Pengadukan dan Pencampuran Pencampuran Pengadukan adalah Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Tujuan Pengadukan : 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 dinding bejana.
Pencampuran 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. berpengaduk. Hal ini dikarenakan faktorfaktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Faktor-faktor yang mempengaruhi mempengaruhi proses pengadukan 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 densitas dan viskositas. viskositas. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut. Pencampuran Pencampuran terjadi pada pada tiga tingkata tingkatan n yang berbeda 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 : 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 densitas dan viskositas. 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 ditemukan dalam rentang yang luas, luas, diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair, kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.
Dimensi dan Geometri Tangki Kapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida dalam kapasitas tertentu ditempatkan pada sebuah wadah dengan besarnya diameter tangki sama dengan ketinggian fluida. Rancangan ini ditujukan untuk mengoptimalkan mengoptimalkan kemampuan kemampuan pengaduk untuk menggerakkan menggerakkan dan membuat pola aliran fluida yang melingkupi seluruh bagian fluida dalam tangki.
Persamaan (1) merupakan rumus dari volume sebuah tangki silinder. Sehingga salh satu pertimbangan awal untuk merancang alat ini adalah dengan mencari nilai dari diameter yang sama dengan tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam pengadukan dan pencampuran. Diameter tangki ditentukan ditentukan dengan persamaan (2). Tangki dengan diamter diamter yang lebih kecil dibandingkan ketinggiannya memiliki kecendrungan menambah jumlah pengaduk yang digunakan.
dengan D = t
Rancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan perbandingan terhadap komponen-komponen komponen-komponen yang menyusunnya ditunjukkan pada gambar 1. Hubungan dari dimensi pada gamba 1 adalah :
Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinya dead terjadinya dead zone yaitu zone yaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran pengaduk. Geometri dimana terjadinya dead zone biasanya zone biasanya berbentuk sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya. dinding-dindingnya. Posisi Sumbu Pengaduk Pada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki (Center). (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 ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola ini biasa disebut dengan pusaran (vortex) dengan (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 men meng ghasi hasilk lkan an disp ispersi ersi udara dara yang yang me meng ngha hamb mbat at disp disper ersi si gas gas ke cai cairan ran dan dan seba sebali likn knya ya..
Gambar 3. (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. Sekat dalam Tangki 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.
Gambar 4. (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. Pengaduk 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 pencampuran. 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 5. 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 6. 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 7. 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 8. 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 9. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical -Ribbon, (d) Semi-Spiral
Kecepatan Pengaduk 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.
Kecepatan putaran rendah Kecepatan rendan 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 empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.
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.
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 viskositas sangat besar.
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 tabel 1.
Tabel 1. 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 : 1. cP)
Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000
2. cp)
Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000
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.
Gambar 10. 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.
ABSTRAK Pencampuran adalah suatu proses yang melibatkan penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain dengan menggunakan gaya mekanik untuk menghasilkan pencampuran yang baik. Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen. Hal yang perlu diperhatikan dalam pencampuran padatan dengan cairan adalah bejana pengaduk dan pengaduk. Pencampuran dari bahan campur dan bejana pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat dipilih melalui pengalaman saja. Kata kunci : pencampuran, pencampuran cair-padat, pengadukan, alat pengaduk Pencampuran diartikan sebagai suatu proses menghimpun dan membaurkan bahan-bahan. Proses utama pada pencampuran adalah penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain. Dalam hal ini diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan alat pencampur supaya pencampuran dapat berlangsung dengan baik. Pengadukan adalah proses yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul-molekul yang bergerak atau komponennya menyebar ( terdispersi). Pada persiapan atau pelaksaan proses kimia dan fisika serta juga pada pembuatan produk akhir komersial, seringkali cairan harus dicampur dengan bahan padat. Pencampuran cairan dengan padatan akan menghasilkan suspensi. Tetapi bila kelarutan padatan dalam cairan tersebut cukup besar akan terbentuk larutan. Pelarutan adalah suatu proses mencampurkan bahan padat kedalam cairan. Pelarutan dan kelarutan bahan umumnya dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut yaitu:
- Luas permukaan bahan - Konsentrasi - Suhu - Tekanan (khusus pada gas) - Efek ion senama - Efek ion asing Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen. Gerakan turbulen dapat dihasilkan oleh pengaduk ataupun pencampur getar. Gerakan turbulen ditandai oleh turun-naiknya kecepatan cairan secara acak pada setiap titik dalam sistem.
Gambar 1. Alat pencampur padat cair Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu : 1. Mekanisme konvektif : pencampuran yang disebabkan aliran cairan secra keseluruhan (bluk flow) 2. Eddy difflusion : pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakn dalam medan lain. 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. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pencampuran Cair-Padat : 1. Bejana Pengaduk Dalam industri kimia, bejana pengaduk merupakan tangki pengaduk ataupun autoklaf. Penggunaan bejana ini disesuaikan dengan maksud dan tujuan pencampuran. Misalnya untuk operasi kontinyu seringkali dipergunakan tangki pengaduk, sedangkan untuk maksud pencampuran bertekanan digunakan autoklaf .
Gambar.2 : (atas) tangki pengaduk; (bawah) autoklaf Wadah pengaduk biasanya adalah berbentuk silinder terbuka atau tertutup sedikit sesuai jenis reaksi yang akan dilangsungkan. Kebanyakan dari wadah pengaduk dibuat dari bahan isolator ataupun semi konduktor. Tangki pengaduk atau tanki reaksi biasanya didesain untuk melakukan reaksi-reaksi pada tekanan diatas tekanan atmosfer, namun seringkali juga digunakan untuk proses lain seperti pencampuran, pelarutan, penguapan, ekstraksi ataupun kristalisasi.untuk pertukaran panas, tangki biasanya dilengkapi dengan mantel ganda yang dilas atau disambung dengan flens, atau dilengkapi dengan kumparan berbentuk pipa yang di las.
Untuk
mencegah
kerugian
panas
yang
tidak
dikehendaki,
tangki
dapat
diisolasi.
Perlu diingat bahwa tangki pengaduk didesain sesuai dengan keperluan, misalnya untuk reaksi dalam beberapa sistem operasi (terisolasi, terbuka ataupun tertutup), proses kerja dan keperluan pengerjaan. Oleh karena itu kadangkala tangki dilengkapi dengan berbagai lubang khusus. Lubang-lubang khusus ini misalnya : sumbu pengaduk/penyekat, pipa penyuling, alat ukur pengendali, saluran pemasukan dsb. Autoklaf adalah salah satu jenis bejana pengaduk yang dapat melangsungkan reaksi pada tekanan diatas 2 bar. 2. Pengaduk Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan didalam bejana pengaduk yang digunakan. Alat pengaduk ini biasanya terdiri atas sumbu pengaduk dan sirip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Alat pengaduk dibuat dan didesain sesuai dengan keperluan pengadukan. Jenis pengaduk harus disesuaikan dengan faktor berikut ini yakni - Jenis dan ukuran pengaduk - Jenis bejana pengaduk - Jenis dan jumlah bahan yang dicampur Pemilihan alat pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang ada hanya dapat dilakukan melalui percobaan dan pengalaman. Untuk masalah pencampuran yang tertentu dari bahan campur dan bejana pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat dipilih melalui pengalaman saja. Alat pengaduk yang paling sering digunakan untuk masalah pencampuran cairan dengan padatan ataupun untuk cairan dengan cairan antara lain adalah : 1. Alat pengaduk jangkar Alat pengaduk ini terdiri dari sebuah batang yang dilengkungkan sehingga menyerupai sebuah jangkar. Kelengkungan disesuaikan dengan bentuk bejana pengaduk. Pengaduk jangkar memiliki diameter yang besar (misalnya 95% dari diameter bejana) dan berputar lambat. Bejana ini dapat digunakan untuk bahan-bahan yang sangat viskos atau bahan-bahan dengan berat spesifik yang tinggi seperti suspensi. Pengaduk ini memungkinkan terjadinya pertukaran panas, mencegah terjadinya pengendapatn atau pelekatan padatan pada dasar bejana. Pengaduk ini menghasilkan derajat pencampuran yang cukup besar.
Gambar 3. Alat pengaduk jangkar 2. Alat Pengaduk Bingkai Pengaduk ini terdiri dari sebuah bingkai persegi atau dua buah lengan jangkar yang dipasang bersusun. Pengaduk ini mempunyai diameter 2/3 dari diameter bejana tersebut dan berputaran lambat 3. Alat Pengaduk Palet Pengaduk ini tersusun atas sebuah bingkai atau dua pelat yang dipasang bersusun. Bagian atasnya berbentuk persegi, bagian bawah terpotong miring sehingga sesuai denan bentuk bejana, memiliki diameter ½ kali diameter bejana. 4. Alat pengaduk Impeler Pengaduk ini terdiri atas tiga daun yang melengkung. Biasanya daun tersebut agak bengkok keatas sehingga sesuai dengan bentu dasar bejana. Pengaduk impeler mempunyai diameter sebesar 2/3 hingga ½ dari diameter bejana dan frekuensi putarannya 100-200 rpm. Pengaduk impeler dibuat dari satu atau beberapa bagian. Karena pengaduk ini dapat dilapisi email dengan baik, alat ini seringkali digunakan dalam bejana pengaduk yang beremail. Bersama dengan perangkat penggerak yang dapat dikontrol, pengaduk impeler dapat dimanfaatkan secara serba guna, misalnya untuk melarutkan, mensuspensikan atau mengemulsikan padatan dalam cairan serta juga untuk reaksi-reaksi kimia dan proses-proses pertukaran panas. 5. Alat Pengaduk Propeler Pengaduk ini terdiri atas sebuah propeler yang mirip dengan baling-baling pendorong kapal dengan dua atau tiga daun yang dipasang miring. Biasanya alat pengaduk propeler dibuat dalam dua bagian dan berputar dengan cepat. Pengaduk propeler digunakan untuk mengaduk bahan
dengan viskositas rendah (pada viskositas yang tinggi, biasanya bahan tidak dapat digerakkan oleh propeler).
Gambar 4. Alat Pengaduk Propeler 6. Alat pengaduk Turbin Jenis sederhana dari pengaduk ini terdiri atas sebuah cakram yang sisi bawahnya mempunyai beberapa sudu vertikal yang disususun secara radial. Pengaduk turbin lebih sering digunakan untuk bahan dengan viskositas yang rendah. Pengaduk ini seringkali disebut sebagai pengaduk serba guna karena dapat digunakan untuk berbagai jenis keperluan.
Gambar 5. Alat Pengaduk Turbin 7. Pencampur Getar Alat ini terdiri atas sebuah cakram mendatar dengan lubang-lubang yang berbentuk kerucut. Sebuah sumber getar elektromagnetik digantungkan dengan pegas pada kerangka alat. Elalui sebuah batang penghubung, cakram digetarkan vertical oleh sumber getar. Akibat getaran tersebut, bahan ditekan untuk melewati lubang-lubang cakram dari bawah ke atas atau sebaliknya. Dengan demikian terjadi suatu aliran vertical yang kuat di sekitar cakram, dan terjadi turbulensi yang tinggi dalam seluruh bahan. Pencampur getar sesuai misalnya untuk
membuat larutan, suspensi atau emulsi dengan viskositas yang rendah. Bejana yang dipakai seringkali terbuka, dengan ukuran yang kecil hingga sedang. Intensitas getaran-yang berarti juga derajat turbulensi- ummnya dapat diatur secara elektrik. Yang merugikan dari pencampur getar adalah kebisingan yang ditimbulkannya. Kecepatan pengaduk Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putn pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bias memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah,sedang,tinggi. 1. Kecepatan putaran rendah Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm. Prngadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa. Jenis pengaduk ini menghasilkan pergerakan batch yang sempurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperature atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama. 2. 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. 3. 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 viskositas sangat besar. Jumlah pengaduk Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk menjaga agar efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter
tangki,disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dan diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan merupakan kondisi dimana pengaduk yang 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 tabel 1. Tabel 1. 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 : 1. Pengadukan jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida dibawah Pa.s (3000 cP) 2. Pengadukan jenis turbin bias digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cP) 3. Pengaduk jenis gaying yang dimodifikasi sperti pengaduk jangkar bias 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
(5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil
Pa.s
Gambar 6 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis pengasukan yang berbeda, (a) impeller, (b) propeller, (c) paddle dan (d) helical ribbon Kesimpulan 1. Pencampuran adalah suatu proses yang melibatkan penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain dengan menggunakan gaya mekanik untuk menghasilkan pencampuran yang baik. 2. Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen. 3. Alat pengaduk digunakan dalam pencampuran adalah alat pengaduk jangkar, bingkai, palet impeler, propeler, turbin dan pencampur getar. ABSTRAK Pencampuran adalah suatu proses yang melibatkan penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain dengan menggunakan gaya mekanik untuk menghasilkan pencampuran yang baik. Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen. Hal yang perlu diperhatikan dalam pencampuran padatan dengan cairan adalah bejana pengaduk dan pengaduk. Pencampuran dari bahan campur dan bejana pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat dipilih melalui pengalaman saja. Kata kunci : pencampuran, pencampuran cair-padat, pengadukan, alat pengaduk
Pencampuran diartikan sebagai suatu proses menghimpun dan membaurkan bahan-bahan. Proses utama pada pencampuran adalah penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain. Dalam hal ini diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan alat pencampur supaya pencampuran dapat berlangsung dengan baik. Pengadukan adalah proses yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul-molekul yang bergerak atau komponennya menyebar ( terdispersi). Pada persiapan atau pelaksaan proses kimia dan fisika serta juga pada pembuatan produk akhir komersial, seringkali cairan harus dicampur dengan bahan padat. Pencampuran cairan dengan padatan akan menghasilkan suspensi. Tetapi bila kelarutan padatan dalam cairan tersebut cukup besar akan terbentuk larutan. Pelarutan adalah suatu proses mencampurkan bahan padat kedalam cairan. Pelarutan dan kelarutan bahan umumnya dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut yaitu: - Luas permukaan bahan - Konsentrasi - Suhu - Tekanan (khusus pada gas) - Efek ion senama - Efek ion asing Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen. Gerakan turbulen dapat dihasilkan oleh pengaduk ataupun pencampur getar. Gerakan turbulen ditandai oleh turun-naiknya kecepatan cairan secara acak pada setiap titik dalam sistem.
Gambar 1. Alat pencampur padat cair Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu : 1. Mekanisme konvektif : pencampuran yang disebabkan aliran cairan secra keseluruhan (bluk flow) 2. Eddy difflusion : pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakn dalam medan lain. 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. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pencampuran Cair-Padat : 1. Bejana Pengaduk Dalam industri kimia, bejana pengaduk merupakan tangki pengaduk ataupun autoklaf. Penggunaan bejana ini disesuaikan dengan maksud dan tujuan pencampuran. Misalnya untuk operasi kontinyu seringkali dipergunakan tangki pengaduk, sedangkan untuk maksud pencampuran bertekanan digunakan autoklaf .
Gambar.2 : (atas) tangki pengaduk; (bawah) autoklaf Wadah pengaduk biasanya adalah berbentuk silinder terbuka atau tertutup sedikit sesuai jenis reaksi yang akan dilangsungkan. Kebanyakan dari wadah pengaduk dibuat dari bahan isolator ataupun semi konduktor. Tangki pengaduk atau tanki reaksi biasanya didesain untuk melakukan reaksi-reaksi pada tekanan diatas tekanan atmosfer, namun seringkali juga digunakan untuk proses lain seperti pencampuran, pelarutan, penguapan, ekstraksi ataupun kristalisasi.untuk pertukaran panas, tangki biasanya dilengkapi dengan mantel ganda yang dilas atau disambung dengan flens, atau dilengkapi dengan kumparan berbentuk pipa yang di las. Untuk
mencegah
kerugian
panas
yang
tidak
dikehendaki,
tangki
dapat
diisolasi.
Perlu diingat bahwa tangki pengaduk didesain sesuai dengan keperluan, misalnya untuk reaksi dalam beberapa sistem operasi (terisolasi, terbuka ataupun tertutup), proses kerja dan keperluan pengerjaan. Oleh karena itu kadangkala tangki dilengkapi dengan berbagai lubang khusus. Lubang-lubang khusus ini misalnya : sumbu pengaduk/penyekat, pipa penyuling, alat ukur pengendali, saluran pemasukan dsb. Autoklaf adalah salah satu jenis bejana pengaduk yang dapat melangsungkan reaksi pada tekanan diatas 2 bar. 2. Pengaduk
Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan didalam bejana pengaduk yang digunakan. Alat pengaduk ini biasanya terdiri atas sumbu pengaduk dan sirip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Alat pengaduk dibuat dan didesain sesuai dengan keperluan pengadukan. Jenis pengaduk harus disesuaikan dengan faktor berikut ini yakni - Jenis dan ukuran pengaduk - Jenis bejana pengaduk - Jenis dan jumlah bahan yang dicampur Pemilihan alat pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang ada hanya dapat dilakukan melalui percobaan dan pengalaman. Untuk masalah pencampuran yang tertentu dari bahan campur dan bejana pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat dipilih melalui pengalaman saja. Alat pengaduk yang paling sering digunakan untuk masalah pencampuran cairan dengan padatan ataupun untuk cairan dengan cairan antara lain adalah : 1. Alat pengaduk jangkar Alat pengaduk ini terdiri dari sebuah batang yang dilengkungkan sehingga menyerupai sebuah jangkar. Kelengkungan disesuaikan dengan bentuk bejana pengaduk. Pengaduk jangkar memiliki diameter yang besar (misalnya 95% dari diameter bejana) dan berputar lambat. Bejana ini dapat digunakan untuk bahan-bahan yang sangat viskos atau bahan-bahan dengan berat spesifik yang tinggi seperti suspensi. Pengaduk ini memungkinkan terjadinya pertukaran panas, mencegah terjadinya pengendapatn atau pelekatan padatan pada dasar bejana. Pengaduk ini menghasilkan derajat pencampuran yang cukup besar.
Gambar 3. Alat pengaduk jangkar 2. Alat Pengaduk Bingkai
Pengaduk ini terdiri dari sebuah bingkai persegi atau dua buah lengan jangkar yang dipasang bersusun. Pengaduk ini mempunyai diameter 2/3 dari diameter bejana tersebut dan berputaran lambat 3. Alat Pengaduk Palet Pengaduk ini tersusun atas sebuah bingkai atau dua pelat yang dipasang bersusun. Bagian atasnya berbentuk persegi, bagian bawah terpotong miring sehingga sesuai denan bentuk bejana, memiliki diameter ½ kali diameter bejana. 4. Alat pengaduk Impeler Pengaduk ini terdiri atas tiga daun yang melengkung. Biasanya daun tersebut agak bengkok keatas sehingga sesuai dengan bentu dasar bejana. Pengaduk impeler mempunyai diameter sebesar 2/3 hingga ½ dari diameter bejana dan frekuensi putarannya 100-200 rpm. Pengaduk impeler dibuat dari satu atau beberapa bagian. Karena pengaduk ini dapat dilapisi email dengan baik, alat ini seringkali digunakan dalam bejana pengaduk yang beremail. Bersama dengan perangkat penggerak yang dapat dikontrol, pengaduk impeler dapat dimanfaatkan secara serba guna, misalnya untuk melarutkan, mensuspensikan atau mengemulsikan padatan dalam cairan serta juga untuk reaksi-reaksi kimia dan proses-proses pertukaran panas. 5. Alat Pengaduk Propeler Pengaduk ini terdiri atas sebuah propeler yang mirip dengan baling-baling pendorong kapal dengan dua atau tiga daun yang dipasang miring. Biasanya alat pengaduk propeler dibuat dalam dua bagian dan berputar dengan cepat. Pengaduk propeler digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah (pada viskositas yang tinggi, biasanya bahan tidak dapat digerakkan oleh propeler).
Gambar 4. Alat Pengaduk Propeler
6. Alat pengaduk Turbin Jenis sederhana dari pengaduk ini terdiri atas sebuah cakram yang sisi bawahnya mempunyai beberapa sudu vertikal yang disususun secara radial. Pengaduk turbin lebih sering digunakan untuk bahan dengan viskositas yang rendah. Pengaduk ini seringkali disebut sebagai pengaduk serba guna karena dapat digunakan untuk berbagai jenis keperluan.
Gambar 5. Alat Pengaduk Turbin 7. Pencampur Getar Alat ini terdiri atas sebuah cakram mendatar dengan lubang-lubang yang berbentuk kerucut. Sebuah sumber getar elektromagnetik digantungkan dengan pegas pada kerangka alat. Elalui sebuah batang penghubung, cakram digetarkan vertical oleh sumber getar. Akibat getaran tersebut, bahan ditekan untuk melewati lubang-lubang cakram dari bawah ke atas atau sebaliknya. Dengan demikian terjadi suatu aliran vertical yang kuat di sekitar cakram, dan terjadi turbulensi yang tinggi dalam seluruh bahan. Pencampur getar sesuai misalnya untuk membuat larutan, suspensi atau emulsi dengan viskositas yang rendah. Bejana yang dipakai seringkali terbuka, dengan ukuran yang kecil hingga sedang. Intensitas getaran-yang berarti juga derajat turbulensi- ummnya dapat diatur secara elektrik. Yang merugikan dari pencampur getar adalah kebisingan yang ditimbulkannya. Kecepatan pengaduk Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putn pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bias memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah,sedang,tinggi. 1. Kecepatan putaran rendah
Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm. Prngadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa. Jenis pengaduk ini menghasilkan pergerakan batch yang sempurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperature atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama. 2. 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. 3. 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 viskositas sangat besar. Jumlah pengaduk Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk menjaga agar efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki,disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dan diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan merupakan kondisi dimana pengaduk yang 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 tabel 1. Tabel 1. 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 : 1. Pengadukan jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida dibawah Pa.s (3000 cP) 2. Pengadukan jenis turbin bias digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cP) 3. Pengaduk jenis gaying yang dimodifikasi sperti pengaduk jangkar bias 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
Gambar 6 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis pengasukan yang berbeda, (a) impeller, (b) propeller, (c) paddle dan (d) helical ribbon Kesimpulan 1. Pencampuran adalah suatu proses yang melibatkan penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain dengan menggunakan gaya mekanik untuk menghasilkan pencampuran yang baik. 2. Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen.
3. Alat pengaduk digunakan dalam pencampuran adalah alat pengaduk jangkar, bingkai, palet impeler, propeler, turbin dan pencampur getar.
