agitasi dan mixing
TRANSCRIPT
LABORATORIUM SATUAN OPERASI
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013
MODUL : Pengadukan dan Pencampuran
PEMBIMBING : Rintis Manfaati, S.T.
Oleh :
Kelompok : V (lima)
Nama : 1. Hana Afifah Rahman NIM.111411045
2. Yudha Fitriansyah NIM.111411059
Kelas : 2B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
Praktikum : 25 April 2013Penyerahan : 2 Mei 2013(Laporan)
PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN
(AGITATION AND MIXING)
I. TUJUAN1) Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dala tangki
2) Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk
3) Mencampur dua cairan yang saling melarut
4) Melarutkan padatan dalam cairan
II. DASAR TEORI
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan
yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya
menyebar (terdispersi). Pencampuran adalah operasi yang menyebabkan tersebarnya
secara acak suatu bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah
dalam dua fasa atau lebih. Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting
dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller)
dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim
dalam pengadukan dan pencampuran.
2.1 Bejana
Syarat tertentu bejana:
1. Biasanya bagian bawahnya (bottomend) berbentuk melengkung
(bulat/lonjong) untuk mencegah penumpukan disudut bejana (staghnasi),
sehingga pengadukan terjadi dengan sempurna.
2. Diameter bejana hampir sama dengan tinggi permukaan fluida. (h ≈ d)
3. Harus mempunyai ruang kosong yang tidak dipenuhi oleh fluida, hal ini
untuk mengatasi pergolakan fluida akibat adukan, khususnya untuk fluida
yang cenderung fuming (berbusa) bila diaduk. h = 2/3 ht atau h = 3/4 ht
4. Bahan bejana terbuat dari bahan inert dan cukup kuat.
2.2 Jenis-jenis Pengaduk
Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan
secara umum, yaitu pengaduk baling – baling, pengaduk turbin, dan pengaduk dayung.
2.2.1 Pengaduk jenis baling-baling (propeller)
Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya
adalah baling-baling berdaun tiga.
Gambar 6
Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga
1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan
viskositas rendah.
2.2.2 Pengaduk Dayung (Paddle)
Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada
kesepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun
dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang
total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan
lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya.
Gambar 7
Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena
aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil.
Sebuah dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa
digunakan dalam pengadukan. Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding
tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada
cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga
digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki.
Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung
sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat
dan kosmetik.
2.2.3 Pengaduk Turbin
Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak
daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan
tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter
dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diamter tangki. Turbin
biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk. Turbin dengan daun
yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk
dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukdan
akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi
gelembung gas.
Gambar 8
Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang
terlihat pada gambar 8, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga
sebuah kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini
berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan
menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat
daun miring digunakan dalam suspensi padat. Pengaduk dengan aliran
aksial menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran
per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.
2.3 Kebutuhan Daya Pengaduk
2.3.1 Bilangan Reynold
Bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara
gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan
yang terjadi bisa diketahui bilangan Reynold-nya dengan menggunakan
persamaan 3.
dimana :
Re = Bilangan Reynold
ρ = dnsitas fluida
µ = viskositas fluida
Dalam sistem pengadukan terdapat 3 jenis bentuk aliran yaitu laminer,
transisi dan turbulen. Bentuk aliran laminer terjadi pada bilangan Reynold
hingga 10, sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynold 10
hingga 104 dan transisi berada diantara keduanya.
2.4 Laju dan Waktu Pencampuran
Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga
diperoleh keadaan yang homogen untuk menghasilkan campuran atau produk
dengan kualitas yang telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran (rate of
mixing) adalah laju dimana proses pencampuran berlangsung hingga mencapai
kondisi akhir.
Pada operasi pencampuran dalam tangki berpengaduk, waktu pencampuran
ini dipengaruhi oleh beberapa hal :
1. Yang berkaitan dengan alat, seperti :
Ada tidaknya baffle atau cruciform vaffle
Bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propele, padel)
Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)
Laju putaran pengaduk
Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :
a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki
b. Pola pemasangan :
- Center, vertikal
- Off center, vertical
- Miring (inclined) dari atas
- Horisontal
Jumlah daun pengaduk
Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk
2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk :
Perbandingan kerapatan atau densitas cairan yang diaduk
Perbandingan viskositas cairan yang diaduk
Jumlah kedua cairan yang diaduk
Jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)
Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat
dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik
pengadukan, terutama tehadap waktu pencampuran.
Waktu pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan Metzner adalah :
f t=tT (nD
a2 )
2/3 g1/6
H1/2 Dt
=ntT [ DaDt
]2[ Dt
H ]1/2
[ gn2Da
]1/6
...........................(1)
Untuk pengaduk propeler,
f t=tT (nD
a2 )
2/3 g1/6
H1/2 Dt
=ntT [ DaDt
]3/2
[ DtH ]
1 /2
[ gn2 Da
]1/6
...............................(2)
Dimana :
Da = Diameter pengaduk (m) Dt = Diameter tangki (m)
H = Tinggi tangki (m) ntT = Mixing time faktor
g = Percepatan grafitasi (m/dt2) n = Kecepatan putar (rpm)
ft = Blending time factor
Mixing time faktor dapat diperkirakan dari gambar grafik dibawah
III. PERCOBAANIII.1 Alat dan Bahan
Alat
Stopwatch
Piknometer
Viscometer
Tachometer
Termometer
Gelas kimia 250, 1000 ml
Gelas ukur 50 ml
Bahan
Tepung kanji
Aquades
NaOH 2 M
H2SO4 2 M
Phenolphtalin (indikator PP)
III.2 Langkah Kerja Kalibrasi Kecepatan Pengadukan
1,5 Liter air dimasukkan ke dalam bejana/tangki
pengaduk dinyalakan dengan kecepatan putar pada skala 230 dan 290
kecepatan pengaduk (RPM) diukur dengan tachometer untuk setiap skala
Pada setiap skala kecepatan pengaduk ditambahkan 5 mL PP, 30 mL NaOH 2 M dan 30 mL H2SO4 2 M
Catat waktu ketika warna cairan berubah dari merah muda menjadi bening kembali
Waktu Pengadukan
IV. DATA PENGAMATAN Dimensi Tangki Pengaduk
Tipe pengaduk yang digunakan : Tree Blade / marine Propeller
Diameter tangki (Dt) : 32,2 cm (0,322 m)
Diameter pengaduk (Da) : 10,73 cm (0,1073 m) (13
x 32,2
cm)
Tinggi tangki (H) : 65 cm (0,65 m)
Kecepatan Putar pengaduk yang digunakan adalah
Skala putar Kecepatan putar
(RPM)
2.30 88,6
2.90 113,3
500 gram tepung kanji ditimbang kemudian dilarutkan dalam 2
liter air panas mendidih dalam
ember
Larutan kanji disaring dan dimasukkan ke
dalam bejana pengaduk kemudian
ditambahkan 5ml indikator PP
massa jenis, suhu, dan viskositas larutan
diukur
Kecepatan motor diatur dan 30 mL
NaOH 2M ditambahkan secara
bersamaan
waktu dicatat bila perubahan warna campuran telah
merata
Campuran dinetralkan dengan ditambahkan 30ml larutan H2SO4
2M, catat waktu
Tentukan densitas, suhu, dan viskositas
larutan
Ulangi percobaan dengan kecepatan
putar yang berbeda
Waktu Pengadukan
Berat tepung tapioka = 368 gram
(karena tepung tapioka habis, tidak cukup 500gram)
Berat piknometer kosong = 29,13 gr
Air
Skala RPM t1 (s) t2 (s) T (oC) Viskositas (cP)cP Poise
230 88,6 11,12 14,34 25 1,8 0,018290 113,3 6,87 7,57 25 1,2 0,012
Larutan Kanji
Skala RPM t1 (s) t2 (s) T (oC) Viskositas (cP)cP Poise
230 88,6 27,47 07,11 29 2,9 0,029290 113,3 21,62 6,91 27 2,4 0,024
Analisis T, ρ Air
ρ air (1atm, 25oC) = 0,9971 gram/mlmassa pikno kosong = 29,13 grammassa pikno + air = 52,42 grammassa air = 23,36 gramVolume piknometer = volume air penuh
Volume air penuh = massa air penuhrapat massa air
,
= 23,36 gr
0.9971 gr /ml= 23,43 mL
Penentuan massa jenis larutan kanji (ρ ¿
Massa pikno kosong = 29,13 gram
Massa pikno + sampel = 55,46 gram
Massa sampel = 26,33 gram
Volume sampel = 23,43 mL
ρ = massa sampelvolume sampel
= 26,3323,43
= 1,1238 gr/mL = 1123,8 kg/m3
V. PENGOLAHAN DATA
a. Menghitung Reynold Number pengaduk
Air :
88,6 RPM
Nre= D2 Nρμ
¿(0,1073)2( 88,6
60rps)(997,1)
0,018
¿941,78
113,3 RPM
Nre= D2 Nρμ
¿(0,1073)2( 113,3
60rps)(997,1)
0,012
¿1806,49
Larutan kanji :
88,6 RPM
Nre= D2 Nρμ
¿(0,1073)2( 88,6
60rps)(1123,8)
0,029
¿658,83
113,3 RPM
Nre= D2 Nρμ
¿(0,1073)2( 113,3
60rps)(1123,8)
0,024
¿1018,02
b. Menghitung blending time
Air
88,6 RPM
ntT dari grafik dengan NRe= 941,78 adalah 1250
ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt
H ]1/2 [ g
n2 Da ]1/6
= 1250 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322
0,65 ]1/2[ 9,8
88,62 x 0,1073 ]1/6
= 80,56
Untuk 113,3 RPM
ntT dari grafik dengan NRe= 1806,49 adalah 800
ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt
H ]1/2 [ g
n2 Da ]1/6
= 800 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322
0,65 ]1/2[ 9,8
113,32 x 0,1073 ]1/6
= 47,54
Larutan kanji :
Untuk 88,6 RPM
ntT dari grafik dengan NRe= 658,83 adalah 2000
ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt
H ]1/2 [ g
n2 Da ]1/6
= 2000 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322
0,65 ]1/2[ 9,8
88,62 x 0,1073 ]1/6
= 128,90
Untuk 113,3 RPM
ntT dari grafik dengan NRe= 1018,0 2 adalah 1300
ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt
H ]1/2 [ g
n2 Da ]1/6
= 1300 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322
0,65 ]1/2[ 9,8
113,32 x 0,1073 ]1/6
= 77,26
Tabulasi Hasil Pengolahan Datao Air
Skala RPM t1 (s) t2 (s) NRe ft
2.30 88,6 11,12 14,34 941,78 80,562.90 113,3 6,87 7,57 1806,49 47,54
6 7 8 9 10 11 12 13 14 150
200400600800
100012001400160018002000
Kurva t1 dan t2 terhadap NRe
t1t2
t1 dan t2
NRe
45 50 55 60 65 70 75 80 850
200400600800
100012001400160018002000
Kurva ft terhadap NRe
ft
ft
NRe
Larutan Kanji
Skala RPM t1 (s) t2 (s) NRe ft
2.30 88,6 27,47 7,11 658,83 128,902.90 113,3 21,62 6,91 1018,02 77,26
5 10 15 20 25 300
200
400
600
800
1000
1200
Kurva t1 dan t2 terhadap NRe
t1t2
t1 dan t2
NRe
70 80 90 100 110 120 130 1400
200
400
600
800
1000
1200
Kurva ft terhadap NRe
ft
ft
NRe
VI. PEMBAHASAN
Dalam praktikum Agitasi dan Mixing (Pengadukan dan Pencampuran), praktikan
mempelajari sekaligus membuktikan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses
pengadukan dan juga belajar cara mengoperasikan alatnya dengan benar. Adapun faktor-faktor
yang dapat mempengaruhi pengadukan, yaitu jenis impeller, letak impeller, bentuk reaktor,
viskositas dan densitas larutan. Akan tetapi, berhubung jenis dan letak impeller juga bentuk
reaktornya tetap karena keterbatasan alat, jadi praktikan hanya dapat melihat pengaruh dari
viskosotas dan densitas larutan dalam proses pengadukan. Adapun jenis pengaduk yang
digunakan berjenis baling-baling kapal dan letaknya tegak lurus. Dengan pengadukan dengan
kecepatan tinggi, kemungkinan terjadinya vortex akan sangat besar. Vortex merupakan pola
yang dihasilakan dari energi sentrifugal yang dapat meningkatkan ketinggian fluida pada
dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Akan tetapi bukan hal ini
yang akan dibahas oleh praktikan, karena reaktor tersebut sudah memiliki baffle yang dapat
mencegah terjadinya vortex.
Untuk membuktikan bahwa viskositas dapat mempengaruhi pengadukan, maka praktikan
melakukan pengadukan pada 2 larutan yang berbeda, larutan 1 berisi air keran saja, sedangkan
larutan 2 merupakan campuran 500gram kanji dalam 15 Liter air. Dalam hal ini, kanji
digunakan untuk menaikkan viskositas dari larutan 2. Selain itu juga penambahan kanji
tersebut juga berfungsi untuk menaikkan densitas. Sehingga diperoleh data sebagai berikut:
Larutan 1 (densitas = 1000 kg/m3)
Skala RPM t1(detik) t2(detik) T(oC) Nre
2,5 150,7 5,27 5,13 27 8675,263 177,9 3,82 3,09 27 10241,1
Larutan 2 (densitas = 995,7 kg/m3)
Skala RPM t1(detik) t2(detik) T(oC) Nre
2,5 145,6 8,3 7,44 27 1987,063 172,6 5,74 4,47 27 2300,75
Dari data diatas, sangat jelas sekali bahwa pada skala alat pengaduk yang sama, terjadi
perbedaan RPM pada dua larutan yang berbeda, sehingga jelas terbukti bahwa benar,
viskositas dan densitas mempengaruhi proses pengadukan. Selain itu juga dapat dilihat pada
tabel diatas, terjadi perbedaan Bilangan Reynold. Dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan
nilai dari Bilangan Reynold seiring dengan kenaikan kecepatan dari pengaduk. Selain itu juga,
waktu pengadukan juga semakin cepat seiring semaking besarnya Bilangan Reynoldnya.
Pada kesempatan ini juga praktikan melakukan penambahan PP baik pada larutan 1 dan
larutan 2, kemudian secara bergantian , keduanya ditambahkan larutan Natrium Hidroksida
(NaOH), sehingga warna larutan menjadi merah muda karena pada kondisi asam dan
terdeteksi oleh PP. Lalu praktikan mencatat waktu yang dibutuhkan dalam perubahan
tersebut. Kemudian praktikan menambahkan larutan Asam Sulfat kepada masing-masing dari
Larutan 1 dan 2 tersebut sehingga warna larutan kembali menjadi bening (tidak berwarna),
praktikan juga mencatat rentan waktu yang dibutuhkan dalam perubahan tersebut. Hal ini
dilakukan untuk mencari nilai dari blending time dari masing-masing larutan dengan
kecepatan putar yang berbeda. Berikut data yang dihasilkan.
Larutan 1
0 2 4 6 8 10 120
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ft terhadap Nre
Series2
Blending Time (Ft)
Bila
ngan
Rey
nold
(Nre
)
Larutan 2
0 5 10 15 20 25 30 35 400
500
1000
1500
2000
2500
Ft Terhadap Nre
Series2
Blending Time (Ft)
Bila
ngan
Rey
nold
(Nre
)
Dari tebel diatas, didapat bahwa semakin tinggi maka waktu pengadukan semakin cepat
sehingga nilai mixing time factor akan semakin kecil. Nilai mixing time factor akan
berbanding lurus dengan nilai blending time factor sehingga akan berbanding terbalik
dengan Reynold Number.
I. Kesimpulan
Terbukti bahwa Viskositas dan Densitas dapat mempengaruhi proses pengadukan.
Mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor, tetapi berbanding
terbalik dengan Bilangan Reynold
CONTOH PUNYA LETI
Pada percobaan kali ini dilakukan proses pencapuran dan pengadukan. Pengadukan
merupakan pemberian gerakan tertentu yang akan menimbulkan reduksi gerakan pada
bahan sehingga bahan tersebut akan tercampur. Sebelum percobaan dilakukan
pengamatan terhadap pola aliran yang terbentuk dengan cara memasukkan kacang
hijau sebagai indikator untuk melihat pola aliran yang terbentuk.
Pada percobaan mixing dilakukan pada variasi rpm. Dari hasil perobaan dapat
terlihat bahwa semakin besar rpm yang digunakan maka semakin cepat proses
pencapuran berlangsung dan pola aliran semakin cepat. Bahan yang akan dicampurkan
adalah larutan NaOH dan asam sulfat dalam media larutan kanji dan pp sebagai
indikator. Pertama indikator pp dimasukkan kedalam larutan kanji lalu ditambahkan
larutan NaOH 2N lalu hidupkan stopwatch . Pada saat NaOH dimasukkan akan terjadi
kenaikan pH sehingga larutan akan berwarna merah muda, pada saat warna merah
muda sudah tersebar homogen stopwatch dimatikan dan waktu pencampuran dicatat.
Setelah itu dimasukkan asam sulfat 2N dengan jumlah yang sama. Pada saat asam
sulfat ditambahkan maka pH larutan akan kembali turun dan warna larutan akan
kembali putih, pada saat warna putih telah homogen waktu pencapuran dicatat.
Kecepatan putaran
(RPM)
Nre ft (menit)
80,8 10799,497 14,3
99,3 14415,305 13,3
120,4 20638,749 12,5
140,0 29356,444 11,8
160,2 43171,611 11,4
Setelah pencampuran dilakukan dengan variasi rpm lalu dibuat grafik antara Nre
terhadap waktu. Nre menunjukan seberapa cepat putaran pengadukan semakin besar
Nre maka semakin cepat putaran pengaduk. Dari grafik didapatkan bahwa semakin
besar Nre maka semakin cepat yang dibutuhkan untuk proses pencapuran. Setelah
proses pencampuran NaOH dengan asam sulfat akan dihasilkan garam Natrium sulfat
dan air. Air yang dihasilkan akan mengencerkan larutan kanji sehingga akan terjadi
penurunan viskositas.
VII. SIMPULAN
VIII. DAFTAR PUSTAKADjauhari,A., 2002. “peralatan kontak dan pemisah Antar Fasa”. Diktat Kuliah, hal 55-
59, Teknik Kimia Politeknik negeri Bandung.Buku Petunjuk Praktikum Satuan Operasi. 2004. “Agitasi dan pencampuran” Jurusan
Teknik Kimia, Politeknik Negeri BandungMcCabe, W.L., Smith, J.C. and harriot, P. 1993. “Unit Operation of Chemical
Engineering” 5rd., hal 257-260, McGraw-Hill, Singapore
LAMPIRANGAMBAR PRAKTIKUM