lap ttp fm pnyo menik
TRANSCRIPT
LAPORAN TETAP
FLUID MIXING
Oleh:
Sthevanie 03101003001
Aris Budiyanto 03101003002
Ikhsan Abdi Kusuma 03101003019
David Susanto 03101003054
Atika Yusni Ferdina 03101003060
Kurniahadi 03101003076
Asisten : 1. Joseph Edbert Pardede
2. Jhonson Daniel Lumban Tobing
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
INDERALAYA
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Keberhasilan 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. Suatu 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. Jadi jelaslah
bahwa pengadukan (agitation) 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. Di dalam suatu proses industri pastilah
ada suatu proses pencampuran bahan baik itu bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas,
dan gas- padat. Pada proses ini kedua kondisi haruslah kita perlakukan
sebagaimana mestinya sesuai dengan harapan kita. Untuk sample yang
kuantitasnya masih kecil, kita dapat menggunakan media yakni bejana, tangki,
dan bahan dimasukkan kedalamnya dan untuk meratakan pencampuran atau
pengadukan kita aduk dengan kayu, atau pengaduk dengan tenaga manusia yang
tidak konstan. Dalam lingkup kecil ini homogenitas atau keseragaman mungkin
tidak jadi suatu masalah dan baik, sah untuk dilakukan. Tetapi bagaimana bila kita
mengambil dalam lingkup besar, dimana dalam sejam saja terjadi pencampuran
yang besar jumlahnya e.g 100 ton.
Untuk itulah dibutuhkan peralatan mixing yang membantu sesuai dengan
fungsinya dengan keadaan konstan, serta dapat diatur kecepatan pengadukannya
untuk diperoleh hasil yang optimal, saerta kehomogenitasan yang tinggi, dan
gerakan mixing dengan tenaga yang dibutuhkan minimum. Dengan kata lain,
Pengadukan (agitation) adalah gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu
pada suatu bahan di dalam bejana, di mana gerakan itu biasanya mempunyai
semacam pola sirkulasi. Dalam proses mixing ini digunakan impeller sebagai
mixer yang akan mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada beberapa
tipe impeller yang biasa digunakan antara lain : propeller, paddle dan turbine.
Setiap impeller ini memiliki tingkat efisiensi yang berbeda terhadap proses
pencampuran.
Arus yang ditimbulkan oleh gerakan impeller ini menyebabkan terbentuknya
vortex yang sangat tidak diinginkan dalam proses mixing. Untuk mencegah
terjadinya vortex ketika fluida diaduk dalam tanki silinder dengan impeller yang
berada pada pusatnya maka digunakan baffle yang dipasang pada dinding vessel.
Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama. Baffle biasanya tidak
menempel pada dinding vessel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah
antara baffle dengan dinding vessel.
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). Mengontakkan cairan-cairan yang tidak dapat bercampur, misalnya proses
ekstraksi solvent
2). Proses emulsi untuk menghasilkan produk yang stabil
3). Melarutkan padatan kasar pada cairan dengan viskositas rendah
4). Dispersi padatan halus dalam cairan dengan viskositas tinggi
5). Dispersi padatan halus dalam cairan, misalnya proses fermentasi
6). Mengontakkan gas/padatan/cairan pada reaksi katalitik
7). Mencampur cairan yang dapat bercampur (misible)
Tetapi yang menjadi masalah bahwa tidak satupun alat yang dapat melakukan
fungsi dari pencampuran secara menyeluruh dan efisien karena disebabkan biaya
pengoperasian yang sangat tinggi. Sehubungan dengan hal tersebut, maka
sangatlah perlu untuk mengetahui 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 mungkin. Ada beberapa cara yang akan dijelaskan sehingga
dapat menekan biaya produksi.
Pada banyak operasi pengaduk sangat diperlukan untuk mencampurkan
larutan, seperti pencampuran petroleum. Peralatan campuran dikarakteristikkan
oleh kemampuannya untuk membangkitkan kapasitas ke dalam tangki yang dapat
dijelaskan dalam jumlah aliran yang dihasilkan, dan dapat dibaca secara visual.
Dengan hal ini gradien kecepatan dalam tanki dirancang berdasarkan pergeseran
angka.
Hal ini tidak dapat dibaca secara visual dan pengukuran serta
spesifikasinya lebih komplek. Kecepatan utama secara konsep berhubungan
dengan perubahan angka aliran dan pada umumnya lebih tinggi dari kecepatan
utama rata-rata. Dalam hubungannya lebih tinggi dari perubahan angka aliran.
Pada aliran turbulen, ditipekan oleh angka Reynolds Impeller, ND2 , 1000.
Tenaga masukan ini ditransfer antara variasi skala besar (secara umum disebut
skala makro). Pergeseran angka pada kondisi 1000 atau lebih besar dari yang
rendah sebagai kecepatan fluktuasi skala kecil ini cukup kecil pada ukuran fisika
(biasanya kurang dari 100).
1.2. Permasalahan
Permasalahan yang timbul dalam suatu proses dengan Fluid Mixing antara
lain :
1). Bagaimanakah pengaruh jenis impeller pada suatu Fluid Mixing?
2). Apakah pola aliran dari ragam putaran impeller sama?.
3). Apakah ada pengaruhnya penggunaan baffle pada Fluid Mixing ?
4). Bagaimanakah pengaruh bahan yang digunakan terhadap proses Fluid
Mixing?
5). Bagaimanakah kondisi yang optimal agar pencampuran dengan Fluid Mixing
berjalan lancar ?
1.3. Tujuan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah :
1). Mengetahui prinsip dan cara kerja Fluid mixing apparatus.
2). Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran.
3). Mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran.
4). Mengetahui bentuk-bentuk impeller.
5). Mengetahui perhitungan Fluid Mixing.
6). Mengetahui aplikasi dari Fluid mixing apparatus.
1.4. Manfaat
Manfaat dari percobaan ini adalah :
1). Dapat mengetahui dan menambah wawasan darui prinsip dasar Fluid mixing
apparatus.
2). Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah
impeller yang berbeda (Propeller, Turbin dan Paddle).
3). Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda
seperti padatan yang digunakan, viscositas cairan yang digunakan, kecepatan
putaran dari impeller dan lain-lain.
4). Dapat mengetahui pola aliran air dan pasir yang ditimbulkan dari pemakaian
baffle.
5). Mempersiapkan diri terhadap suatu riset-riset maupun kerja praktek.
BAB IIBAB II
TINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA
Pencampuran atau mixing adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara
acak dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya,
dimana bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih.
Sedangkan pengadukan atau agitation adalah gerakan yang terinduksi menurut
cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya
mepunyai semacam ppola aliran sirkulasi.
Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud, tergantung dari tujuan
langkah itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain adalah :
1). Untuk memilih suspensi partikel zat padat.
2). Untuk meramu zat cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol dan
air.
3). Untuk menyebarkan gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung
kecil.
4). Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat
cair lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus.
5). Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan
kumparan atau mantel kalor.
Kadang-kadang pengaduk digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,
misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan zat cair. Dalam bejana hidrogenasi
didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam
keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan atau
mantel. Pengadukan menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu
pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai
semacam sirkulasi.
Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid mixing apparatus dengan
impellernya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam
sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya
kembali ke impeller. Ada dua macam impeller pengaduk, yaitu impeller aliran-
aksial (axial-flow impeller) dan impeller aliran-radial (radial-flow impeller).
Impeller jenis pertama membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller,
dan yang kedua membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial.
Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller: propeller (baling-baling),
dayung (padle), dan turbin (turbine). Masing-masing jenis terdiri lagi atas
berbagai variasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang
dimaksudkan untuk situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat
digunakan untuk menyelesaikan 95% dari semua masalah agitasi zat cair.
2.1. Mechanically Agitated Vessel
2.1.1 Vessel
Vessel biasanya berbentuk tanki silinder vertikal 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 impeller. Diameter vessel
berkisar antara 0,1 meter untuk unit yang kecil hingga 10 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 zat
padat yang terlarut. Bentuk yang sering digunakan adalah bentuk lengkungan
karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga zat padat tidak ada yang terselip
dan akan rata tercampur. Sedangkan jika bentuk kerucut (cone) yang digunakan
makan harus dipastikan bahwa pencampuran dapat dilakukan dengan sempurna
dengan cara menurunkan posisi impeller, Tetapi hal ini akan sangat berbahaya
jika impeller terlalu dekat dengan permukaan dinding vessel terutama jika sampai
bersentuhan akan mengakibatkan alat menjadi rusak.
2.1.2 Baffle
Untuk mencegah terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat
cairan-cairan dengan viskositas rendah diaduk dalam tanki silinder vertikal
dengan impeller yang berada pada pusatnya, maka digunakanlah baffle yang
dipasang pada dinding vessel . Baffle umumnya tidak digunakan pada cairan
dengan viskositas tinggi dimana pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah
yang penting. Pemasangan baffle sendiri tidak berkontak langsung dengan dinding
vessel, tetapi memiliki jarak agar vessel tidak cepat rusak. Baffle dipasang pada
mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle
menaikkan 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 Kebutuhan tenaga pada mechanically agitated system
Proses Tenaga yang digunakan
(HP/1000 gal)
Pengadukan yang sangat tinggi
Emulsifikasi
Disolving padatan
Disolving gas yang sedikit larut
Pengadukan yang tinggi
Perpindahan panas yang cepat
Pengontakan
Pengadukan yang sedang
Disolving gas yang larut (sedang)
Padatan yang tersuspensi
Pencucian
Perpindahan panas yang menengah
Pengadukan yang rendah
Ekstraksi cairan
Kristalisasi
Stirring
Pencampuran
Disolving gas yang dapat larut
15 - 25
10 - 12
3 - 10
1,5 - 2,5
1,5 - 2,0
1,0 - 2,0
1,0 - 1,6
1,0 - 1,5
0,9 - 1,3
0,7 - 1,0
0,8 - 1,2
0,5 - 0,9
0,5 - 0,8
0,5 - 0,8
2.1.3 Impeller
Beberapa tipe impeller, yaitu : propeller, turbin, paddle, anchor, helical
ribbon, helical screw. Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri
vessel (tanki), visikositas cairan agar jenis impeller yang kita gunakan dapat
menghemat biaya produksi.
1. Untuk viskositas yang lebih kecil dari 2000 cP, maka digunakan impeller
dengan tipe propeller.
2. Untuk viskositas antara 2000 cP - 50000 cP, maka digunakan impeller
dengan tipe turbin.
3. Untuk viskositas antara 10000 cP - 1000000 cP, maka digunakan impeller
tope anchor, helical ribbon dan paddle
4. Untuk viskositas diatas 1 juta cP, digunakan pencampuran khusus, seperti
banburg mixer, kneaders, extrudes, sigma mixer dan beberapa tipe lainya.
Jenis-jenis impeller yang lain :
1). The marine type propeller
2). Flat – blade turbine
3). The disk flat – blade turbine
4). The curved – blade turbine
5). The pitched – blade turbine
6). The shrouded turbine
Kecepatan impeller standar yang digunakan untuk kepentingan komersil
(industri) adalah 34, 45, 56, 68, 84, 100, 125, 155, 190, dan 320 rpm. Tenaga yang
dibutuhkan biasanya tidak cukup untuk digunakan secara kontinue untuk
mengatur gerakan steam turbine. Dua kecepatan driver mungkin dibutuhkan pada
saat torques awal sangat tinggi.
Berikut ini akan dijelaskan mengenai macam-macam impeller, yaitu:
1. Propeller
Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat
cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor
penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400
sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair
menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom
zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller
dengan membawa ikut zat cair stagnant yang dijumpainya dalam perjalanannya
itu, dan zat cair stagnant yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang
dibawa kolom arus sebesar itu kalau berasal dari nozzle stasioner. Pola aliran
dalam propeller ini membentuk pola aksial, dimana zat cair akan bergerak sejajar.
Daun-daun propeller merobekkan menyeret zat cair itu. Oleh karena arus aliran
ini sangat gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar karena
kemampuannya sebagai pengaduk.
Propeller yang berputar membuat pola heliks di dalam zat cair, dan jika
tidak tergelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller
akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu, bergantung
dari sudut kemiringan daun propeller. Rasio jarak ini terhadap diameter
dinamakan jarak-bagi (pitch) propeller itu. Propeller yang mempunyai jarak bagi
1,0 disebut mempunyai jarak-bagi bujur-sangkar (square pitch).
2. Paddle
Untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar
yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif.
Kadang-kadang daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertikal saja.
Dayung (paddle) ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai
sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya
gerakan vertikal pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang
terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah.
Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada
satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya
disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring,
sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat.
Dayung (padle) jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator).
Jangkar 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. Jangkar ini biasanya
dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang
biasanya berputar menurut arah yang berlawanan.
Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan
kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeller dayung biasanya antara
50 sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar 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, zat cair
itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi,
tetapi tanpa adanya pencampuran.
3. Turbin
Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada cair
berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang
berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnant dan
merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat zone arus deras yang sangat turbulen
dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial.
Komponen tangensialnya menimbulkan vortex dan arus putar, yang harus
dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeller itu
menjadi sangat efektif.
Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin daun-
lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung vertikal.
Kebanyakan 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. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula
lengkung, boleh bersudut, dan boleh pula vertikal. Impellernya mungkin terbuka,
setengah terbuka, atau terselubung. Diameter impeller biasanya lebih kecil dari
diameter dayung, yaitu berkisar antara 30 sampai 50 persen dari diameter bejana.
Ukuran impeller tergantung pada jenis impeller dan kondisi operasi seperti
yang dijelaskan oleh Reynolds, Froude,and Power sebagai suatu karakteristik
yang saling mempengaruhi. Untuk impeller jenis turbin, perbandingan diameter
dari impeller dan vessel berada pada range, d/D = 0,3 -0,6, harga terendah berada
pada rpm yang tinggi sebagai contih dipersi gas.
Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada :
1). Jenis impeller
2). Karakteristik fluida
3). Ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki, sekat, dan agitator.
Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen,
dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi dari
ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Ketiga komponen itu yaitu :
1). Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros
impeller.
2). Komponen longitudinal, yang bekerja pada arah paralel dengan poros.
3). Komponen tangensial, atau rotasional, yang bekerja pada arah
singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros.
Dalam keadaan biasa, di mana poros itu vertikal, komponen radial dan
tangensial berada dalam satu bidang horisontal, dan komponen longitudinalnya
vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam
memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu
vertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang
menguntungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran
di sekitar poros, dan menimbulkan vortex pada permukaan zat cair, dan karena
adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai
lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu.
Tabel 2.2 Pemilihan jenis impeller berdasarkan pemakaian
Penggunaan Jenis Impeller
Propeller Turbine Paddle
Pencampuran
Dispersi
Suspensi padatan
Reaksi
Dispersi gas
Pengubah panas
Kristalisasi
1
2
2
2
3
2
2
2
1
1
1
1
1
1
3
3
3
3
3
2
1
Keterangan : 1 = Banyak digunakan
2 = Kadang-kadang digunakan
3 = Jarang digunakan
Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat 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.
Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung di sini, tetapi sebaliknya
pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair begerak
menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu
berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi terbatas. Sehingga
efisiensi dari alat pengaduk tersebut rendah
Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh
segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat
cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap,
bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vortex
yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan
gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal
demikian tidaklah dikehendaki.
Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah
dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki
kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit
dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus
terhadap pergeseran itu. Dalam tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya
dipasang di sisi tangki, dengan porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat
sudut dengan jari-jari tangki.
Jenis aliran didalam bejana yang diaduk bergantung pada jenis impeller,
karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan tanki, sekat dan agitator.
Kecepatan fluida pada setiap titik didalam tanki mempunyai tiga komponen dan
pola aliran keseluruhan didalam tanki itu bergantung pada variasi pada ketiga
komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen kecepatan yang pertama
adalah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros
impeller. Komponen kedua adalah komponen longitudinal yang berkerja pada
arah paralel dengan poros. Komponen ketiga ialah komponen tangensial, atau
rasional yang bekerja para arah singgung terhadap lintasan lingkar disekeliling
poros. Dalam keadaan biasa, dimana poros itu vertikal, komponen radial dan
tangensial berada dalam satu bidang horizolntal dan komponen longitudinalnya
vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam
memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu
vertikal dan terletak persis di pusat tanki, komponen tangensial biasanya kurang
mengun- tungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk
lingkaran disekeliling poros, dan menimbulkan vortex pada permukaan zat cair,
karena adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk statifikasi pada
berbagai lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu. Jika di
dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat, arus sirkulasi itu cenderung
melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya sentrifugal ke arah luar, dan dari
situ bergerak kebawah, dan sesampai didasar tanki, lalu ke pusat. Karena itu,
bukannya pencampuran yang berlangsung disini, tetapin sebaliknya, pengumpulan
yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair bergerak menurut arah
gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu berkurang,
dan daya yang dapat diserap zat itu menjadi terbatas. Dalam bejana yang tak
bersekat, aliran putar itu dapat dibangkitkan oleh segala jenis impeller, baik aliran
aksial maupun radial. Jadi, jika putaran zat cair itu cukup kuat, pola aliran di
dalam tanki itu dapat dikatakan tetap bagaimanapun bentuk rancangan impeller.
Pada kecepatan impeller tinggi, vortex yang terbentuk mungkin sedemikian
dalamnya, sehingga mencapai impeller, dan gas dari permukaan zat cair akan
tersedot kedalam zat cair itu. Biasanya hal demikian tidaklah dikehendaki.
Aliran lingkaran (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah
dengan menggunakan salah satu dari tiga cara dibawah ini. Didalam tanki-tanki
kecil, impeller di pasang di luar sumbu tanki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit
dari garis pusat tanki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus
terhadap pergeseran itu. Dalam tanki-tanki yang lebih besar agitator dipasang
disisi tanki, dengan porosnya di bidang horizontal, tetapi membuat sudut dengan
jari-jari tanki.
Pada tanki-tanki besar yang mempunyai agitator vertikal, cara yang paling
baik untuk mengurangi arus putar adalah dengan memasang sekat-sekat atau
baffle yang berfungsi merintangi aliran rotasi tanpa menggangu aliran radial atau
aliran longitudinal. Sekat yang sederhana namun efektif dapat dibuat dengan
memasang bilah-bilah vertikal terhadap dinding tanki. Kecuali untuk tanki yang
sangat besar biasanya empat buah sekat saja sudah memadai untuk mencegah
pembentukan arus putar dan vortex. Bahkan bila terdapat kesulitan memasang
sekat sebanyak itu, satu atau dua sekat saja pun sudah akan memberi pengaruh
besar terhadap pola aliran lingkar. Untuk turbin, lebar sekat yang diperlukan tidak
lebih dari seperdelapanbelas diameter tanki-tanki. Dengan propeler yang dipasang
dari sisi yang miring atau yang tidak ditempatkan di pusat, tidak diperlukan sekat,
sehingga akan lebih menghemat biaya produksi
Jika arus putar sudah dapat dihentikan, pola aliran spesifik dalam bejana
itu sekarang bergantung pada jenis impeller yang dipergunakan. Agitator propeler
biasanya mendorong zat cair kebawah sampai ke dasar tanki, dimana arus itu lalu
menyebar secara radial kesegala arah menuju dinding, lalu mengalir lagi ke atas di
sepanjang dinding dan kembali dihisap oleh propeler bagian atas. Propeler ini
biasanya dipergunakan bila kita menghendaki adanya arus yang kuat, umpama-
nya jika kita hendah menjaga agar partikel-partikel zat padat berada dalam
suspensi. Propeler jarang dipakai bila viskositas zat cair lebih dari kira-kira 50 P.
Turbin dengan daun miring 45o dan mendorong kebawah juga biasa digunakan
untuk mendapatkan arus aksial yang kuat yang diperlukan untuk membuat
suspensi zat padat.
Agitator 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. Satu bagian mengalir ke bawah di
sepanjang dinding dan kembali ke pusat impeller melalui bawah, sedangkan satu
bagian lain mengalir ke atas menuju ke permukaan dan kembali ke impeller dari
atas. Pada tanki tanpa sekat, terdapat aliran tangensial yang kuat serta
pembentukan vortex, walaupun kecepatan porosnya hanya sedang-sedang saja.
Tetapi, bila ada sekat, aliran vertikal itu meningkat, dan pencampuran zat cair pun
berlangsung lebih cepat. Akan tetapi, penambahan sekat pada skala industri akan
menyebabkan masalah baru, yaitu mahalnya biaya produksi.
Pada tanki berbentuk silinder vertikal, kedalaman zat cair harus sama
dengan diameter tanki, atau sedikit lebih besar dari itu. Jika diperlukan kedalaman
yang lebih besar, dapat dipasang dua impeller atau lebih pada satu poros, dimana
masing-masing impeller berfungsi sebagai satu pencampur tersendiri. Masing-
masing impeller membangkitkan dua arus sirkulasi. Impeller yang disebelah
bawah, baik yang jenis turbin maupun propeler, dipasang pada jarak kira-kira
sama dengan diameter impeller dari dasar tanki. Perputaran impeller biasanya
saling bersilangan sehingga terbentuk aliran turbulen.
2.2. Jet Mixer
Pencampuran dalam sebuah vessel; dilakukan untuk viskositas rendah
dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dimana cairan
dengan viskositas tinggi dialirkan kedalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk
mengeluarkan sebagian liquid dari vessel dan dikembalaikan melalui nozzle
melalui vessel. Transfer momentum dari jet viskositas tinggi menuju liquid dalam
vessel menyebabkan aksi pencampuran sirkulasi dalam tanki. Dengan demikian,
jet mixer lebih cocok untuk zat yang memiliki viskositas yang tinggi.
2.3. In-line static Mixer
In-line static mixers digunakan untuk operasi pencampuran dan pelarutan
dalam jumlah yang besar. Sebuah unit tetap diletakkan dalam sebuah pipa dan
pencampur dimasukkan oleh sistem pemompaan. Proses pencampuran ini
memberikan peningkatan dalam produk campuran sebagai jumlah dari elemen
pencampuran yang diulang meningkat. Dalam kasus pelarutan liquid/liquid dan
gas liquid seperti mekanisme diatas tidak berpengaruh dan biasanya operasi
terjadi secara turbulen.
2.4. In-line dynamic Mixer
Untuk operasi pencampuran dimana membutuhkan produksi continue dari
solid yang dilarutkan dan emulsi, In-line dynamic Mixers adalah salah satu bentuk
mixer yang dapat digunakan.
2.5. Mills
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. Mills
dapat digunakan dalam operasi pelarutan dimana pelarutan partikel dilakukan
dengan crushing atau shearing.
2.6. Unit Pelarutan dengan Kecepatan Tinggi
Alat pencampur ini terdiri dari rotor kecepatan tinggi di dalam vessel
dimana fluida dimasukkan ke aksi shearing intensif.
2.7. Valve homogenizers
Unit ini mempunyai bagian pemompaan untuk menyuplai material yang
akan dilarutkan melalui sebuah orifice terkecil. Tekanan tinggi akan diturunkan
mendekati tekanan fluida melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan shear
force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilkan secara kontinu.
2.8. Ultrasonic Homogenizers
Material yang akan diproses dipompakan pada tekanan tinggi (diatas 150
bar) melalui orifice yang didesain secara khusus untuk menghasilkan aliran
dengan kecepatan tinggi melalui sebuah blade yang digoyangkan atau digetarkan
pada frekuensi ultrasonic.
2.9. Extruders
Pelarutan dalam industri plasit biasanya dilakukan dalam extruders. Feed
yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk,
bersama-sama dengan aditif seperti stabilizer, plastizer, pigmen berwarna, dll.
Selama proses dalam extruders dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju kontrol
dari extruders untuk pembentukan.
Parameter yang mempengaruhi klasifikasi agitator:
1. Parameter Proses
a. viskositas rendah
b. kelarutan zat terlarut
c. konduktivitas termal fluida dan zat terlarut jika terjadi
perpindahan panas
d. densitas fluida
e. ukuran partikel solid
2. Parameter Mekanik
a. diameter impeller
b. rotasi impeller per menit
c. bentuk impeller
d. volume vessel
e. bentuk vessel
f. letak agitator terhadap vessel
Pencampuran Solid-Liquid
Bila zat 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. Mendekati suspensi penuh
yaitu suspensi dimana masih terdapat sebagian kecil kelompok-kelompok zat
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. Suspensi penuh atau Suspensi diluar dasar
yaitu seluruh partikel berada dalam keadaan suspensi dan tidak ada didasar
tanki atau tidak berada didasar tanki selama lebih dari 1 atau 2 detik.
Pencampuran Liquid-Liquid
Pencampuran zat cair-cair (misible) didalam tanki merupakan proses yang
berlangsung cepat dalam daerah turbulent. Impeller akan menghasilkan arus
kecepatan tinggi, dan fluida itu mungkin dapat bercampur baik disekitar impeller
karena adanya keturbulenan yang hebat. Pada waktu arus itu melambat karena
membawa ikut zat 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.
Pencampuran Gas-Liquid
Dalam proses pencampuran gas dengan liquid, gas akan tersuspensi dalam
bentuk gelembung-gelembung kecil dengan tekanan tertentu.
BAB III
METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan
1. Satu unit Fluid mixing apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda
dengan baffle dan tanpa baffle.
2. Pasir
3. Air
4. Garam
3.2 Prosedur Percobaan
1. Siapkan Fluid mixing apparatus sehingga dapat digunakan sebagaimana
mestinya.
2. Ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller, dari dasar
vessel, lebah bilah impeller.
3. Masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid mixing apparatus, kemudian
pasang impeller dikehendaki.
4. Hidupkan Fluid mixing apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller
50 rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm. Lakukan secara bergantian.
5. Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikkan kecepatan
putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut.
6. Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan Fluid mixing
apparatus dengan Baffle.
BAB IV
HASIL PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA
Hasil Pengamatan
1. Ukuran Fluid Mixing
BaffleJenis
Impellerrpm Dt Da H W E Jenis Pola Aliran
Tidak
Turbine
100 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
200 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
300 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
400 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm
Ada
100 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
200 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
300 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
400 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial
2. Gambar Pola Aliran Yang Terlihat
Impeller Baffle 100 rpm 200 rpm 300 rpm
TurbineTidak
Turbine Ada
Pengolahan Data
1. Konversikan satuan masing-masing ukuran ke konversi yang sesuai
Diketahui:
Da ( diameter impeller ) = 8 cm = 0,2625 ft
n ( kecepatan putaran impeller ) = 100 rpm = 1,67 rps
= 200 rpm = 3,33 rps
= 300 rpm = 5 rps
= 400 rpm = 6,67 rps
Dt ( diameter tabung ) = 30 cm = 0,9842 ft
W ( lebar daun impeller ) = 4 cm = 0,1312 ft
E ( jarak dasar tabung ke impeller) = 13 cm = 0,4265 ft
H ( tinggi larutan dari dasar tabung ke permukaan ) = 30 cm = 0,9842 ft
L ( panjang daun impeller ) = 5 cm = 0,164 ft
Ditanya: , , , , NRe, dan P
1.1 Hitung perbandingan
1.2 Hitung Reynold Number, NRe setelah itu cari nilai daya Np dari grafik (9-13
atau 9-14) buku OTK jilid 1 sesuaikan dengan pengamatan grafik
Da = 0,08 m
n1= 1,67 rps n2 = 3,33 rps
n3 = 5 rps n4 = 6,67 rps
ρ dicari dengan cara :
Beker kosong = 271 gr
Beker berisi sampel = 710 gr
Massa sampel = 439 gr
Volume beker= (11,5)2 . 5 / 4 cm3
= 1097,5 kg/m3
, asumsi suhu 25 oC, = 8,9 . 10-4 kg/m
( sumber buku Mass- Transfer Operation Bab 6 bagian contoh soal 6.2 hal. 157,
Treyball R.E)
a. n1 = 1,67 rps
NRe = 13.180
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 0,395
b. n = 3,33 rps
NRe = 26.280
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 0,390
c. n = 5 rps
NRe = 39.460
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 0,385
d. n = 6,67 rps
NRe = 59. 147
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 0,375
1.3 Masukkan ke rumus daya
a. n = 1,67 rps, Np = 0,395
P = 0,0066 watt
b. n = 3,33 rps, Np = 0,390
P = 0,052 watt
c. n = 5 rps, Np = 0,385
P = 0,173 watt
d. n = 6,67 rps, Np = 0,375
P = 0,4 watt
1.4 Grafik
BAB IV
PEMBAHASAN
Pada percobaan mengenai fluid mixing ini, kami dapat mengerti mengenai
perbedaan antara pengadukan dan pencampuran. Pengadukan adalah bagian dari
pencampuran. Pengadukan dilakukan untuk mencampurkan dua atau lebih zat
yang memiliki fase yang sama ataupun berbeda agar terjadi reaksi, homogenisasi,
dan lain-lain. Selain itu, kami juga mengetahui pola-pola aliran yang terjadi
selama proses pencampuran tersebut. Pada percobaan ini, kami mencampurkan
pasir, garam dan air dengan menggunakan impeller tipe turbin. Prinsip dari
percobaan ini adalah mencampurkan dua jenis atau lebih senyawa yang berbeda
sehingga diperoleh campuran yang homogen.
Pola aliran sendiri terbagi menjadi dua macam, yaitu pola aliran aksial dan
pola aliran radial. Pola aliran itu sendiri dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu
pemasangan baffle, jenis impeller, letak dari agitatornya serta viskositasnya. Pola
aliran aksial atau sejajar, terjadi jika dalam vessel, tidak dipasang baffle. Sehingga
pola aliran hanya dipengaruhi oleh perputaran impellernya saja. Sedangkan jika
vessel dipasang baffle, maka terbentuklah pola aliran radial. Pada percobaan ini,
kami melakukan pengadukan dua kali. Pertama dengan tidak menggunakan baffle
dan kedua dengan menggunakan baffle. Sehingga kami dapat melihat perbedaan
pola aliran yang terbentuk.
Vessel tanpa baffle menunjukkan pola aliran aksial atau sejajar, karena
aliran zat yang hanya dipengaruhi oleh impellernya saja. Impeller dipasang pada
poros vertikal dan terletak di pusat tanki. Oleh karena itu terbentuklah vortex pada
permukaan zat cair yang mengurangi efisiensi dari vessel tersebut. Dengan
adanya vortex ini, maka mixing menjadi tidak sempurna dikarenakan partikel
mengumpul di tengah vessel sehingga pencampuran lambat terjadi. Semakin cepat
putaran impeller, maka semakin besar dan dalam vortex yang terbentuk.
Vortex umumnya terjadi pada pengadukan zat-zat yang memiliki
viskositas rendah karena cenderung lebih encer. Untuk mencegah vortex terbentuk
jika kita menggunakan tanki silinder vertikal dengan impeller di pusatnya, maka
kami memasang baffle. Pada dasarnya, vortex terjadi karena adanya gaya
sentripetal yang ditimbulkan oleh perputaran poros impeller pada kecepatan tinggi
yang cenderung mengarah ke pusat poros. Dengan adanya baffle ini, maka gaya
sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut dapat dikurangi.
Pemasangan baffle sendiri tidak boleh menyentuh vessel dikarenakan getaran
baffle yang bertabrakan dengan zat cair akan menimbulkan getaran yang dapat
merusak vessel
Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara
kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel. Baffle
umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viskositas tinggi dimana
pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. Baffle dipasang
pada mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle
menaikkan 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.
Selain pemasangan baffle, ada beberapa cara yang dipakai untuk
menjadikan pola aliran aksial menjadi radial, diantaranya dengan menambah
jumlah impeller dan mengubah letak agitator menjadi miring, tidak berpusat pada
poros vertikal. Dari beberapa cara tersebut, cara yang paling tidak efisien adalah
baffle. Hal ini dikarenakan baffle tidak ekonomis dan diperlukan pembersihan
baffle dengan cara dikeluarkan dari vessel. Hal tersebut sangat membuang waktu
sehingga jarang dipakai untuk industri yang besar. Jika kita menambah jumlah
impeller, jumlah energi yang kita butuhkan akan semakin banyak dan akan
meningkatkan biaya produksi. Jadi, yang paling efektif yaitu mengubah letak
agitator menjadi miring sehingga vortex dapat dikurangi, dan tidak diperlukan
biaya tambahan dan dapat meminimalisasi biaya produksi.
Pada praktikum ini, dilakukan beberapa simulasi mixing dengan
mempergunakan berbagai variasi kecepatan dengan interval antara 100 – 300 rpm.
Berdasarkan pengamatan terlihat bahwa semakin besar kecepatan maka
kecenderungan terbentuknya vortex semakin tinggi pula. Pada praktikum ini, kami
hanya memakai impeller tipe turbin. Pada sistem berpengaduk turbin,
memberikan bentuk aliran yang menyebar ke arah dinding silinder kemudian
bergerak ke dasar silinder kemudian naik lagi ke arah impeller, dan penambahan
kecepatan berakibat pada penumpukan partikel sehingga sulit terjadi homogenitas.
Pada percobaan ini, kita menggunakan pasir sebagai parameter untuk
melihat pola aliran yang terjadi. Jumlah pasir yang digunakan akan berpengaruh
pada hasil pengamatan (secara kasat mata) terhadap bentuk dan pola aliran yang
sedang diaduk. Jika pasir yang digunakan terlalu sedikit, maka pola aliran yang
terbentuk tidak terlihat secara jelas.
BAB VI
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan ayng dilakukan dapat ditarik kesimpulan antara lain :
1. Pengadukan menggunakan impeller, menyebabkan aliran aksial
2. Pengadukan merupakan cara untuk mencampurkan dua zat atau lebih agar
terbentuk homogenisasi.
3. Semakin cepat pengadukan, maka semakin besar vortex yang terbentuk
4. Kerugian akibat adanya vortex, pencampuran lambat terjadi, harus
menggunakan kecepatan pengadukan yang tinggi, pengadukan tidak homogen
karena partikel mengumpul di tengah vessel
5. Jika densitas dan viskositas cairan lebih kecil maka yang terjadi vortex yang
terbentuk lebih besar
6. Pengadukan dengan baffle dapat merendam vortex yang terbentuk
7. Pengadukan dengan propeller menyebabkan vortex lebih kecil bila
dibandingkan dengan menggunakan turbine.
DAFTAR PUSTAKA
Perry, RH and Chiton, CH,1984, “ Chemical Engineering Hand Book, “ 7 th edition, Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd. Tokyo.
Robert E. Treyball, 1987, “ Mass Transfer Operation, “ 3 rd edition, Mc. Graw Hill Book Company, New York.
Warren L. Mc. Cabe, Julian c. Smith, dan Peter Harriot, 1993 “ Operasi Teknik Kimia “, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson, 1984, “Fundamental of Momentum, Heat, and Mass Transfer “, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New York