasaran untuk menghasilkan pergerakan tidak beraturan dalam suatu cairan, dengan alat mekanis yang terpasang pada alat di atas. Walaupun pengadukan sering disalahartikan dengan campuran, dan mereka tidaklah bersinonim. Pengadukan mengacu pada pergerakan dalam suatu material dalam bentuk spesifik; bagaimanapun, ini merupakan suatu distribusi secara acak antara dua atau lebih tahap yang pada awalnya terpisah. Pola aliran yang terjadi dalam cairan yang diaduk tergantung pada jenis pengaduk, karakteristik fluida yang diaduk dan ukuran serta perbandingan ukuran antara tangki, pengaduk dan sekat. Tujuan dari pada operasi pengadukan terutama adalah terjadinya pencampuran. Pencampuran merupakan suatu operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan (McCabe, 1999).

Pengadukan zat cair digunakan untuk berbagai maksud bergantung dari tujuan langkah pengolahan itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain :

a.    Untuk membuat suspensi partikel zat padat

b.    Untuk meramu zat cair yang mampu bercampur (miscible), umpamanya metil alkohol dan air.

c.    Untuk menyebarkan (dispersi) gas di dalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil

d.   Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga dapat membentuk emulsi atau suspensi butiran halus

e.    Untuk mempercepat perpindahan kalor zat cair dengan kumparan atau mentol kalor.

Kadang-kadang pengaduk (agitator) digunakan beberapa tujuan sekaligus seperti dalam hidrogenasi katalitik dari pada zat cair. Dalam bejana hidrogenasi gas hidrogen di dispersi melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam suatu keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan atau mantel.

Beberapa tujuan dari pengadukan fluida adalah:

1.      Mencampur dua cairan yang miscible, seperti etil alkohol dan air.

2.      Melarutkan padatan dalam cairan, seperti oksalat dan air.

3.      Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Seperti oksigen dari udara dalam suatu suspensi mikroorganisme untuk fermentasi pada saat proses pengolahan lumpur buangan.

4.      Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Seperti oksigen dari udara dalam suatu suspensi mikroorganisme untuk fermentasi pada saat proses pengolahan lumpur buangan.

5.      Pengadukan fluida untuk menaikkan transfer panas diantara fluida dan suatu coil atau jacket dalam dinding tangki.

Agitasi atau mixing adalah salah satu dari operasi-operasi tertua dan paling sering dijumpai dalam teknik kimia. Agitasi digunakan di dalam banyak aplikasi, termasuk:

1.    Disperse suatu zat terlarut melalui suatu pelarut.

2.    Penyatuanduacairan yang dapatdicampur.

3.    Produksi slurry dari padatan halus didalam suatu cairan.

4.    Pencampuran reaktan-reaktan dalam suatu reactor.

5.    Pengadukan cairan homogen untuk meningkatkan heat transfer ke cairan (Cheremisinoff, 2000).

Peralatan pengaduk/agitasi mempunyai bentuk yang bermacam-macam, karena banyaknya variasi aplikasi yaitu:

1.    Axial flow impeller dengan penstabil arah aliran pada ujung-ujungnya.

2.    Flat blade turbine yang menghasilkan aliran turbulen pada arah radial, tapi membutuhkan power yang lebih besar.

3.    Turbine, digunakan sebagai agitator.

4.    Anchor impeller, digunakan untuk tingkat turbulensi yang rendah.

5.    Helical impeller, digunakan untuk menyatukan campuran padat-cair atau untuk mengaduk pasta, lumpur dan adonan.

Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan (cair, cair/padat, cair,cair/gas, cair/padat/gas) di dalam bejana pengaduk. Biasanya yang berlangsung adalah gerakan turbulen (misalnya untuk melaksanakan reaksi kimia, proses pertukaran panas, proses pelarutan). Alat pengaduk terdiri atas sumbu pengaduk dan strip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan atau dapat dipisah-pisah menjadi 2-3 bagian pengaduk yang dapat dipisah-pisahkan juga dapat dibongkar pasang didalam satu unit tangki pengaduk.

Alat pengaduk dapat dibuat dari berbagai bahan yang sesuai dengan bejana pengaduknya, misalnya dari baja, baja tahan karat, baja berlapis email, baja berlapis karet. Suatu alat pengaduk diusahakan menghasilkan pengadukan yang sebaik mungkin dengan pemakaian daya yang sekecil mungkin. Ini berarti seluruh isi bejana  pengaduk  sedapat  mungkin  digerakkan  secara  merata, biasanya secara turbulen.

Kebutuhan daya dan baik buruknya hasil pengadukan tergantung antara lain pada faktor-faktor berikut :

1.      Jenis alat pengaduk : Bentuk, ukuran, perbandingan diameter daun pengaduk terhadap diameter bejana pengaduk, frekuensi putaran, posisi dalam bejana pengaduk.

2.      Jenis bejana pengaduk : Bentuk, ukuran, perlengkapan di dalamnya, derajat keisian (degree of  fullness).

3.      Jenis dan jumlah bahan : Viskositas, jenis campuran (larutan sejati, suspensi kasar, suspensi halus, dan sebagainya), kerapatan, perbedaan kerapatan dalam campuran, besar dan bentuk partikel padat yang  diaduk (Purwanto, 2008).

Istilah pencampuran digunakan untuk berbagai ragam operasi, dimana derajat homogenitas bahan yang “bercampur” itu sangat berbeda. Umpamanya, satu kasus, dimana dua macam gas digabungkan dalam satu tempat hingga seluruhnya bercampur dengan baik, dan kasus lain pasir, kerikil, dan semen diaduk didalam drum putar selama beberapa waktu. Dalam kedua kasus itu bahan-bahan itu pada akhirnya bercampur, namun jelas pula bahwa homogenitasnya berbeda. Cuplikan campuran gas itu betapa pun kecilnya cuplikan itu semuanya mempunyai komposisi yang sama. Sedang cuplikan campuran beton, dipihak lain akan sangat berlainan komposisinya satu sama lain.

     Pencampuran zat cair yang mampu-campur (miscible) di dalam tangki merupakan proses yang berlangsung cepat dalam daerah turbulen, impeller akan menghasilkan arus kecepatan tinggi, dan fluida itu mungkin dapat bercampur, baik di daerah sekitar impeller Karena adanya keturbulenan yang hebat. Pada waktu arus itu melambat karena adanya membawa ikut zat cair lain dan mengalir di sepanjang dinding terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran-pusaran besar pecah menjadi kecil, tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada arah aliran. Fluida akan mengalami satu lingkaran penuh dan kembali ke pusat impeller, di mana terjadi lagi pencampuran yang hebat (Galih, 2012).

Pengertian viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida bergerak, atau benda padat yang bergerak didalam fluida. Besarnya gesekan ini biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin  besar viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak didalam zat cair tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar  partikel zat cair. Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu  jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas tinggi. Sebagai contoh, air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas yang lebih tinggi.

Massa jenis  atau densitas (density) suatu batuan secara harafiah merupakan perbandingan antara massa dengan volume total pada batuan tersebut. Secara sederhana, suatu batuan memiliki dua komponen, komponen padatan dan komponen rongga (pori). Keberadaan komponen padatan maupun komponen rongga mempunyai nilai yang beragam pada tiap-tiap batuan sehingga massa jenis dari suatu batuan berbeda dengan batuan yang lainnya (Streeter, 1996.)

     Sekat (Baffle) adalah lembaran vertikal datar yang ditempelkan pada dinding tangki. Tujuan utama menggunakan sekat dalam tangki adalah memecah terjadinya pusaran saat terjadinya pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbu pengaduk pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya pemakaian sekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada bertambahnya kebutuhan daya pengadukan. Sekat pada tangki juga membentuk distribusi konsentrasi yang lebih baik di dalam tangki, karena pola aliran yang terjadi terpecah menjadi empat bagian. Penggunaan ukuran sekat yang lebih besar mampu menghasilkan pencampuran yang lebih baik.

Bilangan Reynold merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan yang terjadi bisa diketahui bilangan Reynold-nya dengan menggunakan persamaan 3.

dimana :

Re  = Bilangan Reynold

ρ    = dnsitas fluida

µ    = viskositas fluida

Dalam sistem pengadukan terdapat 3 jenis bentuk aliran yaitu laminer, transisi dan turbulen. Bentuk aliran laminer terjadi pada bilangan  Reynold hingga 10, sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynold 10 hingga 10⁴ dan transisi berada diantara keduanya (Perry, 1997).

Bilangan Fraude yaitu bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude bukan merupakan  variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia (Galih, 2012).

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat

-       Tangki

-       Baffle

-       Pengaduk (impeller)

-       Motor pengaduk

-       Picnometer 25 mL

-       Bulp

-       Viscometer

-       Beaker glass 100 mL

-       Stopwatch

-       Pipet tetes

Deskripsi alat:

Keterangan : 1.    Motor pengaduk 2.    Speed controller 3.    Tangki 4.    Baffle 5.    Pengaduk

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Tangki Berpengaduk

3.1.2   Bahan

-       Air kran

-       NaCl

3.2      Prosedur Percobaan

1.      Diukur diameter gelar Beaker (Dt), diameter/panjang stirer pengaduk (Da), tinggi permukaan larutan (H), lebar baffle.

2.      Ditimbang piknometer kosong.

3.      Dimasukkan air ke dalam tangki, memasang baffle dan memasang pengaduk impeller.

4.    Dinyalakan motor pengaduk dan mengatur pada kecepatan 150, 190, 230, dan 270 rpm.

5.    Diatur posisi pengaduk dengan variasi center, off cernter, dan incline.

6.    Dimasukkan garam 100 gr dan menghitung waktu sampai homogen

7.    Ditimbang massa piknometer + air + larutan garam 100 gr

8.    Diulangi percobaan 1, 2, 3, 5, 6 dan 7 dengan kecepatan yang berbeda pada motor pengaduk.

9.      Diulangi percobaan diatas dengan variasi tanpa baffle.