Laporan Pendahuluan Laboratorium Unit Operasi Fluid Mixing
Disusun Oleh : David Saputra
(03!0030!"#
$delina %enri&ulhan
(03!0030'0#
$bdul a)i* Muslim
(03!0030+,# (03!0030+,#
Mahdi
(03!0030-+#
%eguh .ovri&ans&ah
(03!0030,0#
Lusi Marselina
(03!0030,# (03!0030,#
/urusan %eni 1imia Faultas %eni Universitas Sri2ia&a !0'
4$4 5 P6.D$ULU$. 57 Latar 4elaang
Pada suatu proses industri didalam suatu pabrik pastilah ada sebuah proses pencampuran bahan baik itu bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas, dan gas- padat. Didalam proses ini kedua kondisi harus kita lakukan sebagaimana mestinya sesuai dengan apa yang kita harapkan. Untuk conntoh sample yang kuantitasnya atau jumlahnya yang masih kecil, kita dapat menggunakan media seperti
bejana,
tangki, dan kemudian semua bahan yang ada kita lakukan pencampuran didalam bejana atau tangki, setelah itu lakukan pengadukan dengan menggunakan stir atau pengaduk yang biasa terbuat dari kayu atau bahkan dengan bantuan teknologi tanpa tenaga manusia. Pada ruang lingkup kecil ini ada kemungkinan terjadinya suatu fenomena homogenitas atau keseragaman dan semua itu tidak jadi masalah dan bias saja dilakukan. Akan tetapi pada saat kita melakukan pada ruang lingkup yang besar yang mengoperasikan suatu pencampuran dengan kuantitas yang tinggi ( contohnya 1! ton" tentu kita akan mengalami kendala dan memerlukan solusi yang cepat,tepat dan juga akurat. #leh karena alasan-alasan itulah dibutuhkan peralatan mi$ing yang membantu sesuai dengan fungsinya dengan keadaan konstan, serta dapat diatur kecepatan
pengadukannya
untuk
diperoleh
hasil
kehomogenitasan yang tinggi, dan gerakan mi$ing
yang optimal,
serta
dengan tenaga yang
dibutuhkan minimum. Dengan kata lain, Pengadukan (agitation" adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan reduksi gerakan pada bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana. %erakan hasil reduksi tersebut mempunyai pola sirkulasi. Akibat yang ditimbulkan dari operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran (mi$ing" 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 mele&ati fasa cair
dimana partikel padat dari katalis tersuspensi. Pengadukan juga dimaksudkan untuk menyebarkan panas dari reaksi yang dipindahkan melalui cooling coil dan jaket. Dalam proses mi$ing ini digunakan impeller sebagai mi$er yang akan mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada beberapa tipe impeller yang biasa digunakan antara lain ' propeller, paddle dan turbine. etiap impeller ini memiliki tingkat efisiensi yang berbeda terhadap proses pencampuran. Arus yang ditimbulkan oleh gerakan impeller ini menyebabkan terbentuknya )orte$ yang sangat tidak diinginkan dalam proses mi$ing. Untuk mencegah terjadinya )orte$ ketika fluida diaduk dalam tanki silinder dengan impeller yang berada pada pusatnya maka digunakan baffle yang dipasang pada dinding )essel. *affle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama. *affle biasanya tidak menempel pada dinding )essel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding )essel.
57!7 %uuan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah ' 1.
+engetahui prinsip dan cara kerja luid +i$ing Apparatus.
. +engetahui factor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran. . +engetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran. /. +engetahui bentuk-bentuk impeller. . +engetahui perhitungan luid +i$ing. 0. +engetahui aplikasi dari luid +i$ing Apparatus.
5737 Permasalahan
Permasalahan yang timbul dalam suatu proses dengan luid +i$ing antara lain ' 1. *agaimanakah pengaruh jenis impeller pada suatu luid +i$ing . Apakah pola aliran dari ragam putaran impeller sama. . Apakah ada pengaruhnya penggunaan baffle pada luid +i$ing
/. *agaimanakah pengaruh bahan yang digunakan terhadap proses
luid
+i$ing . *agaimanakah kondisi yang optimal agar pencampuran dengan luid +i$ing berjalan lancar
57'7 ipotesa
1.
emakin besar kecepatan putaran impeller yang digunakan, semakin cepat terjadinya homogenitas.
.
emakin kecil ukuran padatan yang akan dicampur, semakin cepat terjadinya homogenitas.
.
emakin kecil )iscositas cairan yang digunakan, semakin cepat terjadinya homogenitas.
/.
emakin banyak blade pada impeller semakin cepat terjadinya homogenitas.
.
Pada kecepatan perputaran impeller tinggi maka pola aliran yang terjadi turbulen dan juga sebaliknya.
57+7 Man)aat
+anfaat dari percobaan ini adalah ' 1.
Dapat mengetahui dan menambah &a&asan darui prinsip dasar luid +i$ing Apparatus.
.
Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah impeller yang berbeda (Propeller, 2urbin dan Paddle".
.
Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda seperti padatan yang digunakan, )iscositas cairan yang digunakan, kecepatan putaran dari impeller dan lain-lain.
/.
Dapat mengetahui pola aliran air dan pasir yang ditimbulkan dari pemakaian baffle.
.
+empersiapkan diri terhadap suatu riset-riset maupun kerja praktek.
4$4 55 %5./$U$. PUS%$1$
Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid Mixing Apparatus dengan impeller nya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan 3at cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeller . Pengaduk4impeller, digunakan untuk mengaduk campuran, jenis dari impellerberagam disesuaikan pada sifat dari 3at yang akan dicampurkan. 5enis-jenis impeller yang umumnya digunakan adalah ' 2ree-blades4 marine impeller digunakan untuk pencampuran dengan bahn dengan )iscositas rendah dengan putaran yang tinggi, 2urbine &ith flat )ertical blades impeller digunakan untuk cairan kental dengan )iscositas tinggi, hori3ontal plate impeller digunakan untuk 3at berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan, 2urbine &ith blades are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi jaket pemanas, cur)e bade 2urbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa pemotongan dengan )iskositas rendah, flate plate impeller digunakan untuk pencampuran emulsi, cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk pemotongan dan penyobekan, anchore paddle impeller digunakan campuran dengan )iscositas sangat tinggi berupa pasta.
Ada dua macam impeler pengaduk ' 6mpeler jenis pertama disebut impeler aliran aksial (a$ial flo& impeller", impeler jenis ini akan membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeler sedang yang kedua disebut impeller aliran
radial (radial flo& impeller" impeller aliran radial akan membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial. .Impeller jenis pertama membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller , dan yang kedua membangkitkan arus pada arah tengensial atau radial. Dari segi bentuknya ada tiga jenis impeler ' Propeler (baling-baling", Dayung (Paddle", dan 2urbin. +asing-masing jenis terdiri lagi atas berbagai )ariasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang dimaksudkan untuk situasisituasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat digunakan untuk menyelesaikan 7 persen dari semua masalah agitasi 3at cair. 7 Propeler 8 baling
Propeler merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi untuk 3at cair ber)iskositas rendah. Propeler kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 11! atau 18! putaran4menit, sedang propeler besar berputar pada /!!-9!! putaran4menit. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui 3at cair menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. 5enis yang paling banyak dipakai adalah propeler kapal berdaun tiga, sedang propeler berdaun empat, bergigi, atau dengan rancang lain digunakan untuk tujuan-tujuan khusus. elain itu, kadang dua atau lebih propeler dipasang pada satu poros, biasanya dengan arah putaran yang sama. :amun bisa juga dipasang dengan arah yang berla&anan, atau secara tolak4tarik sehingga menciptakan 3one fluida yang sangat turbulen di antara kedua propeler tersebut.
!7 Da&ung
Untuk tugas-tugas sederhana, impeler yang terdiri dari beberapa dayung datar yang berputar pada poros )ertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. Desain daun-daunnya bisa dibuat miring, atau )ertikal. Dayung ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong 3at cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan )ertikal pada impeller kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak keluar kearah dinding lalu membelok ke atas atau ke ba&ah. Pada tangki-tangki yang dalam,
kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros. Dalam beberapa rancangan, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, sehingga diharapkan dapat mengikis atau menyapu seluruh permukaan Pada kecepatan yang rendah, dayung memberikan efek pengadukan sedang(medium" pada bejana tanpa sekat, namun untuk kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak 3at cair akan berputar-putar saja mengelilingi bejana tanpa adanya pencampuran.
37 %urbin
Pada dasarnya, turbin menyerupai dayung berdaun banyak dengan daundaunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang di pasang di pusat bejana. Daun-daunnya bisa lurus atau lengkung, bisa bersudut atau )ertikal Diameter impelernya biasa lebih kecil dari diameter dayung, yaitu berkisar antara !-!; dari diameter bejana. 2urbin biasanya efektif untuk menjangkau )iskositas yang cukup luas. Di dekat impeler akan terdapat 3one arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial.
%ambar 1. 5enis impeler (a" baling (b" turbin (c" disk turbin
'7eli9al;ibbon
5enis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. =ibbon (bentuk seperti pita" dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk". >airan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam ba&ah dan naik ke bagian atas pengaduk.
Gambar 9. Pengaduk
Jenis (a), (b) & (c) Hellical-ibbon, (d) !emi-!piral
5enis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeler, karakteristik fluida, ukuran dimensi (proporsi" tangki, sekat dan kecepatan putar.
Untuk )iskositas yang ? !!! cp, maka digunakan impeller dengan tipe propeller.
Untuk )iskositas antara !!! cp @ !.!!! cp, maka digunakan impeller dengan tipe turbin.
Untuk )iskositas antara 1!!.!!! @ 1.!!!.!!! cp maka digunakan impeller dengan tipe dan paddles.
Untuk )iskositas 1.!!!.!!! cp maka digunakan impeller pencampuran khusus seperti banburg mi$er, kneaders, e$trudes, digunakan sigama mi$er dan tipe lain.
5enis-jenis impeller ' 2he marine type propeller, lat @ blade turbine, 2he disk flat @ blade turbine, 2he cur)ed @ blade turbine, 2he pitched @ blade turbine, 2he shrouded turbine Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk 3at cair ber)iskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1.1! atau 1.8! rpm, sedang propeller besar berputar pada /!! sampai 9!! rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui 3at cair menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana.
Dayung ( padle" ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong 3at cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan )ertikal pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke ba&ah. Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring, sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat. Dayung ( padle" jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anc"or agitator ". 5angkar ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada permukaan penukar kalor, seperti umpamanya, dalam bejana proses bermantel, tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. 5angkar ini biasanya dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang biasanya berputar menurut arah yang berla&anan. Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan kecepatan antara ! dan 1! rpm. Panjang total impeller dayung biasanya antara ! sampai 9! persen dari diameter-dalam bejana. Bebar daunnya seperenam sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, 3at cair itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi, tetapi tanpa adanya pencampuran. *eberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin daun-lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung )ertikal.
2urbin biasanya efektif untuk jangkau )iskositas yang cukup luas. Pada cair ber)iskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnan dan merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat 3one arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial.
tangki, lalu ke pusat.
Pola aliran adalah pola yang terbentuk pada fluida akibat adanya putaran pengaduk, posisi pengaduk, dan jenis tangki yang digunakan. Arus putar (!irling " akan terbentuk jika posisi pengaduk diletakkan pada posisi center dan pada tangki unbu$$le. Pola aliran yang terbentuk pada tangki 'nbu$$el adalah aliran tangensial yang dapat menyebabkan terbentuknya )orteks (pusaran" dan !irling Aliran tangensial akan menyebabkan kurang efektifnya &aktu pencampuran dan putaran pengaduk. >ara untuk mengatasi permasalahan ini,adalah dengan pemasangan sekat. Pemasangan sekat sangat efisien untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Pemakaian tangki bu$$le dapat mangacaukan aliran tangensial, sehingga terbentuk aliran acak yang dapat mempercepat distribusi antara kedua bahan.
Pola aliran untuk tiap impeller akan berbeda tergantung pada bentuk masing @ masing dari impeller tersebut. Untuk 1!! rpm dengan proses tanpa sekat atau tahanan, ke jenis impeler ini menghasilkan bentuk pola aliran tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Padahal dalam teori dinyatakan bah&a untu jenis pengaduk propeller akan menhasilkan pola aliran aksial (sejajar dengan sumbu putaran". 5adi bisa dikatakan tidak selalu pengaduk jenis propeller akan menghasilkan pola aliran aksial, tergantung pada rpm nya.
aktu pencampuran untuk impeller jenis turbin datar, dayung dan baling baling 14 sangat ber)ariasi. Dari data hasil pratikum didapatkan untuk rentang 1!! @ !! rpm untuk proses tanpa sekat, jika rpmnya diperbesar maka &aktu pencampurannya akan semakin lama.
Da&a &ang dibutuhan
Daya yang di butuhkan tiap impeller untuk proses pengadukan hingga dicapai kondisi yang serba sama, juga berbeda tergantung kecepatan dari )ariasi rpm. dari hasil penelitian yang didapat impeller jenis dayung lebih sedikit menggunakan daya di bandingkan dengan dua impeller lainnya ( turbin datar dan baling-baling 14 ".
Parameter yang mempengaruhi klasifikasi agitator ' 1. Parameter Proses -
pE rendah
-
-
-
Densitas luida.
-
Ukuran partikel olid
. Parameter +ekanik -
Diameter impeller
-
Betak agitator terhadap )essel
-
=otasi impeller per menit
-
*entuk impeller
-
Folume )essel
-
*entuk )essel
4$4 555 M6%ODOLO=5
5557 $lat dan 4ahan
1. atu unit luid +i$ing Apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda dengan baffle dan tanpa baffle. . Pasir . Air /. %aram
5557! Prosedur Per9obaan
1. iapkan luid +i$ing apparatus sehingga dapat digunakan sebagaimana mestinya. . Ukurlah diameter )essel, diameter impeller, jarak impeller, dari dasar )essel, lebah bilah impeller. . +asukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid +i$ing apparatus, kemudian pasang impeller dikehendaki. /. Eidupkan luid +i$ing Apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller ! rpm, 1!! rpm, !! rpm, !! rpm, lakukan secara bergantian. . Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikkan kecepatan putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut. 0. Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan luid +i$ing Apparatus dengan *affle.
