42
LAPORAN PRAKTIKUM PERLAKUAN MEKANIK PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas praktikum Mata kuliah Perlakuan Mekanik Pembimbing : Ir.Yunus Tonapa Sarungu Tanggal Praktikum : 19 Februari 2013 Tanggal Pengumpulan : 26 Februari 2013 Kelas 2A-TKPB Kelompok 3 Nama NIM Linda Permatasari 111424010 Medina Yasmin 111424011 M.Rendy Andromeda 111424013 M.Faris Medali R. 111424014 D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA

Lapak Mixing

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Lapak Mixing

LAPORAN PRAKTIKUM

PERLAKUAN MEKANIK

PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas praktikum

Mata kuliah Perlakuan Mekanik

Pembimbing : Ir.Yunus Tonapa Sarungu

Tanggal Praktikum : 19 Februari 2013

Tanggal Pengumpulan : 26 Februari 2013

Kelas 2A-TKPB

Kelompok 3

Nama NIM

Linda Permatasari 111424010

Medina Yasmin 111424011

M.Rendy Andromeda 111424013

M.Faris Medali R. 111424014

D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012-2013

Page 2: Lapak Mixing

PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN

I. PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pengadukan (agitation) adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan

reduksi gerakan pada bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana. Gerakan

hasil reduksi tersebut mempunyai pola sirkulasi. Akibat yang ditimbulkan dari operasi

pengadukan adalah terjadinya pencampuran (mixing) dari satu atau lebih komponen yang

teraduk. Ada beberapa tujuan yang ingin diperoleh dari komponen yang dicampurkan, yaitu

membuat suspensi, blending, dispersi, dan mendorong terjadinya transfer panas dari bahan

ke dinding tangki.

Pada industri kimia seperti proses katalitik dari hidrogenasi, pengadukan mempunyai

beberapa tujuan sekaligus. Pada bejana hidrogenasi gas hidrogen disebarkan melewati fasa

cair dimana partikel padat dari katalis tersuspensi. Pengadukan juga dimaksudkan untuk

menyebarkan panas dari reaksi yang dipindahkan melalui cooling coil dan jaket.

Contoh lain pemakaian operasi pengadukan dalam industri adalah pencampuran

pulp dalam air untuk memperoleh “larutan” pulp. Larutan pulp yang sudah cukup homogen

disebarkan ke mesin pembuat kertas menjadi lembaran kertas setelah proses filtrasi vakum

dan dikeringkan.

I.2 Tujuan

1. Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki.

2. Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk.

3. Membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam

pencampuran sampai homogen.

4. Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan.

Page 3: Lapak Mixing

II. LANDASAN TEORI

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang

diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar

(terdispersi). Adapun tujuan dari pengadukan yaitu :

1. Mencampur dua cairan yang saling melarut

2. Melarutkan padatan dalam cairan

3. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung

4. untuk mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan koil pemanas dan jacket

pada dinding bejana

Pencampuran adalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu

bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau

lebih.

Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuah tangki berpengaduk. Hal ini

dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata

bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses

pengadukan dan pencampuran diantaranya adalah perbandingan antara geometri tangki

dengan geometri pengaduk, bentuk dan jumlah pengaduk, posisi sumbu pengaduk,

kecepatan putaran pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida

yang diaduk yaitu densitas dan viskositas. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat

tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan

pencampuran tersebut. Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :

1. Mekanisme konvektif : pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan

(bulk flow).

Page 4: Lapak Mixing

2. Eddy diffusion : pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang

terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran.

3. Diffusion : pencampuran karena gerakan molekuler.

Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan

adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen

dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada

proses pengadukan adalah densitas dan viskositas.

Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi

tiga jenis permasalahan utama, yaitu :

1. Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase

multikomponen.

2. Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian dari sistem

yang tidak seragam.

3. Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa

perubahan komposisi.

Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang yang luas,

diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair,

kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.

2.1 Tangki Pencampuran (Mixing)

Alat pencampur fasa padat ke fasa cair jenis ini diperuntukkan untuk memperoleh

campuran dengan viskositas rendah, biasanya berupa tangki pencampur beserta

perlengkapannya. Dimensi tangki/ vessels, jenis pengaduk/ impeller, kecepatan putar

pengaduk, jenis pengaduk, jumlah penyekat/ buffle, letak impeller beserta dimensinya

bergantung dari kapasitas dan jenis dari bahan yang dicampurkan.

Page 5: Lapak Mixing

2.2 Bagian – Bagian Alat Pencampur

Bagian – bagian dari unit alat pencampur ini terdiri dari :

a. Tangki/ vessel

Biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas tangki

bisa terbuka maupun tertutup. Bagian bawah (bottom end) dibuat melengkung

(cembung) agar tidak terjadi stagnasi (penumpukan di sudut bejana) dan agar tidak

terdapat terlalu banyak daerah yang sulit ditembus arus zat cair. Kedalaman zat cair

biasanya hampir sama dengan diameter tangki (h ≈ d). Syarat tangki antara lain :

a. Bahan tangki tidak bereaksi dengan bahan yang digunakan

b. Ukuran tangki pengaduk

c. Harus bisa memuat volume bahan

d. Ketahanan bahan

e. Harus mempunyai ruang kosong yang tidak dipenuhi oleh fluida, hal ini untuk

mengatasi pergolakan fluida akibat adukan, khususnya untuk fluida yang cenderung

fuming (berbusa) bila diaduk. h = 2/3 ht atau h = 3/4 ht

f. Bahan bejana terbuat dari bahan inert dan cukup kuat.

Di dalam tangki dipasang impeller pada ujung poros menggantung, artinya poros

itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor. Tangki itu biasanya diperlengkapi

pula dengan lubang masuk dan lubang keluar, dan sumur untuk menempatkan

thermometer.

Page 6: Lapak Mixing

b. Penyekat/ buffle

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.Selain itu, sekat berbentuk batang biasanya diletakkan

dipinggir tangki berguna untuk menghindari vortex dan digunakan untuk mempolakan

aliran menjadi turbulen. Jumlah baffle biasanya 3, 4 atau 6 buah .

(Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan kualitas pencampuran)

Pada saat menggunakan empat sekat vertikal seperti pada gambar 4 biasa menghasilkan

pola putaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan sebaiknya berukuran 1/12

diameter tangki.

c. Pengaduk/ impeller

Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses

dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan

pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan

Page 7: Lapak Mixing

pencampuran. Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan

secara umum, yaitu pengaduk baling – baling (propeller), pengaduk turbin (turbine),

pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon

a. Pengaduk jenis baling-baling (propeller)

Pengaduk jenis propeller ini memiliki ciri-ciri yaitu :

a. Bentuknya seperti baling-baling

b. Membentuk karekter aliran aksial

c. Biasanya digunakan untuk jenis campuran dimana yang satu padat dan satu

cair, campuran yang susah larut dan terdapat butiran, namun tidak bisa

larutan yang kental.

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah

baling-baling berdaun tiga.

Pengaduk jenis Baling-baling (a), Daun Dipertajam (b), Baling-baling kapal (c)

Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750

rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas

rendah.

b. Pengaduk Dayung (Paddle)

Terdapat dua tipe, yaitu untuk jenis campuran yang kental bisa di gunakan

tipe jangkar (berbentuk lempeng dan memutar) dan untuk campuran cair-cair

yang tidak terlalu intensif dapat digunakan jenis dayung yang berpenampang

Page 8: Lapak Mixing

bawahnya horizontal.Tipe aliran pada pengaduk dayung (paddle) ini adalah

aliran tangensial.

Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan rendah

diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa

digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan

dayung

biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari

panjangnya.

Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua

Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran

radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil. Sebuah dayung

jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam pengadukan.

Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah

tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat

terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke

dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk

dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat

dan kosmetik.

Page 9: Lapak Mixing

c. Pengaduk Turbin

Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk

dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan

rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara

30 - 50% dari diamter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun

pengaduk. Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini

juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah

pengaduk dan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi

gelembung gas. Ciri-ciri dari pengaduk ini yaitu :

1. Bentuknya melengkung, sehingga kekuatannya teletak pada hempasan ke

sampingnya.

2. Lemparannya sesuai dengan jari-jari pengaduk

3. Untuk jenis campuran cair-cair, campuran berbentuk serbuk (yang

gampang larut)

Pengaduk Turbin pada bagian variasi.

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang terlihat

pada gambar 8, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi

dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi

padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke atas.

Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam

suspensi padat. Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida

Page 10: Lapak Mixing

yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam

suspensi padatan.

Pengaduk Turbin Baling-baling.

d. Pengaduk Helical-Ribbon

Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan

beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti

pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling

helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam

sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas

pengaduk. Ciri – ciri dari pengaduk helical-ribbon yaitu :

a. Berbentuk seperti spiral

b. Dapat digunakan untuk adonan padatan dan cairan, untuk hasil akhir bentuk

pasta, kanji.

Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral

Pengaduk terdiri dari 3 komponen, yaitu :

Page 11: Lapak Mixing

1. Motor, berkaitan dengan kebutuhan daya untuk mendorong impeller, yang

berfungsi sebagai penggerak poros

2. Sumbu (shaft). karena fungsinya untuk menahan momen daya, maka sumbu

harus kuat dan bahannya harus inert.

Posisi Sumbu Pengaduk

Pada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan

menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki (center)). Posisi ini memiliki

pola aliran yang khas. Pada tangki tidak bersekat dengan pengaduk yang berputar ditengah,

energi sentrifugal yang bekerja pada fluida meningkatkan ketinggian fluidapada dinding dan

memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola ini biasa disebut dengan

pusaran (vortex) dengan pusat pada sumbu pengaduk. Pusaran ini akan menjadi semakin

besar seiring dengan peningkatan kecepatan putaran yang juga meningkatkan turbulensi dari

fluida yang diaduk. Pada sebuah proses dispersi gas-cair, terbentuknya pusaran tidak

diinginkan. Hal ini disebabkan pusaran tersebut bisa menghasilkan dispersi udara yang

menghambat dispersi gas ke cairan dan sebaliknya.

(Posisi Center dari sebuah Pengaduk yang menghasilkan Vortex

Salah satu upaya untuk menghilangkan pusaran ini adalah dengan merubah posisi

sumbu pengaduk. Posisi tersebut berupa posisi sumbu pengaduk tetap tegak lurus namun

berjarak dekat dengan dinding tangki (off center) dan posisi sumbu berada pada arah

diagonal (incline). Perubahan posisi ini menjadi salah satu variasi dalam penelitian yang

dilakukan.

Page 12: Lapak Mixing

3. Impeler

2.3. Ukuran dan letak (impeller)

Ukuran impeller biasanya berkisar antara 0,3 – 0,6 kali diameter tangki

sedangkan letak impeller tergantung pada dimensi vessel viscositas campuran yang

diaduk. Tata letak dari impeller seperti pada tabel 1 di bawah ini :

Tabel. 1 Tata Letak Impeller dalam Vessel

Viscosity

CP

Max

Level H/

Dt

Jumlah

Impeller

Letak Impeller

Bawah Atas

< 25.000 1,4 1 H/3 -

< 25.000 2,1 2 Dt/3 2/3 h

> 25.000 0,8 1 H/3 -

> 25.000 1,6 2 Dt/3 2/3 h

h adalah tinggi vessel s dan Dt adalah diameter vessel s

Letak impeller untuk tangki dengan menggunakan buffle biasanya di tengah/

center, karena pola turbulensi yang dikehendaki akan terbentuk dengan adanya buffle.

Untuk tangki tanpa menggunakan baffle letak pengaduk sangat mempengaruhi pola

aliran yang dihasilkan. Biasanya untuk menghindari adanya vortek aliran fluida karena

pengadukan tangki tanpa buffle meletakkan pengaduk tidak tepat ditengah/ tidak senter

dengan tangki.

2.4. Kecepatan Pengaduk

Page 13: Lapak Mixing

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah

kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa

memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang

dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi

kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan

tinggi.

a. Kecepatan putaran rendah

Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm.

Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur

dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.

Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakan batch yang sempurna dengan sebuah

permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan

dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.

b. Kecepatan putaran sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk

dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak

pernis. Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas

yang rendah, mengurangi waktu pencampuan, mencampuran larutan dengan viskositas

yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan.

c. Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk

dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah

misalnya air.

Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada viskositas yang

rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat lama atau perbedaan

Page 14: Lapak Mixing

viskositas sangat besar.

2.5. Jumlah Pengaduk

Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap

menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih

besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dann

diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan

kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antar

pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki. Penjelasan

mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang digunakan dapat

dilihat dalam table 1.

Tabel 1. Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk

2.6. Pemilihan Pengaduk

Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi

pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah

:

1. Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP)

2. Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp)

Page 15: Lapak Mixing

3. Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan

untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP)

4. Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas 1000 Pa.s dan

telah digunakan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s

(5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller,

(b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon

Jenis-jenis pola aliran

Hal- hal yang mempengaruhi jenis pola aliran :

a) Jenis impeller

b) Sifat fluida

Page 16: Lapak Mixing

c) Ukuran impeller

d) Ukuran tangki

e) Ukuran baffle

f) Posisi impeller

g) Kecepatan putar

Tiga komponen aliran:

a. radial pada arah tegak lurus poros

b. longitudinal atau aksial pada arah pararel poros

c. tangensial atau rotasional pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros

2.5 Waktu Pencampuran

Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga

diperoleh keadaan yang homogen untuk menghasilkan campuran atau produk dengan

kualitas yang telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran (rate of mixing) adalah laju

dimana proses pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir.

Pada operasi pencampuran dalam tangki berpengaduk, waktu pencampuran ini

dipengaruhi oleh beberapa hal :

1. Yang berkaitan dengan alat, seperti :a) Ada tidaknya baffle atau cruciform vaffle

b) Bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propele, padel)

c) Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)

d) Laju putaran pengaduk

e) Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :

a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki

b. Pola pemasangan :

Center, vertikal

Off center, vertical

Miring (inclined) dari atas

Horisontal

Page 17: Lapak Mixing

f) Jumlah daun pengadukg) Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk

2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk :

a. Perbandingan kerapatan atau densitas cairan yang diadukb. Perbandingan viskositas cairan yang diadukc. Jumlah kedua cairan yang diadukd. Jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)

Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk

mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap

waktu pencampuran.

Impeler yang berputar akan menghasilkan efek pencampuran, biasanya putaran

tinggi menghasilkan aliran lebih bergolak sehingga menghasilkan efek pencampuran lebih

efektif. Adanya buffle akan mengakibatkan aliran berbelok arah dari tepi dinding menuju

pusat tangki, sehingga menyebabkan efek pencampuran bertambah efektif. Waktu

pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan Metzner adalah :

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

.............. (1)

Untuk pengaduk propeler,

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

.............. (2)

Dimana :

Da = Diameter pengaduk (m)

Dt = Diameter tangki (m)

H = Tinggi tangki (m)

ntT = Mixing time factor

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

n = Kecepatan putar (rpm)

Page 18: Lapak Mixing

Timbang tepung kanji 500 gram

ft = Blending time factor

III. ALAT dan BAHAN

3.1 Alat

1. Tangki

2. Pengaduk

3. Stopwatch

4. Viscometer

5. Piknometer

6. Termometer

7. Gelas kimia 50 ml, 100 ml

8. Gelas ukur 50 ml

3.2. Bahan

1. Tepung kanji

2. Aquades

3. NaOH 0,1 N

4. Indikator p.p

IV. Prosedur Percobaan

Waktu Pengadukan

Larutkan dengan sedikit air

dingin sampai homogen

Tambahkan 2 liter air hangat,

aduk hingga mengental

Page 19: Lapak Mixing

\

Tentukan ρ, T, µ

Disertai pengadukan

Tentukan ρ, T, µ

Ulangi percobaan dengan

pengadukan yang bervariasi

Tambahkan kembali air dingin

Saring larutan kanji, Tambahkan

5 ml phenophtalein

Masukkan larutan kanji ke dalam

reaktor batch berpengaduk

nyalakan agar propeller berputar

Tambahkan 5 ml phenophtalein

Tambahkan 30 ml larutan NaOH

2M

Catat waktu bila perubahan

warna larutan sudah merata

Netralkan campuran dengan

menambahkan 30 ml H2SO4 2M

Page 20: Lapak Mixing

V. Data Pengamatan

a. Tipe pengaduk yang digunakan : Tree Blade/Marinne Propellerb. Diameter Pengaduk (Da) = 11 cm = 0,11 mc. Diameter Tangki (Dt) = 30 cm = 0,3 md. Tinggi tangki (H) = 0,9 m

Analisis larutan kanji sebelum pengadukan dan pencampuran

Temperature larutan kanji : 240C

Densitas larutan kanji : 0.4 g/ml

Viskositas larutan kanji : 52 cPs

Waktu Pengadukan

No. putaran

pengadukan

t1

pencampuran

(t NaOH,detik)

t2

penetralan

(t H2SO4,detik)

Temperature

(oC)

Densitas

(gr/ml)

Viskositas

(cPs)

4 (80 rpm) 56 1 24 0,52 56

5 (100 rpm) 53 60 24 0,54 54

6 (120 rpm) 48 54 24 0,52 52

7 (140 rpm) 36 45 24 0,52 50

8 (160 rpm) 31 39 24 0,51 50

VI. Pengolahan Data

1. Menghitung bilangan reynold (Reynold Number)

a. Pencampuran ( t NaOH)

Page 21: Lapak Mixing

Nomor pengadukan 4 (kecepatan putaran 80 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (80 /60 rpm )(400

kgm3

)

0.052kg /ms

¿124.10

Nomor pengadukan 5 (kecepatan putaran 100 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (100 /60 rpm )(520

kgm3

)

0.056kg /ms

¿187.26

Nomor pengadukan 6 (kecepatan putaran 120 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (120 /60 rpm )(540

kgm3

)

0.054kg /ms

¿242

Nomor pengadukan 7 (kecepatan putaran 140 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (140 /60 rpm )(520

kgm3

)

0.052kg /ms

¿282.33

Nomor pengadukan 8 (kecepatan putaran 160 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (160 /60 rpm )(520

kgm3

)

0.050kg /ms

¿335.57

Page 22: Lapak Mixing

b. Penetralan (t H2SO4)

Nomor Pengadukan 4 (kecepatan putaran 80 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (80 /60 rps )(520

kgm 3

)

0.056 kg/ms

¿149.81

Nomor pengadukan 5 (kecepatan putaran 100 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (100 /60 rps )(540

kgm3

)

0.054 kg/ms

¿201.67

Nomor pengadukan 6 (kecepatan putaran 120 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (120 /60 rps )(520

kgm3

)

0.052kg /ms

¿242

Nomor pengadukan 7 (kecepatan putaran 140 rpm)

Nre=D2Nρμ

¿(0.11m)2 (140 /60 rpm )(520

kgm3

)

0.050kg /ms

¿293.63

Nomor pengadukan 8 (kecepatan putaran 160 rpm)

Nre=D2Nρμ

Page 23: Lapak Mixing

¿(0.11m)2 (160 /60 rpm )(510

kgm3

)

0.050kg /ms

¿329.12

2. Menghitung Blending time factor

a. Pencampuran (t NaOH)

` Da/Dt = 0.11 / 0.3 = 0.36

kecepatan putaran 80 rpm (nomor pengadukan 4)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 5. 8 x 102 [ 0 ,110,3 ]3/2 [ 0,3

0,9 ]1/2

[ 9,8

(80/60 )2x 0 ,11 ]1/6

= 142.65

kecepatan putaran 100 rpm (nomor pengadukan 5)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 3 .8 x 102 [ 0 ,110,3 ]3/2 [ 0,3

0,9 ]1/2

[ 9,8

(100 /60)2 x 0 ,11]1/6

= 86.76

kecepatan putaran 120 rpm (nomor pengadukan 6)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 2. 4 x 102 [ 0 ,110,3 ]3 /2 [ 0,3

0,9 ]1/2

[ 9,8

(120/60 )2 x0 ,11 ]1/6

= 51.56

kecepatan putaran 140 rpm (nomor pengadukan 7)

Page 24: Lapak Mixing

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 2 .1 x 102 [ 0 ,11

0,3 ]3/2

[ 0,30,9 ]

1/2

[ 9,8

(140 /60)2 x 0 ,11 ]1/6

= 42.86

kecepatan putaran 160 rpm (nomor pengadukan 8)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 1.9 x 102 [ 0 ,11

0,3 ]3/2

[ 0,30,9 ]

1/2

[ 9,8

(160 /60)2 x 0 ,11 ]1/6

= 37.1

b. Penetralan (t H2SO4)

Da/Dt = 0.11 / 0.3 = 0.36

kecepatan putaran 80 rpm (nomor pengadukan 4)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 4 .2 x 102 [ 0 ,110,3 ]

3/2

[ 0,30,9 ]

1/2

[ 9,8

(80/60)2 x 0 ,11 ]1/6

= 103.3 sekon

kecepatan putaran 100 rpm (nomor pengadukan 5)

Page 25: Lapak Mixing

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 2 . 8x 102 [ 0 ,110,3 ]

3/2

[ 0,30,9 ]

1 /2

[ 9,8

(100/60 )2 x0 ,11 ]1/6

= 63.93 s

kecepatan putaran 120 rpm (nomor pengadukan 6)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 2 .4 x 102 [0 ,110,3 ]

3/2

[ 0,30,9 ]

1/2

[ 9,8

(120 /60)2 x 0 ,11 ]1/6

= 51.56

kecepatan putaran 140 rpm (nomor pengadukan 7)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 2 .2 x 102 [0 ,11

0,3 ]3/2

[0,30,9 ]

1/2

[( 9,8

(140/60 )2 x0 ,11 ]1/6

= 44.90

kecepatan putaran160 rpm (nomor pengadukan 8)

f t=tT (nDa2 )2/3 g1/6

H1/2Dt= ntT [ DaDt ]

3/2

[DtH ]1/2

[ g

n2 Da ]1/6

= 2 x 102 [ 0 ,11

0,3 ]3/2 [ 0,30,9 ]1/2

[ 9,8

(160 /60 )2 x 0 ,11 ]1 /6

= 39 s

Data bilangan reynold dan blending time

Page 26: Lapak Mixing

Kurva

waktu

pengadukan terhadap bilangan reynold

Untuk t, NaOH

Untuk t, H2SO4

100 150 200 250 300 3500

204060

waktu pengadukan vs bilangan reynold

Series2

Bilangan Reynold

wak

tu (s

ekon

)

Kecepatan

putar

(rpm)

Reynold

NumberBlending time

t1 t2

t

NaOH

t

H2SO

4

t

NaOH

t

H2SO

4

(t NaOH, sekon)

(t H

2SO4,sekon)

80124.1

149.81

142.65 103.3 56 1

100187.26

201.67

86.76 63.93 53 60

120242 242 51.56 51.56 48 54

140282.33

293.63

42.86 44.9 36 45

160334.57

329.12

37.1 37.1 31 39

Page 27: Lapak Mixing

Kurva blending time terhadap bilangan reynold

Untuk t, NaOH

Untuk t, H2SO4

Kurva blending time vs bilangan reynold menurut literature

(McCabe,W.L,Smith, J.C. and Harriot, P. Unit Operation of Chemical Engineering 5rd)

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 3400

50100150

blending time vs bilangan reynold

Series2

Bilangan Reynold

beln

dim

g tii

me

180 200 220 240 260 280 300 320 3400

20406080

waktu pengadukan vs bilangan reynold

Series2

Bilangan Reynold

wak

tu (s

ekon

)

100 150 200 250 300 3500

50

100

150

blending time vs bilangan reynold

Series2

Bilangan Reynold

blen

ding

tim

e

Page 28: Lapak Mixing

VII. Pembahasan

Praktikum yang dilakukan mengenai pengadukan dan pencampuran. Agitasi atau

pengadukan adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi suatu bahan di dalam bejana

sedangkan mixing atau pencampuran adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak,

bahan yang satu menyebar ke dalam bahan lain dan sebaliknya dimana bahan-bahan tersebut

sebelumnya terpisah dalam dua fasa atau lebih. Agitasi dan mixing ini sangat diperlukan dalam

suatu proses karena digunakan untuk mempercepat reaksi dan membuat larutan bersifat

homogen. Tujuan dari praktikum ini untuk mengetahui pengaruh hubungan waktu pengadukan

dan blending time terhadap bilangan reynold dan untuk mengetahui rezim aliran yang terjadi

dari operasi pengadukan yang dilakukan.

Page 29: Lapak Mixing

Proses pengadukan dan pencampuran ini menggunakan larutan kanji sebagai bahan

baku.Larutan kanji ini dibuat dengan mencampurkan tepung kanji dan air yang kemudian

dilakukan proses penyaringan untuk memisahkan kotoran-kotoran yang ada di dalam larutan

kanji.Larutan kanji ini kemudian ditambahkan dengan indicator PP (phenophtalein).Sebelum

dilakukan proses pengadukan dan pencampuran larutan kanji ini dianalisis terlebih dahulu.

Analisis yang dilakukan yaitu uji temperature, viskositas, dan densitas. Dari hasil analisis yang

dilakukan diperoleh temperature larutan sebesar 240C, viskositas larutan 52 cPs, dan densitas

larutan kanji sebesar 0,4 g/cm3.

Proses pengadukan dan pencampuran ini dilakukan dalam tangki berbentuk bejana yang

melengkung pada bagian bawahnya yang bertujuan mencegah terjadinya stagnasi, yaitu

penumpukan pada bagian sudut bejana yang mengakibatkan pengadukan tidak berlangsung

dengan sempurna dan agar tidak terdapat terlalu banyak daerah yang sulit ditembus arus zat

cair.Impeller atau pengaduk yang digunakan yaitu : Tree Blade/Marinne Propeller. Pemilihan

pengaduk ini dikarenakan larutan yang digunakan adalah larutan yang berviskositas rendah.

Percobaan ini dilakukan untuk menentukan waktu pengadukan yang dilakukan dengan

menghitung waktu pencampuran larutan kanji dalam larutan NaOH 2 M yang ditandai dengan

perubahan warna larutan menjadi keunguan. Perubahan warna ini dapat terjadi karena adanya

kontak antara indikator PP dengan larutan NaOH.Penghitungan waktu pencampuran ini

dilakukan dalam berbagai macam variasi nomor pengadukan yaitu 4,5,6,7, dan 8 yang mewakili

kecepatan putaran 80 rpm, 100 rpm, 120 rpm, 140 rpm, dan 160 rpm.

Berdasarkan data percobaan yang didapatkan semakin cepat nomor pengadukan yang

digunakan semakin cepat pula waktu pengadukan yang terjadi sehingga kecepatan putaran sangat

mempengaruhi waktu pengadukan dan pencampuran suatu larutan.Hal ini disebabkan aliran pada

larutan lebih bergolak sehingga menghasilkan efek pencampuran lebih efektif. Adanya buffle

juga akan mengakibatkan aliran berbelok arah dari tepi dinding menuju pusat tangki.

Page 30: Lapak Mixing

Kemudian setelah dilakukan pencampuran pada larutan kanji. Larutan yang sudah

berwarna keunguan kemudian dinetralkan kembali dengan larutan H2SO4 2 M sehingga warna

larutan kanji kembali berwarna putih seperti semula.Berdasarkan data percobaan yang

didapatkan, waktu untuk penetralan ini lebih lama dibandingkan waktu untuk pengadukan.Hal

ini dapat dikarenakan perbandingan kerapatan atau densitas dari kedua larutan yaitu antara

densitas larutan kanji dan densitas larutan H2SO4 ataupun dari viskositas larutan yang berbeda.

Namun pada saat pengadukan 80 rpm (nomor pengadukan 4) waktu penetralan terlalu singkat

yaitu 1 detik. Hal ini disebabkan larutan H2SO4 yang dicampurkan terlalu banyak atau volume

yang dimasukkan sangat banyak sehingga waktu pencampuran terlalu cepat.Selain itu saat

pemasukan larutan tidak sedikit demi sedikit sehingga kontak larutan H2SO4 tersebut sangat

cepat terjadi pada larutan kanji.

Analisis temperatur, densitas, dan viskositas dilakukan kembali untuk setiap hasil dari

penetralan dan pencampuran. Berdasarkan hasil ini dapat ditentukan nilai bilangan reynold untuk

setiap nomor pengadukan atau kecepatan putaran.Semakin cepat kecepatan putaran maka nilai

bilangan reynold akan semakin besar namun hal ini bergantung pula pada densitas dan viskositas

dari larutan.Perhitungan blending time pun dipengaruhi oleh kecepatan putaran semakin cepat

putaran pada pencampuran larutan maka blending time pun akan semakin singkat .

Berdasarkan kurva antara blending time dan bilangan reynold, kurva mengalami

penurunan sehingga jika dibandingakan dengan kurva dari literature, kurva yang dihasilkan dari

percobaan telah mendekati kurva literature tersebut sehingga blending time di pengaruhi oleh

bilangan reynold.Sedangkan berdasarkan kurva antara waktu pengadukan dan bilangan reynold,

terjadi penurunan karena semakin lama waktu maka semakin kecil bilangan reynoldnya.

Page 31: Lapak Mixing

VIII. Kesimpulan

a. Data bilangan reynold dan blending time pada t(NaOH) dan t (H2SO4)

Kecepatan

putar

(rpm)

Reynold

NumberBlending time

t1 t2

t

NaOH

t

H2SO

4

t

NaOH

t

H2SO

4

(t NaOH, sekon)

(t H

2SO4,sekon)

80124.1

149.81

142.65 103.3 56 1

100187.26

201.67

86.76 63.93 53 60

120242 242 51.56 51.56 48 54

140282.33

293.63

42.86 44.9 36 45

160334.57

329.12

37.1 37.1 31 39

Page 32: Lapak Mixing

b. Rejim aliran yang terjadi dari proses pengadukan yaitu aliran laminar

c. Semakin bertambahnya kecepatan putar dalam proses pengadukan dan pencampuran maka

bilangan reynold akan semakin besar

d. Semakin tinggi blending time di dalam proses pengadukan dan pencampuran maka bilangan

reynold akan semakin mengecil

e. semakin lama waktu pengadukan maka semakin kecil bilangan reynoldnya

Daftar Pustaka

Kurniawan, Rahmat. 2011. Pengadukan dan Pencampuran.

(diakses :http://tekimku.blogspot.com/2011/08/pengadukan-dan-pencampuran.html ).

Maryanto,Arto. 2010. Pengadukan dan Pencampuran. (diakses: http://arto-

maryanto.blogspot.com/2010/04/pencampuran-dan-pengadukan.html?zx=ffd292c579d8291 ).

Page 33: Lapak Mixing

Handayanti, Winarti. 2010. Teknik pencampuran bahan padat-cair berbasis pengadukan dalam

sediaan farmasi (diakses : http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/23/teknik-

pencampuran-bahan-padat-cair-berbasis-pengadukan/ )

Buku Petunjuk praktikum Satuan Operasi, 2004 “ Agitasi dan Pencampuran”. Jurusan Teknik

Kimia,Politeknik Negeri Bandung.

McCabe,W.L.,Smith, J.C.and Harriot,P.,1993, “Unit Operation of Chemical Engineering”5rd.,hal

257-260, McGraw-Hill, Singapore.