LAPORAN TETAP SATUAN OPERASI PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN
Disusun oleh: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Ade kurniadi Amrina Rosyada Berliana sumarni Dewi apryani utari Indri Tridias windi p. Kristranti ningrum Muhammad Ichsan Assalam Nabila Ali Nur Haudi Rike Novianti Shinta Permatasari Yessi Tanjung
(061630400289) (061630400289) (061630400291) (061630400291) (061630400293) (061630400293) (061630400295 (061630400295 (061630400297) (061630400297) (061630400299) (061630400299) (061630400302) (061630400302) (061630400304) (061630400304) (061630400306) (061630400306) (061630400308) (061630400308) (061630400310) (061630400310) (061630400312) (061630400312)
Kelas : 3KA Dosen Pembimbing : Ir.M. Taufik , M.Si
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA JURUSAN TEKNIK KIMIA 2018
AGITASI DAN PENCAMPURAN-1 I.
II.
TUJUAN
Menjelaskan hubungan anatar variabel proses dalam pencampuran
Memahami pola sirkulasi pengadukan
BAHAN DAN ALAT
Stopwatch
Viscometer
Termometer
Gelas kimia
Gelas ukur
Pengaduk tipe jangkar
Tepung kanji
Aquadest
III.
NaOH 2M
Indikator PP
H2SO4
TEORI
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).
gambar 1. (Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk) dimana : C = tinggi pengaduk dari dasar tangki D = diameter pengaduk Dt = diameter tangki H = tinggi fluida dalam tangki J = lebar baffle W = lebar pengaduk Tujuan Pengadukan :
Mencampur dua cairan yang saling melarut
Melarutkan padatan dalam cairan
Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung
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). 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. Jenis-jenis Pengaduk
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. Pengaduk jenis baling-baling (propeller)
Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling baling berdaun tiga.
Gambar . 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.
Pengaduk Dayung (Paddle). Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kesepatan 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.
Gambar . 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. 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 pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas.
Gambar . Pengaduk Turbin pada bagian variasi. Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45 o, 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 yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.
Gambar. Pengaduk Turbin Baling-baling.
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.
Gambar . Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral
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 . Tabel . Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk
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 :
Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP) Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp) Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP) 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.
Gambar. Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon
Kebutuhan Daya Pengaduk Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk Bilangan Reynold
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. Bilangan Fraude Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :
dimana : Fr = Bilangan Fraude N = kecepatan putaran pengaduk D = diameter pengaduk g = percepatan grafitasi 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. Laju dan 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 :
Ada tidaknya baffle atau cruciform vaffle
Bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propele, padel)
Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)
Laju putaran pengaduk
Ledudukan pengaduk pada tangki, seperti : a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki b. Pola pemasangan : - Center, vertikal - Off center, vertical - Miring (inclined) dari atas - Horisontal
Jumlah daun pengaduk
Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk
2. -
Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk : Perbandingan kerapatan atau densitas cairan yang diaduk Perbandingan viskositas cairan yang diaduk Jumlah kedua cairan yang diaduk 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.
IV. 1) 2) 3)
PROSEDUR PERCOBAAN Menimbang 450 gr tepung kanji, melarutkan dalam 2 liter air mendidih Memasukkan 15 liter air ke dalam bejana kemudian disaring Melarutkan kanji memindahkan ke tangki berpengaduk (tangki pencampur) dan menambahkan 5 ml indikator pp 4) Menentukan berta jenis, suhu, dan viskositas larutan 5) Menambahkan NaOH 2M dan atur kecepatan motor bersamaan dengan pengaduk [ada 80 rpm
6) Mencatat waktu bila perubahan warna campuran telah merata 7) Menetralkan campuran dengan menambahkan larutan H 2SO4 2M bersamaan dengan menjalankan stopwatch, mencatat waktu penetralan 8) Selanjutnya menentukan harga berat jenis, viskositas, dan temepratur campuran 9) Mengulangi percobaan 1-6 dengan memvariasikan kecepatan pengadukan.
V.
DATA PERHITUNGAN
Tipe pengaduk : Jangkar Diameter pengaduk : 20 cm = 0,2 m Diameter tangki : 35 cm = 0,35 m Ru n(rpm Tr (det) H Ρ n ) +NaO +H2S (cm (gr/m ) l) H O4 1 57 1,006 8 2 57 55 19 1,003 8 3 57 23 11,2 1,008 0
0,23
T (C0 ) 40
Keterangan +NaO +H2S H O4 -
0,2646
39
30
20
0,0329
39
50
60
Berat Jenis Sampel Campuran 1 (air + tepung kanji + indikator pp) Campuran 2 (air + tepung kanji + indikator pp + NaOH 30ml + H2SO4 20ml) Campuran 3 (air + tepung kanji + indikator pp + NaOH 50 ml + H 2SO4 30ml)
μ(kg/m s)
Viskositas Diameter bola Jari-jari bola Berat bola Jarak Viskometer Sampel Run 1
ρ(gr/ml) 1,0068 1,0038
1,0080
= 14,40 mm = 0,144cm = 7,2 mm = 0,072 cm = 4,4180 gr (Boron silika glass) = 12 cm Waktu (s) T1 T2 18,7 19,,6
μ(kg/ms) 0,23
Run 2 Run 3 VI.
rata
N . Da
rata .
gc
65,2484rpm s m
5,2(57rpm) 3 (0,2m) 5 (1,0062 gr m3 9,8 m s 2
31,64watt
Bialngan Fraude N 2 . D
0,1758 kg ms
Daya
1,0062 kg m3 .57rpm.0,2m
rata
Np. N 3 . D 5 f
Fr
0,2646 0,0329
Bilangan Reynold rata
P
14,2 13,4
PERHITUNGAN
Re
15,1 13,9
(57) 2 .(0,2m)
g
9,8
m s 2
66,306rpm2 s 2
Kecepatan Linier Pengaduk .d .n 3,14 0,2m 57rpm
V
60 s
60 s
0,5966m / s
1
5,966 10 m.rpm / s
VII. ANALISA DATA Percobaan kali ini mengenai agitasi dan pencampuran dimana agitasi merupakan seuatu gejala yang menunjukan gerakan terinduksi. Sedangkan pencampuran merupakan peristiwa penyebaran bahan-bahan secara acak. Pada percobaan ini agitator yang digunakan adalah jangkar. Agitator jangkar dioperasikan dengan kecepatan rendah dan beroperasi dekat dengan dinding tangki. Digunakan agitator jangkar karena sesuai dengan tipe pencampuran yang diinginkan.
Operasi yang dilakukan dengan kecepatan 57 rpm, dengan volume tepung kanji 450 gr dengan dilarutkan 2 liter air. Pertama penmbahan NaOH 30 ml selama 55 sekon dan penetralan dengan H 2SO4 20 ml selama 19 sekon sampai netral. Penambahan kedua dengan NaOH 50 ml selama 23 sekon dan penetralan dengan H2SO4 30 mlselama 11,2 sekon sampai netral. Semakin banyak konsentrasi H 2SO4 maka semakin cepat larutan tepung kanji netral. Dan penambahan H 2SO4 dengan konsentrasi dan jumlah yang sama dengan NaOH me mbuat viskositas dan densitas menurun karena adanya proses penetralan antara kedua zat ter sebut. VIII.
KESIMPULAN
Dari percobaan yang kita lakukan didapatkan:
IX.
Agitasi dan mivxing merupakan dua hal yang berbeda, dimana agitasi adalah gerakan terinduksi secara tertentu pada suatau bahan dalam bejana. Sedangkan pencampuran adalah penyebaran secara acak. Semakin banyak larutan asam atau basa yang ditambahkan, waktu yang diperlukan untuk larutan homogen akan semakin cepat. Bilangan Reynolds Bilangan Fraude Kecepatan Linier Daya
= 65,2484 rpm = 66,306 rpm 2s2 = 5,966 x 10-1 mrpm = 31,64 watt
DAFTAR PUSTAKA
Tim penyusun.2016.Penuntun Praktikum Satuan Operasi. Palembang: Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Sriwijaya. GAMBAR ALAT:
Piknometer
Viskometer
Gelas kimia
Termometer
Pengaduk Jangkar
Labu ukur
