Upload
bahiyah-shahab
View
78
Download
19
Embed Size (px)
DESCRIPTION
OTK
Citation preview
LAPORAN TETAP
LABORATORIUM UNIT OPERASI
FLUID MIXING
OLEH :
KELOMPOK IV
1. Muhamad Saputra 03111003011
2. Bahiyah 03111003027
3. Dimasqi Taufik 03111003029
4. Dede Hadi Widianto 03111003031
5. Jesica Novita 03111003044
6. Soraya Rizky Ananda 03111003068
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2014
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pencampuran merupakan salah satu proses yang sangat penting dan
mendasar dalam industri kimia. Hal ini dikarenakan banyak sekali proses pada
industri kimia yang melibatkan pencampuran sebagai prinsip dasar proses
tersebut. Pencampuran (mixing) adalah proses yang menyebabkan tercampurnya
suatu bahan ke bahan lain dengan bahan-bahan tersebut terpisah dalam fasa yang
berbeda. Dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan
menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi,
sementara tidak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, sifat kimia suatu
pencampuran seperti titik lelehnya dapat menyimpang dari komponennya.
Pencampuran dapat dipisahkan menjadi komponen aslinya secara mekanis.
Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen.
Tujuan dari proses pencampuran yaitu mengurangi ketidaksamaan atau
ketidakrataan dalam komposisi, temperatur, atau sifat-sifat lain yang terdapat
dalam suatu bahan atau terjadinya homogenisasi, kebersamaan dalam setiap titik
dalam pencampuran. Dampak dari hasil pencampuran adalah terjadinya
homogenitas, kebersamaan dalam setiap titik dalam pencampuran. Dampak dari
hasil pencampuran adalah terjadinya keadaan serba sama, terjadinya reaksi kimia,
terjadinya perpindahan panas, dan perpindahan massa. Dan dampak tersebut
merupakan tujuan akhir dari suatu proses pencampuran.
Dalam praktek, operasi mixing hampir selalu multi fungsi yaitu ketika
proses dilakukan didalam tangki berpengaduk mekanis, pengaduk menjalankan
banyak tugas, sebagai contoh dalam tangki kristalisasi harus memperhatikan bulk
blending, heat transfer dan suspense kristal.
1.2. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah prinsip dan cara kerja fluid mixing apparatus?
2. Apa saja faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran?
3. Bagaimanakah pengaruh penggunaan baffle dalam proses pencampuran?
4. Apa aplikasi fluid mixing dari skala industri, skala menengah dan skala lab?
1.3. Tujuan
1. Memahami prinsip dan cara kerja fluid mixing apparatus.
2. Mengetahui aplikasi dari fluid mixing apparatus.
3. Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran.
4. Mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran.
1.4. Manfaat
1. Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh dua buah
impeller (Propeller dan turbin).
2. Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda,
seperti padatan yang digunakan, viskositas cairan, kecepatan putaran impeller,
dan lain sebagainya.
3. Dapat mengetahui perbedaan yang terjadi pada pencampuran liquid yang
menggunakan baffle dan tidak menggunakan baffle (tidak terbentuk vortex dan
terbentuk vortex).
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mixing
Pencampuran atau mixing merupakan proses mencampurkan satu atau
lebih bahan yang menyebabkan distribusi acak suatu bahan ke bahan lainnya,
pada awalnya bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fase atau lebih. Hal ini
bertujuan untuk membuat suatu derajat keseragaman tertentu. Derajat
keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan pencampuran yaitu
keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih, keseragaman
temperatur, atau keseragaman fisik. Pencampuran fasa cair merupakan hal yang
cukup penting dalam berbagai proses kimia. Pencampuran fasa cair dapat dibagi
dalam dua kelompok. Pertama, pencampuran antara cairan yang saling tercampur
(miscible), dan kedua adalah pencampuran antara cairan yang tidak tercampur
atau tercampur sebagian (immiscible). Proses pencampuran dalam fasa cair
dilandasi oleh mekanisme perpindahan momentum di dalam aliran turbulen. Pada
aliran turbulen, pencampuran terjadi pada 3 skala yang berbeda, yaitu:
1. Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow) yang
disebut mekanisme konvektif.
2. Pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan
jatuh ke dalam medan aliran akibat adanya gaya gravitasi yang dikenal sebagai
eddies, sehingga mekanisme pencampuran ini disebut eddy diffusion.
3. Pencampuran dikarenakan oleh gerakan molekular yang merupakan
mekanisme pencampuran difusi.
Ketiga mekanisme ini terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling
menentukan adalah eddy diffusion. Meskipun eddy diffusion merupakan
pergerakan yang paling penting di antara ketiga pergerakan lainnya. Namun,
kedua pencampuran lainnya juga turut mempengaruhi keoptimalan dari proses
pencampuran. Mekanisme-mekanisme yang terjadi ini akan membedakan
pencampuran dalam keadaan turbulen daripada pencampuran dalam medan aliran
laminer.
Pengadukan atau agitation adalah proses yang menciptakan gerakan dari
bahan yang diaduk seperti molekul-molekul yang bergerak atau komponennya
menyebar yang gerakannya mempunyai semacam pola aliran sirkulasi.
Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industri
kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk
mengurangi ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas,
temperatur dan lain-lain.
Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting, tidak
hanya menentukan derajat homogenitas yang dapat dicapai, tapi juga
memengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak
tepat dapat menyebabkan konsumsi energi berlebihan dan merusak produk yang
dihasilkan. Salah satu peralatan yang menunjang keberhasilan pencampuran ialah
pengaduk.
Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk
mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu:
1) untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multi
fase multi komponen.
2) untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian
dari sistem yang tidak seragam.
3) untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multi komponen dengan atau
tanpa perubahan komposisi.
2.2. Macam-macam Pencampuran
Pencampuran dapat terjadi di antara sistem campuran bahan-bahan yang
terbentuk padatan, cairan, dan gas. Sistemnya dapat berupa padat-padat, padat-
cair, padat-gas, cair-cair, cair-gas, dan gas-gas.
2.2.1. Pencampuran Padat-Padat
Pencampuran zat padat-padat merupakan pencampuran dua atau lebih dari
bahan padat banyak dijumpai yang akan menghasilkan produk komersial industri
kimia. Contohnya seperti pencampuran bahan pewarna dengan bahan pewarna
lainnya atau dengan bahan penolong untuk menghasilkan nuansa warna tertentu
atau warna yang cemerlang.
2.2.2. Pencampuran Padat-Cair
Bila zat padat disuspensikan ke dalam tangki yang diaduk secara merata
menggunakan suatu peralatan pengaduk, terdapat beberapa cara untuk
mendefinisikan kondisi suspensi itu. Proses yang berbeda akan memerlukan
derajat suspensi yang berlainan pula karena itu perlu digunakan definisi yang tepat
dan korelasi yang semestinya ketika merancang atau dalam penerapan ke skala
besar.
a) Mendekati suspensi penuh yaitu suspensi di mana masih terdapat sebagian
kecil kelompok-kelompok zat padat yang terkumpul di dasar dan pinggir
tangki.
b) Partikel bergerak penuh yaitu seluruh partikel berada dalam suspensi atau
bergerak di sepanjang dasar tangki.
c) Suspensi penuh atau suspensi di luar dasar yaitu seluruh partikel berada dalam
keadaan suspensi dan tidak ada di dasar tangki atau tidak berada di dasar
tangki selama lebih dari 1 atau 2 detik.
2.2.3. Pencampuran Padat-Gas
Pencampuran bahan padat dengan gas terjadi, misalnya pada proses
pengeringan, pemanggangan, ataupun pembakaran bahan-bahan padat. Permukaan
kontak bahan padat dengan gas selalu diusahakan seluas mungkin. Untuk maksud
ini bahan padat dialiri, ditembus atau dihanyutkan oleh gas, disemprotkan atau
difluidisasikan. Zat yang digunakan untuk tujuan ini seringkali dikenal dengan
bejana unggun terfluidisasikan.
2.2.4. Pencampuran Cair-Cair
Pencampuran zat cair-cair (miscible) di dalam tangki merupakan proses
yang berlangsung dengan sangat cepat dalam daerah turbulen. Impeller akan
menghasilkan arus kecepatan tinggi dan fluida itu mungkin dapat bercampur
dengan baik di sekitar impeller karena adanya aliran turbulensi yang realtif hebat.
Pada waktu arus itu melambat karena membawa serta zat cair yang lain dan
mengalir di sepanjang dinding, terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran-
pusaran besar pecah menjadi kecil, tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada
arah aliran.
2.2.5. Pencampuran Cair-Gas
Dalam proses pencampuran gas dengan cairan, gas akan tersuspensi dalam
bentuk gelembung-gelembung kecil dengan tekanan tertentu. Sama seperti
pencampuran gas-padat, proses ini jarang dilakukan. Pencampuran ini misalnya
digunakan pada alat pengering sembur, pembakaran minyak pada menara-menara
linang (trickled tower). Persoalan dalam pencampuran ini umumnya ialah
bagaimana mendistribusikan cairan secara merata kedalam gas yang mengalir
kontinyu. Pada pencampuran gas dengan cairan akan terjadi tetesan ataupun
kabut.
2.2.6. Pencampuran Gas-Gas
Pencampuran gas dengan gas lain terutama dilakukan pada pembuatan
campuran bahan bakar yang berbentuk gas dalam alat pembakar dengan gas
(misalnya campuran bahan bakar-udara). Metode terpenting untuk mencampur gas
dengan gas adalah pencampuran dengan alat semprot atau injektor.
2.3. Jenis Pengadukan
Berdasarkan metodenya, pengadukan dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu
pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan pneumatis.
1. Pengadukan mekanis adalah metode pengadukan menggunakan alat pengaduk
berupa impeller yang digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Umumnya
pengadukan mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung pengaduk
(impeller).
2. Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan gerakan air
sebagai tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini menggunakan energi
hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa
energi gesek, energi potensial, atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu
aliran.
3. Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas)
berbentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air sehingga menimbulkan
gerakan pengadukan pada air. Injeksi udara bertekanan ke dalam suatu badan
air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke
permukaan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang
dihasilkan makin besar dan turbulensi pun juga besar.
2.4. Kecepatan Pengaduk
Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran
adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Secara umum klasifikasi
kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang
dan tinggi.
1. Kecepatan putaran rendah
Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm.
Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,
lumpur yang terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.
Jenis pengaduk ini menghasilkan pergerakan batch yang sempurna dengan
sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau
mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.
2. Kecepatan putaran sedang
Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm.
Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental
dan minyak pernis.
3. Kecepatan putaran tinggi
Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk
dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas
rendah misalnya air.
2.5. Mechanically Agitated Vessel
Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid mixing apparatus dengan
impellernya. Impeller inilah yang membangkitkan pola aliran di dalam sistem
yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana.
2.5.1. Vessel
Vessel biasanya berbentuk tangki silinder vertikal yang nantinya diisikan
fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tangki. Diameter vessel
berkisar antara 0,1 meter untuk unit yang kecil hingga 10 meter ataupun lebih
untuk instalasi industri besar. Dalam beberapa sistem pengontakan gas atau cairan
yang memiliki kedalaman cairan sekitar 3 kali diameter tangki, maka akan
digunakan banyak impeller.
Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip
(kerucut) tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengurasan atau pada zat
padat yang terlarut. Namun, bentuk yang sering digunakan adalah bentuk
lengkungan karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga zat padat tidak ada
yang terselip dan akan tercampur rata. Sedangkan jika bentuk kerucut (cone) yang
digunakan maka 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.
2.5.2. Baffle
Penggunaan Baffle yang dipasang pada dinding vessel bertujuan untuk
mencegah terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat cairan-cairan
dengan viskositas rendah diaduk dalam tangki silinder vertikal dengan impeller
yang berada pada pusatnya,
Tabel 2.1. Kebutuhan Tenaga Pada Mechanically Agitated System
ProsesTenaga 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
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
Pengadukan yang rendah:
Ekstraksi cairan
Kristalisasi
Stirring
Pencampuran
0,7-1,0
0,8-1,2
0,5-0,9
0,5-0,8
Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama sekitar 1-10
dari diameter tangki, sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle
dengan dinding vessel. Baffle dipasang pada mixing vessel untuk menambah
turbulensi dan umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viskositas tinggi
sehingga pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. 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.
2.5.3. Impeller
Impeller merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran
fluida yang sudah terpasang. Impeller biasanya terbuat dari perunggu,
polikarbonat, besi tuang atau stainless steel. Impeller berfungsi membangkitkan
pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam
bejana untuk akhirnya kembali ke impeller. Dari segi bentuknya, ada tiga jenis
impeller, yaitu: 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 kondisi-kondisi tertentu, namun
ketiga jenis ini dapat digunakan untuk menyelesaikan 95 persen dari semua
masalah agitasi zat cair. Penggunaan impeller di atas tergantung pada geometri
vessel (tangki, viskositas cairan):
a. Untuk viskositas yang <2000 cp, maka digunakan impeller dengan tipe
propeller.
b. Untuk viskositas antara 2000 cp-50.000 cp, maka digunakan impeller dengan
tipe turbin.
c. Untuk viskositas antara 100.000 cp-1.000.000 cp maka digunakan impeller
dengan tipe paddles
d. Untuk viskositas >1.000.000 cp maka digunakan impeller pencampuran khusus
seperti banburg mixer, kneaders, extrudes, digunakan sigama mixer, dan tipe
lain.
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 kontinyu untuk
mengatur gerakan steam turbin. 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 yang digunakan untuk kecepatan pengadukan
tinggi dengan arah aliran aksial. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan
yang memiliki viskositas rendah dan tidak bergantung pada ukuran serta bentuk
tangki. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu
1.150 atau 1.750 rpm, sedangkan propeller besar berputar pada 400 sampai 800
rpm. Putaran propeller membuat pola helix di dalam zat cair dan satu putaran
penuh 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
Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses
pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu,
horizontal atau vertikal, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada
aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle. Posisi daunnya
vertikal, walaupun terkadang juga dapat dibuat miring. Pengaduk ini
menimbulkan aliran arah 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.
Dayung jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator). Jangkar
ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada
permukaan penukar kalor, seperti dalam bejana proses bermantel, tetapi tidak
terlalu efektif sebagai alat pencampur. Dalam industri, agitator dayung
biasanya memiliki kecepatan putaran antara 20 dan 150 rpm dengan 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. Turbine
Istilah turbine diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa
memandang rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turbine
merupakan pengaduk dengan sudu tegak datar dan bersudut konstan. Turbin
biasanya efektif untuk jangkauan viskositas yang cukup luas. Pada cairan
berviskositas rendah, turbin menimbulkan arus yang sangat deras yang
berlangsung pada bejana. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat,
arus dan geseran yang kuat antar fluida. Arus utamanya bersifat radial dan
tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vorteks dan arus putar,
yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar
impeller itu menjadi sangat efektif. Beberapa di antara 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 dapat
berbentuk lurus, lengkung, bersudut, dan juga 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.
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.
Gambar 2.1. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Di Tengah Vessel Tanpa Baffle
Gambar 2.2. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Di Tengah Vessel dengan Baffle,
Pola Aliran Aksial
Gambar 2.3. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Di Tengah Vessel dengan Baffle,
Pola Aliran Radial
Gambar 2.4. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Tidak Pada Posisi Di Tengah Vessel
Gambar 2.5. Posisi Agitator Pada Vessel
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 vorteks pada permukaan zat cair, dan karena
adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai
lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu.
Pengadukan pada kecepatan tinggi ada kalanya mengakibatkan pola aliran
melingkar di sekitar pengaduk. Gerakan melingkar tersebut dinamakan vorteks.
Vorteks dapat terbentuk di sekitar pengaduk ataupun di pusat tangki yang tidak
menggunakan baffle. Fenomena ini tidak diinginkan dalam industri karena
beberapa alasan. Pertama kualitas pencampuran buruk meski fluida berputar
dalam tangki. Hal ini disebabkan oleh kecepatan sudut pengaduk dan fluida sama.
Kedua udara dapat masuk dengan mudahnya ke dalam fluida karena tinggi fluida
di pusat tangki jatuh hingga mencapai bagian atas pengaduk. Ketiga, adanya
vorteks akan mengakibatkan naiknya permukaan fluida pada tepi tangki secara
signifikan sehingga fluida tumpah.
2.6. Jenis-jenis Mixer
2.6.1. Jet Mixer
Pencampuran dalam sebuah vessel dilakukan untuk viskositas rendah
dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dengan cairan
dengan viskositas tinggi dialirkan kedalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk
mengeluarkan sebagian cair dari vessel dan dikembalikan melalui nozzle melalui
vessel. Transfer momentum dari jet viskositas tinggi menuju liquid dalam vessel
menyebabkan aksi pencmpuran sirkulasi dalam tangki.
2.6.2. 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. Untuk kasus pencmpuran liquid
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.
Dalam kasus pelarutan cair-cair dan cair-gas seperti mekanisme di atas tidak
berpengaruh dan biasanya operasi terjadi secara turbulen.
2.6.3. In-Line Dynamic Mixer
Operasi pencampuran membutuhkan produksi kontinyu dari padatan yang
dilarutkan dan emulsi, in-line dynamic mixers adalah salah satu bentuk mixer yang
dapat digunakan. Alat ini terdiri dari sebuah rotor dengan spin adalah kecepatan
tinggi di dalam sebuah casing dan umpan material dipompakan secara continue
menuju unit. Di dalam casing, shear force fluida yang tinggi digunakan pada
operasi pelarut.
2.6.4. Mills
Beberapa kegiatan kimia termasuk pelarutan padatan 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 dengan pelarutan partikel dilakukan
dengan crushing atau shearing.
2.6.5. Unit Pelarutan dengan Kecepatan Tinggi
Tipe peralatan ini serupa dengan in-line dynamic mixer, tetapi dalam kasus
ini alat digunakan dalam sebuah vessel. Alat pencampur ini terdiri dari
rotor kecepatan tinggi di dalam vessel dengan fluida dimasukkan ke aksi shearing
intensif.
2.6.6. Extruders
Pelarutan dalam industri plastik biasanya dilakukan dalam extruders. Feed
yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk,
bersama-sama dengan aditif seperti stabilizer, plastizer, pigmen berwarna, dan
lain-lain. Selama proses dalam extruders dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju
kontrol dari extruders untuk pembentukan.
BAB III
METODOLOGI
3.1. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah:
Satu unit Fluid Mixing Apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda
dengan baffle dan tanpa baffle.
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
1. Pasir
2. Air
3. 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,
lebar 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
4.1. Ukuran Fluid Mixing
BaffleJenis
Impeller
Rp
mDt Di H W E Pola Aliran
Tidak
ada
Turbin
125 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14
cmRadial
225 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14
cmRadial
325 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14
cmRadial
Ada
125 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14
cmRadial
225 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14
cmRadial
325 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14
cmRadial
4.2. Gambar Pola Aliran yang Terlihat
BaffleJenis
Impeller125 rpm 225 rpm 325 rpm
Tidak
adaTurbin
Ada
4.3. Perhitungan
1. Jenis impeller yang digunakan adalah tipe disc-flat turbine.
Gambar 4.1. disc-flat turbine
2. Konversikan satuan masing-masing ukuran ke satuan yang sesuai:
a. Dt (diameter tabung) = 30 cm = 0,9843 ft
b. Di (diameter impeller) = 15 cm = 0,4921 ft
c. rpm (kecepatan putaran impeller) = 125 rpm = 2,0833 rps
= 225 rpm = 3,7500 rps
= 325 rpm = 5,4167 rps
d. H (tinggi larutan dari dasar tabung ke permukaan) = 22 cm = 0,7218 ft
e. W (lebar daun impeller) = 4,6 cm = 0,1509 ft
f. E (jarak dasar tabung ke impeller) = 14 cm = 0,4593 ft
g. L (panjang daun impeller) = 8 cm = 0,2625 ft
3. Perbandingan Di/Dt, E/Di, L/Di, dan W/Di:
DiDt
= 0,49210,9843
=0,4999
EDi
= 0,45930,4921
=0,9333
LDi
= 0,26250,4921
=0,5334
WDi
= 0,15090,4921
=0,3066
4. Perhitungan Reynold Number (NRe) dan nilai daya (Np):
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
………………………………...(1)
Di = 0,15 m
rpm1 = 2,0833 rps
rpm2 = 3,7500 rps
rpm3 = 5,4167 rps
Asumsi temperatur 25oC:
μ = 8,9. 10-4 kg/m
Perhitungan ρ:
Massa Beker kosong = 271 gr
Massa Beker berisi sampel = 710 gr
Massa sampel = 439 gr
Volume beker = 400 m3
ρ sampel = mV
ρ sampel = 439 gr
400 m3 = 1,0975 gr/m3 = 1097,5 kg/m3
a. Tidak ada baffle
rpm1 = 2,0833 rps
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
N ℜ=(0,15 m)2 .2,0833 rps .1097,5 kg/m3
8 , 9. 10−4 kg/m
N ℜ=5,7803. 104
rpm2 = 3,7500 rps
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
N ℜ=(0,15 m)2 .3,7500 rps .1097,5 kg/m3
8 , 9. 10−4 kg/m
N ℜ=10,4046. 104
rpm3 = 5,4167 rps
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
N ℜ=(0,15 m)2 .5,4167 rps . 1097,5 kg/m3
8 , 9. 10−4 kg/m
N ℜ=15,0291. 104
Perhitungan nilai Np dapat menggunakan grafik 6.5 dengan garis (g)
untuk impeller berupa flat-blade turbines tanpa baffle berikut ini:
(Sumber: Figure 6.5 Buku Mass- Transfer Operation Chapter 6. Treyball R.E.)
rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104
Np = 1
rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104
Np = 0,8
rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104
Np = 0,76
b. Ada baffle
rpm1 = 2,0833 rps
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
N ℜ=(0,15 m)2 .2,0833 rps .1097,5 kg/m3
8 , 9.10−4 kg/m
N ℜ=5,7803. 104
rpm2 = 3,7500 rps
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
N ℜ=(0,15 m)2 .3,7500 rps .1097,5 kg/m3
8 , 9.10−4 kg/m
N ℜ=10,4046. 104
rpm3 = 5,4167 rps
N ℜ=Di
2 .rpm . ρμ
N ℜ=(0,15 m)2 .5,4167 rps . 1097,5 kg/m3
8 , 9.10−4 kg/m
N ℜ=15,0291. 104
Perhitungan nilai Np dapat menggunakan grafik 6.5 dengan garis (b)
untuk impeller berupa flat-blade turbines dengan baffle berikut ini:
(Sumber: Figure 6.5 Buku Mass- Transfer Operation Chapter 6. Treyball R.E.)
rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104
Np = 4
rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104
Np = 4
rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104
Np = 4
5. Perhitungan daya:
P = Np . rpm3 . Di5 . ρ
gc
a. Tidak ada baffle
rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104, Np = 1
P = 1.2,0833 rps3 .0,15 m5 .1097,5 kg/m3
1
P = 0,7536 watt
rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104, Np = 0,8
P = 0,8.3,7500 rps3 . 0,15 m5 . 1097,5 kg/m3
1
P = 3,5160 watt
rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104 , Np = 0,76
P = 0,76.5,4167 rps3 . 0,15m5 .1097,5 kg/m3
1
P = 10,0665 watt
b. Ada baffle
rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104, Np = 4
P = 4. 2,0833 rps3 . 0,15 m5 .1097,5 kg /m3
1
P = 3,0142 watt
rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104, Np = 4
P = 4.3,7500 rps3 . 0,15m5 .1097,5 kg /m3
1
P = 17,5798 watt
rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104 , Np = 4
P = 4. 5,4167 rps3 . 0,15 m5 .1097,5 kg /m3
1
P = 52,9816 watt
6. Grafik daya vs kecepatan putaran:
a. Tidak ada baffle
125 225 3250
2
4
6
8
10
12
Grafik Daya vs Kecepatan Putaran
Kecepatan Putaran (rpm)
Daya
(watt
)
b. Ada Baffle
125 225 3250
10
20
30
40
50
60
Grafik Daya vs Kecepatan Putaran
Kecepatan Putaran (rpm)
Daya
(watt
)
BAB V
PEMBAHASAN
Fluid Mixing Apparatus ialah serangkaian alat yang terdiri dari vessel,
agitator, impeller, serta baffle yang digunakan untuk menunjukkan prinsip kerja
dari proses pencampuran dan pengadukan. Dari praktikum ini, praktikan dapat
lebih memahami perbedaan antara pencampuran dan pengadukan. Kedua proses
ini memiliki keterkaitan satu sama lain. Pencampuran ialah pendistribusian acak
suatu bahan ke bahan lainnya, sedangkan pengadukan ialah proses menciptakan
gerakan yang membuat partikel atau molekul dalam bahan bergerak dan
membentuk semacam pola sirkulasi. Untuk mencapai pencampuran yang
homogen, dilakukanlah pengadukan. Jadi, pengadukan merupakan bagian dari
pencampuran. Vessel atau biasa dikenal dengan tanki memiliki fungsi sebagai
wadah terjadinya pencampuran. Alat ini memiliki beragam jenis, seperti vessel
dengan dasar berbentuk datar, lengkungan, dan kerucut.
Dalam praktikum ini, digunakan vessel berbentuk silinder transparan
dengan dasar yang datar. Bagian lain dari rangkaian ini ialah agitator, alat
pengaduk campuran yang bagian bawahnya dihubungkan dengan impeller.
Impeller merupakan cakram yang biasanya terbuat dari logam dan berfungsi untuk
membentuk pola aliran dalam suatu pencampuran. Ada 3 macam impeller yang
biasa digunakan, terbagi berdasarkan tingkat viskositas dari campurannya. Jenis
pertama ialah propeller yang berbentuk baling-baling dan digunakan untuk
campuran dengan viskositas < 2.000 cp. Jenis kedua ialah turbine yang digunakan
untuk campuran yang berviskositas antara 2.000 cp hingga 50.000 cp, serta yang
terakhir ialah paddle, impeller berbentuk dayung untuk viskositas campuran
dengan range antara 100.000 cp dan 1.000.000 cp. Sedangkan, jika ingin
mencampurkan bahan dengan viskositas lebih tinggi, yaitu > 1.000.000 cp,
digunakan impeller khusus seperti mixer yang sering digunakan dalam rumah
tangga. Feed yang digunakan dalam praktikum kali ini ialah campuran air, garam,
dan pasir yang memiliki viskositas sedang sehingga impeller yang digunakan
ialah jenis turbine. Alat terakhir dalam apparatus ini ialah baffle. Alat ini bersifat
optional tergantung pada kebutuhan proses. Baffle berfungsi untuk mencegah
terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat pengadukan dengan cara
mengurangi gaya sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut..
Biasanya, baffle digunakan untuk campuran yang berviskositas rendah seperti air,
karena potensi terbentuknya vortex yang cukup besar.
Ruang udara (vortex) merupakan suatu hal yang merugikan. Hal ini
dikarenakan vortex dapat membuat mixing menjadi tidak sempurna karena
partikel mengumpul di tengah vessel sehingga pencampuran lambat terjadi, tinggi
fluida pada tepi tanki mengalami kenaikan sehingga menyebabkan ia dapat
tumpah, serta masuknya udara dengan mudah karena tinggi fluida pada pusat
tanki jatuh hingga mencapai bagian atas impeller. Ada beberapa cara yang dapat
digunakan untuk meminimalisir terjadinya vortex, antara lain mengubah posisi
agitator yang semula tegak lurus dengan dasar tabung menjadi miring dengan
sudut 45-60 o dari dasar tabung, memosisikan agitator tidak pada pusat vessel,
namun di bagian kanan atau kiri, memasang agitator dari samping vessel hingga
sejajar dengan dasar tabung, serta dengan menggunakan baffle. Meskipun
penggunaan baffle dapat mencegah vortex, namun membutuhkan energi yang
lebih besar serta sulit untuk dibersihkan sehingga dalam kesehariannya jarang
dipakai untuk industri yang besar. Praktikum dilakukan beberapa kali dengan
variasi dalam kecepatan putaran dan dengan ada atau tidaknya baffle.
Dari pengamatan terlihat bahwa pola radial terbentuk jika mixing
dilakukan dalam vessel tanpa baffle, sedangkan untuk vessel dengan baffle pola
aliran fluida yang terbentuk bukan hanya radial namun juga aksial. Setelah
melakukan percobaan dan perhitungan data diperoleh nilai reynold dan daya yang
dibutuhkan untuk masing-masing variasi kecepatan. Semakin tinggi nilai rpm,
maka nilai reynoldnya semakin besar yang berarti aliran fluida semakin turbulen,
dan daya yang dibutuhkan akan semakin besar pula. Sedangkan jika ditinjau dari
segi penggunaan baffle, variasi kecepatan putaran tidak berpengaruh untuk nilai
reynoldnya, namun sangat berpengaruh pada daya yang dibutuhkan. Semakin
cepat putaran impeller, maka daya yang dibutukan akan semakin besar pula untuk
mixing dalam vessel dengan baffle.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Prinsip dan cara kerja Fluid Mixing Apparatus adalah mencampurkan suatu
zat yang memiliki fase berbeda yang terdiri antara dua fase atau lebih yang
tidak bercampur (terpisah), dimana pada proses pencampuran ini terbentuk
pola aliran.
2. Pemilihan jenis impeller perlu diperhatikan jenis fluida, viskositas fluida,
diameter bejana (vessel), ukuran partikel solid.
3. Pada proses pencampuran sering terbentuk vortex (rongga udara) yang sangat
mempengaruhi hasil pencampuran, dimana jika terbentuk vortex maka
homogenitas pada pencampuran tidak tercapai.
4. Mencegah terbentuknya vortex pada proses pencampuran perlu ditambahkan
baffle (sekat), dimana baffle sangat mempengaruhi pola aliran pada proses
pencampuran dan dapat mempercepat proses pencampuran. Oleh karena itu
baffle hanya boleh dipakai untuk fluida yang memiliki viskositas rendah.
5. Kerugian menggunakan baffle yaitu energi yang diperlukan pada proses
pencampuran cukup besar dan pembersihan alat sangat diperhatikan.
5.2. Saran
Pada percobaan ini perlu diperhatikan jenis fluida yang akan dicampurkan
dengan impeller yang digunakan dimana kedua hal tersebut saling berkaitan.
Faktor kecepatan pengadukan juga perlu diperhatikan tergantung viskositas dari
fluida yang digunakan agar percampuran dapat berlangsung dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
Alam, Bahrul. 2012. Impeller. http://nikball.blogspot.com/2012/03/impeller.html.
(online) Diakses 1 Maret 2014.
Gustiayu S, Brilliant., RatnaS, Ayu., Nurtono, Tantular., Winardi, Sugeng.2012.
Simulasi Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk menggunakan Side-
Entering Impeller untuk Suspensi Padat-Cair. JURNAL TEKNIK
POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-
paper-25884-2308100074-Paper.pdf (online) Diakses 1 Maret 2014.
Perry, RH and Chiton, CH. 1984. Chemical Engineering Hand Book 7 th edition.
Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd: Tokyo.
Reynolds, Ton D. dan Richards, Paul, A. Unit Operations and Processes in
Environmental Engineering, 2nd edition , PWS Publishing Company, Boston
1996.
Saputra, Satriya. 2013. Pencampuran (MIXING).http://satriyasaputra.blogspot.-
com/2013/09/pencampuran-mixing.html. (online) Diakses 1 Maret 2014.
Treyball, Robert E. 1987. Mass Transfer Operation 3 rd edition. Mc. Graw Hill
Book Company: New York.
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.