Tangki Berpengaduk BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pengadukan adalah suatu operasi kesatuan yang mempunyai sasaran untuk menghasilkan pergerakan tidak beraturan dalam suatu cairan, dengan alat mekanis yang yang terpas terpasang ang pada pada alat alat di atas. atas. Walau Walaupu pun n pengad pengaduka ukan n sering sering disala disalahar hartik tikan an dengan campuran, dan mereka tidaklah bersinonim. Pengadukan mengacu pada perg perger erak akan an dala dalam m suat suatu u mate materi rial al dala dalam m bent bentuk uk spes spesifi ifik; k; baga bagaim iman anap apun un,, ini ini merupakan suatu distribusi secara acak antara dua atau lebih tahap yang pada awalnya terpisah. Pola aliran yang terjadi dalam cairan yang diaduk tergantung pada jenis pengaduk, karakteristik fluida yang diaduk dan ukuran serta perbandingan ukuran antara tangki, pengaduk dan sekat. Tujuan dari pada operasi pengadukan terutama adalah terjadinya pencampuran. Pencampuran merupakan suatu operasi yang bertujuan bertujuan meng mengurang urangii ketid ketidaksa aksamaan maan komposisi, komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan Yang di dima maks ksud ud de deng ngan an ta tang ngki ki pe peng ngad aduk uk ta tang ngki ki re reak aksi si ! ad adal alah ah be beja jana na pengaduk peng aduk tertutup yang berbentuk silinder, silinder, bagi bagian an alas dan tutup tutupnya nya cemb cembung. ung. Tangki pengaduk terutama digunakan untuk reaksi"reaksi kimia pada tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada tekanan #akum, namun tangki ini juga sering digunakan untu un tuk k pr pros oses es ya yang ng la lain in mi misa salny lnya a un untu tuk k pe penc ncam ampu pura ran, n, pe pela laru ruta tan, n, pe peng ngua uapa pan n ekstraksi dan kristalisasi. 1.2 Tujuan Percobaan $empelajari karakteristik sistem pengadukan cairan di dalam tangki. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PengertanPenga!ukan Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan didalam baha ba han n ya yang ng di diad aduk uk.. Tuju juan an da dari ri pa pada da op oper eras asii pe peng ngad aduk ukan an te teru ruta tama ma ad adal alah ah terjadinya pencampuran. Pencampuran adalah suatu operasi yang bertujuan untuk mengurang meng urangii ketid ketidaksa aksamaan maan komposisi, komposisi, suhu suhu,, atau sifat yang lain yang terdapat dalam suatu bahan atau bisa juga pencampuran adalah penggabungan dua atau lebi le bih h ba baha han n ya yang ng be berb rbed eda a fa fase se,, se sepe pert rtii fl flui uida da at atau au pa pada data tan n ha halu lus s da dan n ha hall in inii bertujuan untuk mengacak yang satu terhadap yang lain sehingga terjadi distribusi. Pencampur Penc ampuran an dapa dapatt menim menimbulka bulkan n gerak didalam bahan itu yang menyebabkan menyebabkan
bagian"bagian bahan saling bergerak satu terhadap yang lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara operasi pencampuran. %stilah pencampuran digunakan untuk berbagai ragam operasi, dimana derajat homogenitas bahan yang &bercampur' itu sangat berbeda. (mpamanya, satu kasus, dima di mana na du dua a ma maca cam m ga gas s di diga gabu bung ngka kan n da dala lam m sa satu tu te temp mpat at hi hing ngga ga se selu luru ruhny hnya a bercampur dengan baik, dan kasus lain pasir, kerikil, dan semen diaduk didalam drum putar selama beberapa waktu. )alam kedua kasus itu bahan"bahan itu pada akhirnya bercampur, namun jelas pula bahwa homogenitasnya berbeda. *uplikan campuran gas itu betapa pun kecilnya cuplikan itu semuanya mempunyai komposisi yang sama. +edang cuplikan campuran beton, dipihak lain akan sangat berlainan komposisinya satu sama lain. Pengad Pen gaduka ukan n at ca cair ir dig diguna unakan kan unt untuk uk ber berbag bagai ai mak maksud sud ber bergan gantun tung g dar darii tujuan langkah pengolahan itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain a. (ntuk membuat suspensi partikel at padat b. (n (ntu tuk k me mera ramu mu a att ca cair ir ya yang ng ma mamp mpu u be berc rcam ampu purr miscible miscible!, !, ump umpama amany nya a met metilil alkohol dan air. c. (nt (ntuk uk men menye yebar barkan kan di dispe spersi rsi!! gas di dal dalam am a att cai cairr dal dalam am ben bentuk tuk gel gelemb embung ung"" gelembung kecil d. (ntuk menyebarkan at cair yang tidak dapat bercampur dengan at cair yang lain, sehingga dapat membentuk emulsi atau suspensi butiran halus e. (ntuk mempercepat perpindahan kalor at cair dengan kumparan atau mentol kalor. adang"ka ada ng"kadang dang peng pengaduk aduk agit agitator! ator! digun digunakan akan bebe beberapa rapa tujua tujuan n sek sekaligus aligus seperti dalam hidrogenasi katalitik dari pada at cair. )alam bejana hidrogenasi gas hidrogen di dispersi melalui at cair dimana terdapat partikel"partikel katalis padat dalam suatu kead keadaan aan suspensi, suspensi, seme sementara ntara kalor reak reaksi si diang diangkut kut keluar mela melalui lui kumparan atau mantel. Beberapa tujuan dari pengadukan fluida adalah1. Mencampur dua cairan yang miscible, seperti etil alkohol dan air. 2. Melarutkan padatan dalam cairan, seperti oksalat dan air. 3. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Seperti oksigen dari da ri ud udar araa da dalam lam su suatu atu su susp spen ensi si mik mikro roor orga gani nism smee un untu tuk k fer ferme ment ntasi asi pa pada da saa saatt pr pros oses es pengolahan lumpur buangan. buangan. 4. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Seperti oksigen dari da ri ud udar araa da dalam lam su suatu atu su susp spen ensi si mik mikro roor orga gani nism smee un untu tuk k fer ferme ment ntasi asi pa pada da saa saatt pr pros oses es pengolahan lumpur buangan. buangan. 5. engadukan fluida untuk menaikkan transfer panas diantara fluida dan suatu coil atau !acket dalam dinding tangki. /gitasi atau mi0ing adalah salah satu dari operasi"operasi tertua dan paling sering dijumpai dalam teknik kimia. /gitasi digunakan di dalam banyak aplikasi, termasuk1. )isperse suatu at terlarut melalui suatu pelarut.
2. 3. 4. 5.
1. 2. 3. 4. 5.
Penyatuanduacairan yang dapatdicampur Produksi slurry dari padatan halus didalam suatu cairan Pencampuran reaktan"reaktan dalam suatu reactor. Pengadukan cairan homogen untuk meningkatkan heat transfer ke cairan Peralatan pengaduk6agitasi mempunyai bentuk yang bermacam"macam, karena banyaknya #ariasi aplikasi yaitu Axial flow impeller dengan penstabil arah aliran pada ujung"ujungnya. Flat blade turbine yang menghasilkan aliran turbulen pada arah radial, tapi membutuhkan power yang lebih besar. Turbine, digunakan sebagai agitator. Anchor impeller , digunakan untuk tingkat turbulensi yang rendah. Helical impeller , digunakan untuk menyatukan campuran padat"cair atau untuk mengaduk pasta, lumpur dan adonan.
2.2 TangkPenga!uk Yang dimaksud dengan tangki pengaduk tangki reaksi! adalah bejana pengaduk tertutup yang berbentuk silinder, bagian alas dan tutupnya cembung. Tangki pengaduk terutama digunakan untuk reaksi"reaksi kimia pada tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada tekanan #akum, namun tangki ini juga sering digunakan untuk proses yang lain misalnya untuk pencampuran, pelarutan, penguapan ekstraksi dan kristalisasi. (ntuk pertukaran panas, tangki biasanya dilengkapi dengan mantel ganda yang di las atau di sambung dengan flens atau dilengkapi dengan kumparan yang berbentuk belahan pipa yang dilas. (ntuk mencegah kerugian panas yang tidak dikehendaki tangki dapat diisolasi. 7al penting dari tangki pengaduk, antara lain 1. Bentuk - pada umumnya digunakan bentuk silinder dan bagain bawahnya cekung. 2. (kuran - diameter dan tangki tinggi. 3. elengkapannya, seperti a. /da tidaknya buffle, yang berpengaruh pada pola aliran didalam tangki. b. 8acket atau coil pendingin6pemanas, yang berfungsi sebagai pengendali suhu. c. 9etak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu. d. +umur untuk menempatkan termometer atau peranti untuk pengukuran suhu e. umparan kalor, tangki dan kelengkapan lainnya pada tangki pengaduk. "Diktat Alat Industri Kimia, halaman 43-46, 1985 # Tangki berpengaduk ini juga merupakan suatu heat exchanger . *airan didalam tangki dipanaskan oleh aliran cairan didalam jaket air panas! yang mengelilingi tangki. *airan didalam diaduk terus menerus untuk menambah perpindahan panas (heat transfer ! juga untuk menjaga suhu cairan merata diseluruh bagian tangki. /ir yang tersirkulasi didalam jaket dipanaskan oleh aliran uap melalui & steam jet heater '.
+team jet heater digunakan untuk pemanasan lansung suatu cairan dengan uap pemanas dimana uap tersebut mengembun terkondensasi! didalam cairan. )idalam pemanas ada nozzle pengembunan yang dilubangi supaya uap dapat masuk kedalam cairan. (ntuk air pemanas reactor yang dilengkapi dengan jaket atau coil pemanas dibutuhkan kapasitas pemanas atau pendingin yang berubah" ubah untuk proses pemanasan, penyimpanan dan pendinginan. euntungan pemakaian tangki berpengaduk, yaitu 1. ada tangki berpengaduk suhu dan komposisi campuran dalam tangki selalu serba sama. "al ini memungkinkan mengadakan suatu proses isothermal dalam tangki berpengaduk untuk reaksi yang panas reaksinya sangat besar. 2. Pada tangki berpengaduk dimana #olume tangki relative besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti at pereaksi dapat lebih lama beraksi didalam tangki. erugian pemakaian tangki berpengaduk yaitu1. Sukar membuat tangki berpengaduk yang dapat beker!a dengan efesiensi untuk reaksi-reaksi dalam fase gas, karena adanya persoalan pengaduk. 2. (ntuk reaksi yang memerlukan tekanan tinggi. 3. ecepatan perpindahan panas per satuan massa pada tangki pengaduk lebih rendah. 4. ecepatan reaksi pada tangki berpengaduk adalah kecepatan reaksi yang ditunjukkan oleh komposisi waktu aliran keluar dari tangki. 2.$ Penga!uk. Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan cair, cair6padat, cair,cair6gas, cair6padat6gas! di dalam bejana pengaduk. Biasanya yang berlangsung adalah gerakan turbulen misalnya untuk melaksanakan reaksi kimia, proses pertukaran panas, proses pelarutan!. /lat pengaduk terdiri atas sumbu pengaduk dan strip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan atau dapat dipisah"pisah menjadi 2"3 bagian pengaduk yang dapat dipisah"pisahkan juga dapat dibongkar pasang didalam satu unit tangki pengaduk. Pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. :erak dari pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus eddy yang bergerak ke seluruh sistem fluida itu. leh karena itu, pengaduk merupakan bagian yang paling penting dalam suatu operasi fase cair dengan tangki berpengaduk. Pencampuran baik dapat di peroleh apabila di perhatikan bentuk dan dimensi pengaduk yang digunakannya karena akan mempengaruhi keefektifan proses pencampuran, serta daya yang diperlukan.
)idalam tangki itu dipasang impeller pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpuh dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor, yang terkadang dihubungkan langsung dengan poros itu, namun biasanya dihubungkan melalui peti roda gigi untuk menurunkan kecepatannya. Tangki itu biasanya diperlengkapi pula dengan lubang masuk dan lubang keluar, kumparan kalor, mantel, dan sumur untuk menempatkan termometer atau peranti pengukuran suhu lainnya. %mpeller itu akan membangkitkan pola aliran dalam yang menyebabkan at cair bersirkulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeller. /lat pengaduk dapat dibuat dari berbagai bahan yang sesuai dengan bejana pengaduknya, misalnya dari baja, baja tahan karat, baja berlapis email, baja berlapis karet. +uatu alat pengaduk diusahakan menghasilkan pengadukan yang sebaik mungkin dengan pemakaian daya yang sekecil mungkin. %ni berarti seluruh isi bejana pengaduk sedapat mungkin digerakkan secara merata, biasanya secara turbulen. ebutuhan daya dan baik buruknya hasil pengadukan tergantung antara lain pada faktor"faktor berikut 1. #enis alat pengaduk $ %entuk, ukuran, perbandingan diameter daun pengaduk terhadap diameter be!ana pengaduk, frekuensi putaran, posisi dalam be!ana pengaduk. 2. #enis be!ana pengaduk $ %entuk, ukuran, perlengkapan di dalamnya, dera!at keisian & degree of fullness'. 3. #enis dan !umlah bahan $ (iskositas, !enis campuran &larutan se!ati, suspensi kasar, suspensi halus, dan sebagainya', kerapatan, perbedaan kerapatan dalam campuran, besar dan bentuk partikel padat yang diaduk. /da dua macam impeller pengaduk yaitu jenis pertama membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang kedua membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial. %mpeller jenis pertama disebut impeller aliran aksial axial flow impeller !, sedang yang kedua ialah impeler aliran radial (radial flow impeller ). )ari segi bentuknya, ada tiga jenis impeler - propeller baling"baling!, dayung paddle!, dan turbin. $asing"masing jenis terdiri lagi atas berbagai #ariasi dan sub jenis. Propeler merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi untuk at cair ber#iskositas rendah. Propeler kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1.15= atau 1.>5= put6min, sedangkan propeller besar berputar pada 4== sampai ?== put6min. /rus yang meninggalkan propeler mengalir melalui at cair menurut arah tertentu sampai di belokkan oleh lantai atau dinding bejana. $enurut aliran yang dihasilkan pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan1. Pengaduk aliran aksial Pengaduk ini akan menimbulkan arus atau aliran yang sejajar dengan sumbu poros pengaduk. 2. Pengaduk aliran radial Pengaduk ini akan menimbulkan aliran yang mempunyai arah tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. omponen aliran tangensial akan menyebabkan
timbulnya #orteks dan terjadinya suatu pusaran tetapi dapat dihilangkan dengan pemasangan buffle atau cruciform buffle. 3. Pengaduk aliran campuran Pengaduk ini merupakan gabungan dari dua jenis pengaduk diatas. (ntuk tugas"tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada poros #ertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. adang" kadang daun"daunnya di buat miring, tetapi biasanya #ertikal saja. )ayung ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang dan mendorong at cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan #ertikal pada impeler, kecuali bila daunnya agak m iring. $enurut bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan yang terdiri 1. Propeller $erupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk at cair ber#iskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh. /rus yang meninggalkan propeller mengalir melalu at menurut arah tertentu dan sampai di belokkan oleh lantai dinding bejana. Propeller biasanya digunakan bila kita menghendaki adanya arus yang kuat, umpamanya kita hendak menjaga agar partikel"partikel at padat yang berada dalam suspensi. 2. Padel. (ntuk tugas yang sederhana agitator yang terdiri dari satu dayung datar berputar pada poros #ertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. adang" kadang daunnya dibuat miring tapi biasanya #ertikal saja. )ayung ini berputar ditengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang dan mendorong at cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan #ertikal pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Penuntun Praktikum, 2012. !K I, !eknik Kimia, "!I, #$I, $akassar !. 3. Turbin, ebanyakan turbin menyerupai agitator berdaun banyak dengan daun"daun yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang dipasang pada pusat bejana. )aun"daun boleh lurus dan boleh juga lengkung, sudut #ertikal. %mpellernya mungkin terbuka, setengah terbuka atau terselubung. )iameter impellernya biasanya lebih kecil dari diameter dayung yaitu berkisar antara 3= sampai 5= persen dari diameter bejana. Turbin biasanya efektif untuk jangkauan #iskositas cukup luas. Pada cairan ber#iskositas rendah turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung pada keseluruhan bejana. "$%&a'e, (erasi !eknik Kimia )ilid 1. *rlan++a, akarta. 1991 Pencampuran didalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk didalam fluida. :erak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus eddy yang bergerak ke seluruh system fluida tersebut. leh sebab itu pengaduk merupakan bagian yang paling penting dalam suatu operasi pencampuran fase cair dengan tangki pengaduk.
Pencampuran yang baik akan diperoleh bila diperhatiakn bentuk dan dimensi pengaduk yang digunakan, karena akan dipengaruhi keefektifan proses pencampuran, serta daya diperlukan.
+uspensi partikel at padat di dalam at cair di buat untuk berbagai tujuan umpamanya untuk membuat campuran yang homogen yang akan diumpamakan ke dalam unit pengolah, atau untuk melarutkan at padat untuk mempercepat reaksi kimia atau untuk mempercepat pembentukan kristal didalam larutan lewat jenuh. Bila at padat di suspensikan di dadalam tangki yang diaduk ada beberapa cara untuk mendefinisikan kondisi suspensi itu. Proses yang berbeda akan memerlukan derajat suspensi yang belainan pula dan karena itu kita perlu menggunakan definisi yang tepat dan korelasi yang semestinya di dadalam merancang atau dalam penerapan ke skala besar. )erajat suspensi yang diberikan di bawah ini disusun dalam urutan keseragaman suspensi yang makin baik dan pemasukan daya yang makin tinggi. 1. $endekati suspense penuh ebanyakan at padat benda dalam keadaan suspense di dalam at cair tetapi masih terdapat kelompok"kelompok at padat terkumpul di dasar tangki agak kepinggir, atau di tempat lain. 2. Partikel bergerak penuh +eluruh partikel berada dalam suspendsi atau bergerakdi sepanjang dasar tangki. Partikel"partikel yang bergerak di dasar tangki mempunyai koefisien perpindahan massa yang jauh lebih kecil dari pada partikel dalam susupensi, hal mana dapat mempengaruhi untuk kerja unit. 3. +uspensi penuh atau suspensi di luar dasar +eluruh partikel berada dalam keadaan suspensi dan tidak ada yang terdapat di dasar tangki atau tidak berada di dasar tangki, selama lebih dari 1 atau 2 detik. Pada waktu keadaan ini baru tercapai, biasanya terdapat gradient konsentrasi di dalam suspensi itu dan terdapat bagian"bagian yang mengandung at cair tanpa susupensi di bagian atas. 4. +uspensi seragam Pada kecepatan pengaduk yang jauh lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk membuat suspense penuh tidak kelihatan lagi adanya at cair jernih di deakat permukaan tangki dan suspense itu tampak seragam. /kan tetapi masih mungkin terdapatd gradient konsentrasi pada arah #ertical, lebih"lebih bila at padat itu mempunyai ukuran beragam dengan sebaran ukuran yang agak luas dan dalam hal ini kita harus berhati"hati dalam mengambil cuplikan dari tangki. 2.% PolaAlran 8enis aliran didalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeller, karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan proporsi! tangki, sekat, dan agitator. ecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen, dan pola aliran keseluruhan didalam tangki itu tergantung pada #ariasi dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. omponen kecepatan yang pertama ialah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros
impeller. omponen kedua, ialah komponen tangensial, atau rotasional, yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan terhadap lintasan lingkar disekeliling poros. )alam keadaan biasa, dimana poros itu #ertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horiontal, dan komponen longitudinalnya #ertikal. omponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu #ertikal dan terletak persis dipusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. /rus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran disekeliling poros, dan menimbulkan #oteks pada permukaan at cair, seperti terlebih dalam gambar. /danya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai laisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan"lapisan itu. Pola aliran yang terjadi dalam cairan yang diaduk tergantung pada jenis pengaduk. arakteristik fluida yang diaduk dan ukuran serta perbandingan ukuran antara tangki, pengaduk dan sekat. ecepatan partikel fluida disetiap titik dapat diuraikan dalam tiga komponen yaitua. omponen radial, bekerja dalam arah tegak lurus terhadap sumbu pengaduk. b. omponen longitudinal, bekerja dalam arah sejajar sumbu. c. omponen tangensial atau rotasional, bekerrja dalam arah garis singgung lintasan melingkar sekeliling sumbu. /liran tangensial yang mengikuti lintasan melingkar sekeliling sumbu, menimbulkan #orteks dipermukaan cairan. 8ika tangki tidak bersekat, maka pengaduk jenis aliran a0ial maupun radial akan menghasilkan aliran melingkar. arena pusaran itu terlalu kuat, pola aliran akan sama saja untuk semua jenis pengaduk dan #orteks yang terbentuk akan mencapai pengaduk, sehingga gas diatas permukaan akan terhisap. /da tiga cara untuk mencegah pusaran dan #orteks antara lain ; 1. Pengadukdipasang off center atau miring. 2. Pada dinding tangki dipasang sekat #ertikal. 3. emakaian diffuser ring pada tangki pengaduk !enis turbin. ( McCabe, Operasi Teknik Kimia jilid 1. Erlangga, Jakarta. 1991) 8ika di dalam system itu terdapat partikel at padat, arus sirkulasi itu cenderung melemparkan partikel"partikel itu, dengan gaya sentrifugal kearah luar dan dari situ bergerak ke bawah dan sesampai ke dasar tangki lalu ke pusat karena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung, tetapi sebaliknya pengumpulan yang terjadi. 8adi, karena dalam aliran sirkulasi at cair bergerak menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antra daun dan at cair itu berkurang dan daya yang dapat diserap at cair itu menjadi terbatas. )alam bejana yang tak bersekat, aliran putar itu dapat dibangkitkan oleh segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun radial. 8adi, jika putaran at cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat
dikatakan tetap bagaimanapun bentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller, dan gas dari atas permukaan at cair akan tersedot ke dalam at cair itu. Biasanya hal demikian tidaklah di kehendaki. /liran lingkaran circulator flow ! dan arus putar swirling ! dapat di cegah dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. )alam tangki"tangki kecil, impeller dipasang di luar sumbu tangki ekstentrik!. Porosnya di geser sedikit dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak"lurus terhadap pergeseran itu. )alam tangki"tangki yang lebih besar, agitatornya di pasang di sisi tangki, dengan porosnya pada bidang horiontal, tetapi membuat sudut dengan jari"jari tangki. Pada tangki"tangki besar yang mempunyai agitator #ertikal, cara yang paling baik untuk mengurangi arus putar ialah dengan memasang sekat"sekat buffle! yang berfungsi merintangi aliran rotasi tanpa mengganggu aliran radial dengan memasang bilah"bilah #ertikal terhadap dinding tangki. ecuali untuk tangki yang sangat besar, biasanya empat buah sekat saja sudah memadai untuk mencegah pembentukan arus putar dan #orteks. Bahkan bila terdapat kesulitan memasang sekat sebanyak itu, satu atau dua sekat saja pun sudah akan memberi pengaruh besar terhadap pola alir dan lingkar. (ntuk turbin, lebar sekat yang diperlukan tidak lebih dari seperdelapan belas diameter tangki. )engan propeller yang dipasang dari sisi, yang miring atau yang tidak di tempatkan di pusat, tidak di perlukan sekat. 8ika arus putar sudah dapat di hentikan, pola aliran spesifik di dalam bejana itu sekarang bergantung pada jenis impeller yang dipergunakan. /gitator propeller biasanya mendorong at cair ke bawah sampai kedasar tangki, di mana arus itu lalu menyebar secara radial ke segala arah menuju dinding, lalu mengalir lagi ke atas disepanjang dinding dan kembali diisap oleh propeller dari atas. Propeller biasanya digunakan bila kita menghendaki adanya arus yang kuat, umpamanya bila kita hendak menjaga agar partikel"partikel at padat yang berada dalam suspensi. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, Propeller jarang dipakai bila #iskositas at cair lebih dari kira"kira 5=.$erupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk at cair ber#iskositas rendah. Turbin dengan daun miring 45o dan mendorong ke bawah juga biasa digunakan untuk mendapatkan arus aksial yang kuat yang di perlukan untuk membuat suspensi at padat. /gitator dayung dan turbin berdaun datar memberikan aliran radial yang baik dalam bidang impeller itu, dimana aliran itu lalu membelah diri di dinding, membentuk dua pola lingkar yang terpisah. +atu bagian yang mengalir ke bawah di sepanjang dinding dan kembali ke pusat impeller dari bawah sedang satu bagian lagi mengalir ke atas menuju permukaan dan kembali ke impeller dari atas. Pada tangki tanpa sekat terdapat aliran tangensial yang kuat serta pembentukan #orteks, walaupun kecepatan poros hanya sedang"sedang saja. Tetapi, bila ada sekat, aliran #ertikal itu meningkat, dan pencampuran at cair pun berlangsung lebih cepat. Pada
tangki berbentuk silinder #ertical, ke dalaman at cair harus sama dengan diameter tangki, atau sedikit lebih besar dari itu. 8ika di perlukan kedalaman yang lebih besar, dapat dipasang dua impeller atau lebih pada satu poros, dimana masing"masing impeller berfungsi sebagai satu pencampur tersendiri. $asing"masing impeller membangkitkan dua arus sirkulasi. %mpeller yang di sebelah bawah, baik yang jenis turbin maupun yang jenis propeller, di pasang pada jarak kira"lira sama dengan diameter impeller dari dasar tangki.
1. 2. 3.
1. 2.
1. a.
$.( Pro)e) Penca&'uran Proses pencampuran dalam fase cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan momentum di dalam aliran turbulen, pencampuran terjadi pada tida skala yang berbeda yaitu Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan bul! flow ! di sebut mekanisme kon#ektif. Pencampuran karena adanya gumpalan"gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakkan di dalam medan aliran, di kenal sebagai &eddies'. Pencampuran karena gerak molekul air, merupakan mekanisme pencampuran yang di kenal sebagai difusi. e tiga mekanisme terjadi secara bersama"sama, tetapi yang paling menentukan adalah "dd #iffution. $ekanisme ini membedakan pencampuran dalam aliran laminar. Pencampuran fase cair dapat di bagi dalam dua kelompok yaitu Pencampuran antara cairan yang saling tidak bercampur sebagian immisible!. Pencampuran cairan yang tercampur miscible! %stilah pencampuran digunakan untuk berbagai ragam operasi, dimana derajat homogenitas bahan yang &bercampur' itu sangat berbeda. (mpamanya, satu kasus, dimana dua macam gas di gabungkan dalam satu tempat hingga seluruhnya bercampur dengan baik, dan kasus lain pasir, kerikil, dan semen di aduk di dalam drum putar selama beberapa waktu. )alam kedua kasus itu bahan"bahan itu pada akhirnya bercampur, namun jelas pula bahwa homogenitasnya berbeda. *uplikan campuran gas itu betapa pun kecilnya cuplikan itu semuanya mempunyai komposisi yang sama. +edang cuplikan campuran beton, di lain pihak akan sangat berlainankomposisinya satu sama lain. "arren /. $% &a'e &, mith, dan Peter arrit, halaman 226-22, !K ilid 1, 1985 # Waktu pencampuran merupakan lamanya operasi pencampuran sehingga diperoleh keadaan yang serba sama. Pada operasi pencampuran dengan menggunakan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal sebagai berikutYang berkaitan dengan alat, yaitu /da tidaknya baffle atau cruciform baffle
b. c. d. e. a! b! c! d! e! f! f. g. 2. a. b. c. !.
Bentuk dan jenis pengaduk turbin, propeler, padel! (kuran pengaduk diameter, tinggi! 9aju perputaran pengaduk edudukan pengaduk pada tangki 8arak terhadap dasar tangki Pola pemasangannya $enter , #ertikal %ff center , #ertikal $iring (inclined) dari atas 7oriontal 8umlah daun pengaduk 8umlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk Perbandingan kerapatan (densit ! cairan yang diaduk Perbandingan #iskositas cairan yang diaduk 8umlah kedua cairan yang diaduk 8enis cairan yang diaduk (miscible& immiscible) "ta /a'. !K , Penuntun Praktikum /a'ratrium !K I, 2012 /liran osilasi di dalam kolom bersekat merupakan satu metoda yang mampu meningkatkan pencampuran pada aliran laminar di dalam sebatang kolom. Pencampuran aliran osilasi dapat dicapai sekiranya aliran berosilasi sepenuhnya melewati plat sesekat. /kan tetapi, aplikasi aliran osilasi melalui kolom bersekat menyebabkan pencampuran balik berlaku di antara peringkat. Pencampuran balik akan mengurangkan keberkesanan pencampuran di dalam kolom dan ia merupakan suatu kelemahan apabila aliran plug merupakan suatu system yang diinginkan dengan menggunakan perangkat lunak fluent 5.3# suatu simulasi telah dilakukan pada menentukan pola aliran yang terbentuk di dalam kolom bersekat dengan aliran osilasi, dan untuk memastikan terjadinya pencampuran balik di dalam sisitem kolom yang di bina. +imulasi *@) $omputational Fluida #namic ! dilakasanakan di dalam kolom tegak dua peringkat setinggi 2?,2 cm dan diameter dalam A,4 cm. Plat sesekat di pasang di dalam kolom pada jarak 1,50 diameter kolom. +imulasi aliran bertujuan untuk menggambarkan keadaan sebenarnya dari fenomena fisik yang terlibat di dalam dinamik dan simulasi keadaan steady. +imulasi keadaan steady tidak bergantung dengan waktu sedangkan simulasi dinamik adalah tergantung dengan waktu dan banyak di gunakan dalam menganalisis perubahan paola aliran dan masalah system kontrol. @luent 5.3# merupakan perangkat lunak yang banyak di pilih untuk tujuan simulasi dinamik. Perangkat lunak ini adalah sesuai untuk menggambarkan aliran turbulen yang kompleks, reaksi kimia, pembakaran, dan aliran berbilang fasa. Pipa alir bebas akan menyebabkan geseran bend alir di dalam system bertambah sehingga arah dan kecepatan aliran akan dapat dikontrol, un+ham 1A>2! melaksanakan ujikaji
satu fasa didalam kolom ldshue"ushton dengan diameter 15,24 cm. Beliau mendapati, selain kadar aliran hadapan, maka penggunaan pipa alir bebas akan mengurangi kadar pencampuran balik dengan berkesan. Pada putaran motor pengaduk dan kadar alir kehadapan tertentu, pipa alir bebas dengan 96) rasio panjang pipa alir bebas dan diameter plat sesekat! lebih besar dari pada =,33, akan mengurangi kecepatan pencampuran balik menjadi nol. (jikaji yang dihalankan oleh Cidaurri dan +herk 1A?5! adalah di dalam tangki berpengaduk dengan diameter 2=,3 cm. +eluruh kajian dilakukan menggunakan pipa alir bebas yang disambungkan kepada plat sesekat bukaan lubang tengah,7idaurri dan herk 1A?5! menemukan bahwa pencampuran balik berkurang mejadi nol dengan meningkatnya rasio 96), kadar alir kehadapan dan #iskositas fluida yang di gunakan. @actor"faktor yang mempengaruhi proses pencampuran dan energi yang di perlukan untuk pencampuran adalah 1. /liran /liran yang turbulen dan laju alir bahan yang tinggi biasanya menguntungkan proses pencampuran 2. (kuran partikel 6 luas permukaan +emakin luas permukaan kontak bahan"bahan yang harus di campur maka semakin kecil partikel dan semakin mudah gerakannya di dalam campuran maka proses pencampuran semakin baik. 3. elarutan +emakin besar kelarutan maka semakin baik pencampuran. "$%&a'e, (erasi !eknik Kimia )ilid 1. *rlan++a, akarta. 1991 2.* Kebutu+an Da,a (ntuk melakukan perhitungan dalam spesifikasi tangki pengaduk telah dikembangkan berbagai teori dan hubungan empiris. Para peneliti telah mengembangkan beberapa hubungan empiris yang dapat untuk dapat memperkirakan ukuran alat dalam pemakaian yang atas dasar percobaan yang dilakukan pada skala laboratorium. Persyaratan dari pada pengunaan hubungan empiris tersebut adalah adanyaa. esamaan geometris, yang menetukan kondisi batas peralatan, artinyabentuk kedua alat harus sama dan perbandingan ukuran"ukuran geometris berikut ini sama untuk keduanya b. esamaan dinamik dan kesamaan kinetic yaitu terdapat kesamaan harga perbandingan antara gaya yang bekerja disuatu kedudukan gaya #iskos terhadap gaya grafitasi, gaya inersia terhadap gaya #iskos, dsb! c. @actor yang mempengaruhi kebutuhan daya atau power untuk pengadukan adalah 1. )iameter pengaduk 2. ekentalan cairan 3. erapatan cairan
4. $edan grafitasi 5. 9aju putaran pengaduk Parameter 7idrodinamika dalam Tangki berpengaduk a. Bilangan Reynold %ilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya )iskos yang ter!adi pada fluida. System pengadukan yang ter!adi bila diketahui bilangan *eynold-nya +alam system pengadukan terdapat 3 !enis bentuk aliran yaitu laminar, transisi dan turbulen. %entuk aliran laminar ter!adi pada bilangan Reynold hingga 1, sedangkan turbulen ter!adi pada bilangan Reynold 1 hingga 1 4 dan transisi berada di antara keduanya. b. BilanganFraude %ilangan tak berdimensi menun!ukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gra)itasi. %ilangan raude dapat dihitung dengan persamaan berikut $ %ilangan raude merupakan )ariable yang signifikan. %ilangan ini hanya diperhitungkan pada system pengadukan dalam tangki tidak bersekat. ada system ini permukaan cairan dalam
tangki
akan
dipengaruhi
gra)itasi,
sehingga
membentuk
pusaran
&)orte'. Vortex menun!ukkan keseimbangan antara gaya gra)itasi dengan gaya inersia.
Fluid Mixing BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pencampuran adalah operasi yang sangat penting bahkan dikatakan fundamental hampir di tiap proses. Pencampuran at cair bergantung pada pembentukan arus aliran yang membawa bahan yang belum bercampur ke dalam ona pencampuran di sekitar impeler. eberhasilan proses operasi kimia tergantung pada efektifitas pencampuran dan pengadukan dari fluida. Pengadukan yang dilakukan akan menyebabkan suatu material akan bergerak secara spesifik tertentu!, sedangkan pencampuran adalah pendistribusian yang acak dan melalui satu atau yang lainnya dari dua atau lebih phase. +uatu material yang homogen, seperti air dingin dalam tanki yang penuh dalam tanki dapat diaduk tetapi tidak dapat dilakukan pencampuran sebelum ditambahkan material lain ke dalam tanki. 8adi jelaslah bahwa pengadukan agitasi! tidaklah sama dengan pencampuran mixing !. Tidak seperti unit pengoperasian yang lainnya, proses pencampuran dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti pemompaan, perpindahan panas dan perpindahan massa secara
cepat. Pengadukan hampir terjadi di setiap proses industri. +eperti apa pengadukan pun sesuai dengan feed dari industry tersebut dan pengoperasian pada industri. Peralatan pencampuran yang digunakan untuk kepentingan komersial sangatlah banyak, misalnya pencampuran yang digunakan untuk memproduksi bahan kimia, makanan, obat"obatan dan lain sebagainya. Tugas dari mixer pencampur! itu sendiri adalah 1!
$engontakan cairan"cairan yang tidak dapat bercampur, misalnya proses ekstraksi sol#ent
2!
Proses emulsi untuk menghasilkan produk yang stabil
3!
$elarutkan padatan kasar pada cairan dengan #iskositas rendah
4!
)ispersi padatan halus dalam cairan dengan #iskositas tinggi
5!
)ispersi padatan halus dalam cairan, misalnya proses fermentasi
D!
$engontakkan gas6padatan6cairan pada reaksi katalitik Tetapi yang menjadi masalah bahwa tidak satupun alat yang dapat melakukan fungsi dari pencampuran secara menyeluruh dan effisien karena disebabkan biaya pengoperasian yang sangat tinggi. +ehubungan dengan hal tersebut, maka sangatlah perlu untuk mngetahui proses pencampuran ataupun pengadukan secara lebih dalam, tentang alat yang digunakan ataupun cara yang tepat sehingga nantinya akan diperoleh hasil yang optimal serta dapat menekan biaya yang digunakan seminimal munkin. 1.2 Tujuan )engan melakukan percobaan ini, maka -
1!
)apat mengetahui pola aliran yang ditimbulkan oleh dua impeler yang berbeda propeller dan padle!.
2!
)apat mengetahui faktor"faktor yang mempengaruhi adanya perbedaan pola aliran.
3!
)apat mengetahui pengaruh yang ditimbulkan oleh penggunaan baffle pada proses pencampuran.
4!
)apat mengetahui konduktifitas dari larutan garam terhadap kecepatan perputaran impeler dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondukti#itas tersebut.
5!
(ntuk mengetahui pengaruh besarnya power yang diberikan impeler terhadap vorte!s yang terbentuk. 1.$ Per&a)ala+an /dapun masalah"masalah yang akan diketahui melalui percobaan ini adalah -
1!
Bagaimanakah pengaruh penggunaan dari dua impeler yang berbeda tpe propeller dan padle! terhadap kualitas campuran yang dihasilkan.
2!
Bagaimanakah pengaruh penggunaan baffle dalam proses pencampuran.
3!
Bagaimanakah pengaruh kecepatan putaran impeller yang berbeda dalam proses pencampuran.
4!
Bagaimanakah pengaruhi penggunaan bahan dalam proses pencampuran.
5!
@aktor"faktor yang mempengaruhi pola aliran dan kualitas campuran dalam proses pencampuran.
D!
Pengaruh kecepatan putaran impeler terhadap kondukti#itas larutan garam. 1.% H'ote)a 7ipotesa yang dapat ditarik sebelum melakukan percobaan ini adalah -
1!
+emakin besar kecepatan putaran impeler maka semakin cepat pula terjadinya homogenitas dalam campuran.
2!
)engan penggunaan buffle maka aliran yang terjadi adalah turbulen sehingga proses pencampuran akan terjadi lebih cepat.
3!
+emakin kecil ukuran padatan yang akan dicampur atau dilarutkan maka semakin cepat pula terjadinya homogenitas.
4!
+emakin kecil #iskositas cairan yang digunakan semakin cepat terjadinya homogenitas.
5!
'orte!s dapat dihilangkan dengan pemakaian baffle sehingga arah aliran dapat menyebar.
1.- an/aat $anfaat"manfaat yang dapat diambil melalui percobaan ini adalah 1!
)apat mengetahui prinsip dasar dari percobaan fluid mixing apparatus.
2!
)apat
mengetahui
perbedaan
pola
aliran
yang
ditimbulkan
oleh
dua
buah
impeler
ropeller danturbin!. 3!
)apat mengetahui faktor"faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda, seperti padatan yang digunakan, #iskositas cairan, kecepatan putaran impeler dan lain sebagainya.
4!
)apat mengetahui besarnya daya hantar listrik yang ditimbulkan sebagai pengaruh dari kecepatan putaran.
5!
)apat mengetahui perbedaan yang terjadi pada pencampuran liEuid yang menggunakan baffledan tidak menggunakan baffle tidak terbentuk vortex dan terbentuk vortex !.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 $iin+ +uatu pencampuran adalah sebuah at yang dibuat dengan menggabungkan dua at atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi obyek tidak menempel satu sama lain!. +ementara tak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, properti kimia suatu pencampuran, seperti titik lelehnya, dapat menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat dipisahkanmenjadi komponen aslinya secara mekanis. Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen. Pencampuran secara umum adalah produk pencampuran mekanis atau pencampuran at kimia seperti elemen dan senyawa, tanpa penyatuan kimia atau perubahan kimia lainnya, sehingga masing"masing at mempertahankan properti dan karakteristik kimianya. Pengadukan at cair dilakukan untuk berbagai maksud, tergantung dari tujuan langkah itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain adalah 1!
(ntuk memilih suspensi partikel at padat.
2!
(ntuk meramu at cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol dan air.
3!
(ntuk menyebarkan gas didalam at cair dalam bentuk gelembung kecil.
4!
(ntuk menyebarkan at cair yang tidak dapat bercampur dengan at cair lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran"butiran halus.
5!
(ntuk mempercepat perpindahan kalor antara at cair dengan kumparan atau mantel kalor. adang"kadang pengaduk digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan at cair. )alam bejana hidrogenasi didispersikan melalui at cair dimana terdapat partikel"partikel katalis padat dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi keluar melalui kumparan atau mentel. Pengadukan menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam sirkulasi. Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuah bejana atau alat. 7al ini dikarenakan faktor"faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. @aktor"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. leh 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!
$ekanisme kon#ektif pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan bul! flow !.
2!
"dd diffusion pencampuran karena adanya gumpalan " gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran.
3!
#iffusion pencampuran karena gerakan molekuler. etiga mekanisme terjadi secara bersama"sama, tetapi yang paling menentukan adalah edd diffusion. $ekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. +ifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan. +ecara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu -
1!
(ntuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase multikomponen.
2!
(ntuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian"bagian dari sistem yang tidak seragam.
3!
(ntuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi. 2.2
$e%hani%all A+itated 7essel
2.2.1 7essel 'essel biasanya berbentuk tanki silinder #ertikal dimana di dalamnya akan diisikan fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tanki. Tetapi pada beberapa sistem pengontakan gas atau cairan dengan kedalaman cairan sekitar 3 kali diameter tanki maka akan digunakan banyak impeler. )iameter vessel berkisar antara =,1 meter untuk unit yang kecil hingga 1= meter ataupun lebih untuk instalasi industri besar. Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip kerucut! tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengurasan atau pada at padat yang terlarut. Bentuk yang sering digunakan adalah bentuk lengkungan karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga at padat tidak ada yang terselip dan akan rata tercampur. +edangkan jika bentuk kerucut cone! yang digunakan makan harus dipastikan bahwa pencampuran dapat dilakukan dengan sempurna dengan cara menurunkan posisi impeler, Tetapi hal ini akan sangat berbahaya jika impeler terlalu dekat dengan permukaan dinding vessel terutama jika sampai bersentuhan akan mengakibatkan alat menjadi rusak. )alam kasus lainnya sering pula digunakan 2 buah impeler pada bagian atas. Walaupun bawah vessel untuk memperoleh pencampuran yang sempurna. Pada design mixer atau settler untuk sol#ent extraction biasanya digunakan tanki segi empat karena pertimbangan harga yang lebih murahh untuk kapasitas yang besar dan juga lebih mudah mengkombinasikannya dengan settler . 2.2.2 :ale (ntuk mencegah terjadinya pembentukan ruang udara vortex ! pada saat cairan"cairan dengan #iskositas rendah diaduk dalam tanki silinder #ertikal dengan impeler yang berada pada pusatnya, maka digunakanlah baffle yang dipasang pada dinding vessel . *affle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama sekitar 1 " 1= dari diameter tanki. *affle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel . *affle umumnya tidak digunakan pada cairan dengan
#iscositas
tinggi
penting.*affle dipasang
dimana
pada mixing
pembentukan vortex bukanlah vessel untuk
menambah
menjadi
masalah
turbulensi.
yang
Walaupun
penggunaan bafflemenaikkan jumlah tenaga atau energi, tetapi di sisi lain memilki keuntungan yaitu terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan waktu yang dibutuhkan
untuk mencampur lebih cepat.
Tabel 2.1 ebutuhan tenaga pada mevhanicall agitated sstem
roses
engadukan yang sangat tinggi mulsifikasi Disolving padatan Disolving gas yang sedikit larut engadukan yang tinggi erpindahan panas yang cepat engontakan engadukan yang sedang Disolving gas yang larut &sedang' adatan yang tersuspensi encucian erpindahan panas yang menengah engadukan yang rendah kstraksi cairan ristalisasi Stirring encampuran Disolving gas yang dapat larut
/enaga yang digunakan &"01 gal'
15 - 25 1 - 12 3 - 1 1,5 - 2,5 1,5 - 2, 1, - 2, 1, - 1, 1, - 1,5 , - 1,3
, - 1, ,6 - 1,2 ,5 - , ,5 - ,6 ,5 - ,6
etika waktu yang digunakan pada proses pencampuran sangatlah sedikit, pencampur yang terbaik adalah pencampur dengan jumlah tenaga yang terkecil dan waktu yang sangat pendek. 2.2.$ I&'eler %mpeler inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan at cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeler. )ari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller - propeller baling"baling!, dayung padle!, dan turbin turbine!. $asing"masing jenis terdiri lagi atas berbagai #ariasi dan sub"jenis. /da lagi jenis" jenis impeler lain yang dimaksudkan untuk situasi"situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat digunakan untuk menyelesaikan A5 persen dari semua masalah agitasi at cair. nis impeller yang lain 1! The marine tpe propeller 2! Flat + blade turbine 3! The dis! flat + blade turbine 4! The curved + blade turbine
5! The pitched + blade turbine D! The shrouded turbine 2.2.$.1 Pr(eller ropeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk at cair ber#iskositas rendah. ropeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1.15= atau 1.>5= rpm, sedang propeller besar berputar pada 4== sampai ?== rpm. /rus yang meninggalkan propeller mengalir melalui at cair menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. olom at cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller dengan membawa ikut at cair stagnan yang dijumpainya dalam perjalanannya itu, dan at cair stagnan yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang dibawa kolom arus sebesar itu kalau berasal dari nosel stasioner . )aun"daun propeller merobekkan menyeret at cair itu. leh karena arus aliran ini sangat gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar. ropeller yang berputar membuat pola heliks di dalam at cair, dan jika tidak tergelincir antara at cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller akan memindahkan at cair secara longitudinal pada jarak tertentu. asio jarak ini terhadap diameter dinamakan jarak pitch! propeller itu. Pr opeller yang mempunyai jarak bagi1,= disebut mempunyai jarak bujur sangkar. 2.2.$.2 Paddle (ntuk tugas"tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada poros #ertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. adang"kadang daun" daunnya dibuat miring, tetapi biasanya #ertikal saja. )ayung paddle! ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong at cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan #ertikal pada impeler, kecuali bila daunnya agak miring. /rus yang terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah. )alam tangki"tangki yang dalam, kadang"kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. )alam beberapa rancang, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring, sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat. )ayung padle! jenis tersebut dinamakan agitator jangkar anchor agitator !. 8angkar ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada permukaan penukar kalor, seperti umpamanya, dalam bejana proses bermantel, tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. 8angkar ini biasanya dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang biasanya berputar menurut arah yang berlawanan. /gitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan kecepatan antara 2= dan 15= rpm. Panjang total impeler dayung biasanya antara 5= sampai ?= persen dari diameter" dalam bejana. 9ebar daunnya seperenam sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa"sekat, pada kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, at cair itu akan berputar" putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi, tetapi tanpa adanya pencampuran. 2.2.$.$ Turbn Turbin 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. )i dekat impeler itu terdapat ona arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. /rus utamanya bersifat radial dan tangensial. omponen tangensialnya menimbulkan #orteks dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat baffle! atau difuser agar impeler itu menjadi sangat efektif. Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin daun"lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung #ertikal. ebanyakan turbin itu menyerupai agitator" dayung berdaun banyak dengan daun"daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang dipasang di pusat bejana. )aun"daunnya boleh lurus dan boleh pula lengkung, boleh bersudut, dan boleh pula #ertikal. %mpelernya mungkin terbuka, setengah terbuka,
atau terselubung. )iameter impeler biasanya lebih kecil dari diameter dayung, yaitu berkisar antara 3= sampai 5= persen dari diameter bejana. Beberapa tipe impeller , yaitu - propeller& turbin& paddle& anchor& helical ribbbon& helical screw . Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri vessel tanki!, #isikosita cairan. 1!
(ntuk #iscositas yang lebih kecil dari 2=== cP, maka digunakan impeller dengan tipe propeller .
2!
(ntuk #iscositas antara 2=== cP " 5==== cP, maka digunakan impeller dengan tipe turbin.
,)
(ntuk #iscositas antara 1==== cP " 1====== cP, maka digunakan impeller tope anchor& helical ribon dan paddle
4!
(ntuk #iscositas diatas 1 juta cP, digunakan pencampuran khusus, seperti banburg mixer& !neaders&
extrudes& sigma mixer dan beberapa tipe lainya. /da dua macam impeller pengaduk yaitu 1! -mpeller aliran aksial yang membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller 2! -mpeller aliran radial yang membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial (kuran impeller tergantung pada jenis impeller dan kondisi operasi seperti yang dijelaskan oleh eynolds,
@roude,and
Power
sebagai
suatu
karakteristik
yang
saling
mempengaruhi.
(ntukimpeller jenis turbin, perbandingan diameter dari impeller dan vessel berada pada range, d6) F =,3 "=,D, harga terendah berada pada rpm yang tinggi sebagai contih dipersi gas. ecepatan impeller standar yang digunakan untuk kepentingan komersil industri! adalah 34, 45, 5D, D?, ?4, 1==, 125, 155, 1A=, dan 32= rpm. Tenaga yang dibutuhkan biasanya tidak cukup untuk digunakan secara kontinu untuk mengatur gerakan steam turbin. )ua kecepatan driver mungkin dibutuhkan pada saat torues awal sangat tinggi.
Tabel 2.2 Pemilihan jenis impeller berdasarkan pemakaian
enggunaan
#enis 7mpeller Propeller
Turbine
Paddle
1 2 2 2 3 2 2
2 1 1 1 1 1 1
3 3 3 3 3 2 1
encampuran +ispersi Suspensi padatan *eaksi +ispersi gas engubah panas ristalisasi
eterangan -
1 F Banyak digunakan 2 F adang"kadang digunakan
3 F 8arang digunakan 8enis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada 1! 8enis impeller 2! arakteristik fluida 3! (kuran serta perbandingan proporsi! tangki, sekat, dan agitator. ecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen, dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada #ariasi dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. etiga komponen itu yaitu 1! omponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller .
2! 3!
omponen longitudinal, yang bekerja pada arah paralel dengan poros. omponen tangensial yang bekerja pada arah singgung tehadap lintasan lingkaran
:ambar Pola /liran @luida-
8ambar 2.3.1 ola aliran fluida untuk ropeller ditengah )essel tanpa %affle
8ambar 2.3.2 ola aliran fluida untuk Propeller ditengah vessel dengan Baffle,pola aliran 9ksial
8ambar 2.3.3 ola aliran fluida untuk Propeller ditengah vessel dengan Baffle,pola aliran radial
8ambar 2.3.4 ola aliran fluida untuk Propeller tidak pada posisi ditengahvessel
8ambar 2.3.5 osisi agitator pada vessel )alam keadaan biasa, di mana poros itu #ertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horisontal, dan komponen longitudinalnya #ertikal. omponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu #ertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. /rus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan menimbulkan vorte!s pada permukaan at cair, dan karena adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan"lapisan itu. 8ika di dalam sistem itu terdapat pula partikel at padat, arus sirkulasi itu cenderung melemparkan partikel"partikel itu, dengan gaya sentrifugal, ke arah luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar tangki, lalu ke pusat. arena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung di sini, tetapi sebaliknya pengumpulanlah yang terjadi. 8adi, karena dalam aliran sirkulasi at cair begerak menurut arah gerakan daun impeller , kecepatan relatif antara daun dan at cair itu berkurang, dan daya yang dapat diserap at cair itu menjadi terbatas. )alam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh segala jenis impeller , baik aliran aksial maupun yang radial. 8adi, jika putaran at cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap, bagaimanapun bentuk rancangan impeller . Pada kecepatan impeller tinggi vorte!s yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller dan gas dari atas permukaan at cair akan tersedot ke dalam at cair itu. $akanya hal demikian tidaklah dikehendaki. /liran tingkat circulator flow ! dan arus putar swirling ! dapat dicegah dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. )alam tangki"tangki kecil impeler dipasang di luar sumbu tangki eksentrik!. Porosnya digeser sedikit dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus terhadap pergeseran itu. )alam tangki"tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang di sisi tangki, dengan porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat sudut dengan jari"jari tangki.
2.$ et $ier Pencamuran dalam sebuah vessel dilakukan untuk #iskositas rendah dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dimana cairan dengan #iskositas tinggi dialirkan kedalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk mengeluarkan sebagian liEuid dari vessel dan dikembalaikan melalui nozzle melalui vessel .
Transfer
momentum
dari
jet
#iskositas
tinggi
menuju
liEuid
dalamvessel menyebabkan aksi pencmpuran sirkulasi dalam tanki. 2.% In-line tati% $ier -n/line static mixers digunakan untuk operasi pencampuran dan pelarutan dalam jumlah yang besar. +ebuah unit tetap diletakkan dalam sebuah pipa dan pencampur dimasukkan oleh sistem pemompaan. (ntuk kasus pencmpuran liEuid kental secara laminer, pencampuran dilakukan dengan mekanisme slicing dan folding . Proses pencampuran ini memberikan peningkatan dalam produk campuran sebagai jumlah dari elemen pencampuran yang diulang meningkat. )alam kasus pelarutan liEuid"liEuid dan gas"liEuid seperti mekanisme diatas tidak berpengaruh dan biasanya operasi terjadi secara turbulen. 2.- In-/ine Dnami% $ier (ntuk operasi pencampuran dimana membutuhkan produksi continue dari solid yang dilarutkan dan emulsi, -n/0ine #namic 1ixers adalah salah satu bentuk mixer yang dapat digunakan. /lat ini terdiri dari sebuah rotor dimana spin adalah kecepatan tinggi di dalam sebuah casing dan umpan material dipompakan secara continue menuju unit. )i dalam casing , shear forcefluida yang tinggi digunakan pada operasi pelarut. 2.( $ills Beberapa kegiatan kimia termasuk pelarutan solid dan pengemulsian tidak dapat dilakukan di dalam vessel yang dicampur secara mekanik karena tidak mungkin dapat menurunkan tegangan tinggi untuk memecah partikel agregat dalam memperoleh kualitas pelarutan atau menciptakan emulsi yang stabil. 1ills dapat digunakan dalam operasi pelarutan dimana pelarutan partikel dilakukan dengan crushing atau shearing . 2.* Unt Pelarutan !engan Kece'atan Tngg Type peralatan ini serupa dengan -n/0ine #namic 1ixer , tetapi dalam kasus ini alat digunakan dalam sebuah vessel . /lat pencampur ini terdiri dari rotor kecepatan tinggi di dalam vessel dimana fluida dimasukkan ke aksi shearing intensif. 2.0 7al;e m+eni
Tekanan
tinggi
akan
diturunkan
mendekati
tekanan
fluida
melalui
sebuah orifice sehingga menghasilkan shear force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilkan secara continue. 2. #ltrasni% m+eni
pada tekanan
tinggi
diatas
15=
bar!
melalui orificeyang didesain secara khusus untuk menghasilkan aliran dengan kecepatan tinggi melalui sebuahblade yang digoyangkan atau digetarkan pada ftrekwensi ultrasonic. 2.1 *truders Pelarutan dalam industri plasit biasanya dilakukan dalam extruders. Feed yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk, bersama"sama dengan aditif sepertistabilizer , plastizer , pigmen berwarna, dll. +elama proses dalam extruders dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju kontrol dari extruders untuk pembentukan. Parameter yang mempengaruhi klasifikasi agotator1! a.
Parameter Proses-
Ciskositas rendah
b.
elarutan at terlarut
c.
ondukti#itas termal fluida dan at terlarut jika terjadi perpindahan panas
d.
)ensitas fluida
e.
(kuran partikel solid 2!
Parameter $ekanik a.
)iameter impeller
b.
otasi impeler permenit
c.
Bentuk impeler
d.
Colume vessel
e.
Bentuk vessel
f.
9etak agitator terhadap vessel eberhasilan operasi suatu proses pengolahan tergantung pada efektifitas pengadukan dan
pencampuran at dalam proses.
2.11 Penca&'uran Sol!3L4u! Bila at padat disuspensikan dalam tanki yang diaduk, ada beberapa cara untuk mendifinisikan kondisi suspensi itu. Proses yang berbeda akan memerlukan derajat suspensi yang berlainan pula, dan karena itu kita perlu menggunakan definisi yang tepat dan korelasi yang semestinya didalam merancang atau dalam penerapan ke skala besar. 1!
$endekati suspensi penuh Yaitu suspensi dimana masih terdapat sebagian kecil kelompok"kelompok at padat yang terkumpul didasar tanki agak kepinggir atau ditempat lain.
2!
Partikel bergerak penuh Yaitu seluru partikel berada dalam suspensi atau bergerak disepanjang dasar tanki.
3!
+uspensi penuh atau +uspensi diluar dasar Yaitu seluruh partikel berada dalam keadaan suspensi dan tidak ada didasar tanki atau tidak berada didasar tanki selama leih dari 1 atau 2 detik.
2.12 Penca&'uran L4u!3L4u! Pencampuran at cair"cair misible! didalam tanki merupakan proses yang berlangsung cepat dalam daerah turbulent. -mpeller akan menghasilkan arus kecepatan tinggi, dan fluida itu mungkin dapat bercampur baik disekitar impeller karena adanya keterbulenan yang hebat. Pada waktu arus itu melambat karena membawa ikut at cair lain dan mengalir disepanjang dinding, terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran"pusaran besar pecah menjadi kecil, tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada arah aliran.
2.1$ Penca&'uran 5a)3L4u! )alam proses pencampuran gas dengan liEuid, gas akan tersuspensi dalam bentuk gelembung"gelembung kecil dengan tekanan tertentu.
BAB III ET6D6L65I $.1 Alat !an Ba+an Alat 7 /lat yang digunakan pada percobaan ini adalah +atu
unit Fluid
1ixing Appartus yang
dilengkapi
dengan impeller berbeda
dengan baffle dan
tanpabaffle Ba+an 7 Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah 1! /ir 2!
Pasir
3!
:aram $.2 Pro)e!ur Percobaan
1!
+iapkan Fluid 1ixing Apparatus tanpa baffle sehingga dapat digunakan sebagaimana mestinya
2!
(kurlah diameter vessel , diameter impeller , jarak impeller dari dasar vessel , lebar bilah impeller .
3!
$asukkan air, pasir, dan garam ke dalam Fluid 1ixing Apparatus, kemudian pasang impeller yang dikehendaki.
4!
7idupkan Fluid 1ixing Apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller 5= rpm, 1== rpm, 2== rpm, 3== rpm, lakukan secara bergantian
5! /mati dan gambarlah pola aliran yang terjadi setiap kenaikan keceaptan perputaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut. D!
(langi percobaan di atas untuk impeller yang berbeda dan Fluid 1ixing Appa ratus denganbaffle. )iposkan oleh +ucitro /de di 1?.43
