BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengadukan (Agitasi) dan Pencampuran (Mixing)

Pengadukan biasanya dilakukan untuk mengurangi kehomogenitas, khususnya

pengadukan yang mengurangi partikulat padatan atau untuk menaikkan kecepatan

reaksi suatu proses yang terkadang dilakukan dalam bejana berpengaduk. Dalam

pengadukan cairan (liquid mixing), diperlukan dua faktor. Faktor pertama yaitu aliran

konvektif harus terjadi dalam bejana agar tidak terbentuk bagian stagnan. Faktor

kedua yaitu adanya daerah high-shear mixing dimana daerah ini mampu mengurangi

kehomogenitas larutan dan menaikkan kecepatan reaksi. Kedua faktor ini

membutuhkan energi agar faktor ini dapat berjalan sesuai yang diinginkan (Nienow,

dkk, 1997).

Quillen (1954) mendefinisikan pencampuran sebagai proses dimana dua atau

lebih komponen yang berbeda bercampur dan menghasilkan suatu keseragaman baik

secara fisika maupun kimia pada produk akhir. Karena difusi secara alami relatif

lambat, umumnya pencampuran cairan menggunakan alat pengaduk di dalam tangki

(Holland, 1973).

Pencampuran fluida dengan menggunakan tangki berpengaduk untuk beberapa

hal termasuk untuk menghomogenkan satu atau dua fasa dengan berdasarkan

konsentrasi dari komponen-komponen, sifat-sifat fisika dan suhu (Paul, dkk, 2004).

Hal ini akan memerlukan banyak energi mekanik jika agitator atau alat pengaduk

yang digunakan salah (Holland, 1973). Parker (1964) mendefinisikan agitasi sebagai

pembentukan suatu aktivitas seperti aliran atau turbulensi selain dari perlakukan

pencampuran.

2.2 Jenis-Jenis Impeller

Impeller dibagi dalam beberapa jenis yang berbeda tergantung dari arah aliran,

jenis aplikasi dan bentuk geometri yang khusus (Paul, dkk, 2004). Pada umumnya

agitator dibagi menjadi dua kelompok:

a. Agitator dengan luas penampang kecil yang berotasi pada kecepatan tinggi.

Contohnya adalah turbin dan propeller.

b. Agitator dengan luas penampang besar yang berotasi pada kecepatan rendah.

Contohnya adalah anchors, paddles dan helical screws.

Kelompok kedua lebih efektif daripada yang kelompok pertama di dalam

pencampuran pada cairan dengan viskositas yang tinggi (Holland, 1973).

Menurut Paul (2004), impeller terbagi menjadi:

a. Impeller arah aliran aksial

Impeller ini efisien untuk pencampuran cairan dan suspensi padatan (Paul, dkk,

2004). Impeller ini termasuk propeller dan jenis ini menyediakan banyak produksi

dan biaya perawatan terutama pada peralatan keseluruhan (Oldshue, 1983).

Gambar 2.1 Impeller Dengan Pola Aliran Aksial

(Paul, dkk, 2004)

b. Impeller arah aliran radial

Impeller ini memiliki disk atau terbuka dan mungkin memiliki luas penampang

yang datar atau bergelombang. Arah ini efisien untuk dispersi gas (Paul, dkk, 2004).

Tipe impeller yang terbuka (tanpa disk) tidak secara natural mengalir dalam arah

aliran radial sejak ada perbedaan tekanan diantara sisi-sisi impeller. Mereka akan

mengalir ke atas dan ke bawah ketika bergerak radial (Oldshue, 1983).

Gambar 2.2 Impeller Dengan Pola Aliran Radial

(Paul, dkk, 2004)

c. Hydrofoil Impeller

Impeller jenis ini dikembangkan ketika arah aliran aksial dibutuhkan dan penting

serta tegangan geser kecil (Paul, dkk, 2004).

Gambar 2.3 Hydrofoil Impeller

(Paul, dkk, 2004)

d. Impeller dengan tegangan geser tinggi

Impeller ini dioperasikan pada kecepatan yang tinggi dan digunakan untuk

penambahan fasa kedua seperti gas, cairan, padatan atau bubuk dalam proses

pemecahan, mendispersikan pigmen dan membuat emulsi (Paul, dkk, 2004).

Gambar 2.4 Impeller dengan Tegangan Geser Tinggi

(Paul, dkk, 2004)

2.3 Arah Aliran

Suatu gambar kualitatif dari suatu medan aliran yang dihasilkan oleh impeller

pada suatu cairan dengan fasa tunggal berguna untuk mengetahui adanya daerah mati

di dalam tangki atau ketika partikel cenderung mengendap di dalam cairan.

Propeller dan turbin yang bekerja pada suatu fluida Newtonian dalam suatu areal

turbulen menghasilkan pola aliran seperti pada gambar di bawah:

Gambar 2.5 Pola Aliran Untuk (a) Propeller dan (b) Turbin

(Nienow, dkk, 1997)

Pada arah aliran aksial, impeller menghasilkan aliran paralel terhadap poros

impeller bersamaan pada impeller axis. Arah ini cenderung menghasilkan aliran per

daya dibandingkan dengan impeller dengan arah radial (Oldshue, 1983). Arah aliran

radial menghasilkan dua arah aliran, satu di bawah dan satu di atas impeller,

pencampuran terjadi diantara dua arah aliran itu (Paul, dkk, 2004).

(a) (b)

2.4 Waktu Pencampuran

Waktu pencampuran adalah waktu pada saat penambahan bahan sampai isi di

dalam bejana mencapai derajat keseragaman, ketika itu sistem dikatakan telah

bercampur. Untuk fluida pada viskositas tinggi, daerah turbulen susah didapatkan,

turbin dan propeller tidak efisien pada bilangan Reynold yang rendah karena

keterbatasan arah aliran pada daerah itu. Kenaikan laju pencampuran pada viskositas

tinggi dapat dicapai dengan impeller yang besar dibandingkan dengan arah aliran

(Nienow, 1997).

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 (propeller, turbin, paddle).

• Ukuran pengaduk (diameter, tinggi).

• Laju putaran pengaduk.

• Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :

a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki.

b. Pola pemasangan :

- Center, vertikal.

- Miring (inclined) dari atas.

- Horizontal.

c. Jumlah daun pengaduk.

d. 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).

(Ali, dkk, 2010).

2.5 Daya Agitator

Rumus untuk menentukan daya agitator:

NRe=D

a2 Nρ

μ ………….. (1)

N P=P

ρN3 Da

5

………….. (2)

(Sinnott, 2005)

Keterangan: NRe = bilangan Reynold ρ = densitas (kg/m3)

Np = bilangan daya N = kecepatan rotasi (rpm)

Da = diameter tangki (m) μ = viskositas (cP)

Gambar 2.6 Kurva Bilangan Daya vs Bilangan Reynold

(Nienow, 1997)

2.6 Vorteks dan Sekat

Dalam beberapa kasus dari besar atau kurangnya keaksialan pengaduk di dalam

bejana tanpa adanya sekat, cairan akan berotasi dan menghasilkan suatu vorteks. Bila

vorteks tidak begitu dalam sehingga gas dapat mempengaruhi kerja pengaduk,

kedalaman vorteks tidak akan berpengaruh terhadap daya pengaduk dalam proses

pencampuran (Zlokarnik, 2001).

NRe

Np

Sekat secara umum digunakan pada pencampuran transional dan turbulen,

kecuali dalam beberapa sistem yang membutuhkan pembersihan secara rutin di

dalam tangki. Untuk pencampuran laminar dari fluida yang viskos, sekat tidaklah

dibutuhkan (Paul, dkk, 2004).

Berikut ini adalah gambar beberapa jenis sekat yang biasa digunakan dalam

industri:

Gambar 2.7 Jenis-Jenis Sekat

(Paul, dkk, 2004)

2.7 Aplikasi Pencampuran Dalam Industri “Pembuatan Minyak Nabati”

Tahap pertama dalam memproses berbagai bahan baku nabati adalah untuk

menghilangkan berbagai material yang dapat mengurangi kualitas dari minyak

tersebut. Mulai dari bahan baku, berbagai peralatan dikembangkan untuk mengambil

bahan baku sampai pada proses untuk memurnikan minyak.

Minyak dapat diambil dengan dua cara, yaitu dengan ditekan atau dengan cara

ekstraksi. Penekanan dari minyak dapat dilakukan baik dalam keadaan panas ataupun

dingin atau pada kombinasi keduanya. Yang akan dibahas di sini adalah mengenai

cara mengambil minyak dengan menggunakan ekstraksi pelarut. Ekstraktor dapat

digunakan secara batch atau kontinu, dan ada sebanyak 20 jenis pelarut yang dapat

digunakan.

Dalam suatu ekstraktor kontinu, alirannya haruslah berlawanan arah diantara

bahan baku dan pelarut. Setelah proses ekstraksi, pelarut umumnya dimurnikan

dengan menggunakan destilasi. Ketika minyak telah diambil, maka ia harus

dimurnikan. Proses pemurnian termasuk memisahkan asam lemak bebas di dalam

minyak dengan proses saponifikasi dengan menggunakan 20% larutan soda kaustik.

Walaupun ini dilakukan secara batch ataupun kontinu, ini akan mempengaruhi

proses pemilihan agitator yang cocok. Di dalam proses batch ketika lumpur

mengendap melalui proses gravity settling, proses agitasi harus dapat membentuk

sabun dan menghindari berbagai proses emulsi yang dapat menghilangkan minyak.

Dalam proses pemurnian secara kontinu, soda kaustik dan minyak mentah diaduk

dan melalui suatu kolom pengaduk masuk ke pipa pemanas untuk proses pemanasan,

kemudian disentrifugasi untuk pemisahan dari lumpur dan minyak yang telah

dimurnikan. Proses pemurnian yang hilang umumnya kecil di dalam alat pemurnian

yang kontinu dibandingkan dengan proses pemurnian batch.

Setelah proses pemurnian, minyak kemudian dicuci untuk dihilangkan zat-zat

lain yang tidak diinginkan. Ini dilakukan dengan mengaduk minyak dengan karbon

aktif. Setelah itu, minyak dikirim ke tangki penyimpan. Jika produk akhir yang

diinginkan adalah margarin dan lain sebagainya, maka minyak tersebut harus

dikeraskan dan menaikkan temperatur lelehnya. Ini dilakukan dengan

menghidrogenasi minyak. Dalam proses hidrogenasi, asam lemak tak jenuh bereaksi

dengan gas hidrogen, umumnya dengan menggunakan katalis nikel untuk

menghasilkan asam jenuh.

Karena reaksi eksotermik, agitator yang dibutuhkan dalam memindahkan panas

reaksi dan menjaga keseragaman seperti mendispersi gas hidrogen serta

mensuspensikan katalis nikel secara seragam di dalam tangki. Peralatan

pencampuran tergantung dari waktu pencampuran. Setelah hidrogenasi, minyak

didestilasi dalam kondisi vakum untuk menghilangkan impuritis yang kemudian

difiltrasi. Setelah itu, minyak telah siap untuk dibungkus dan dijual (Oldshue, 1983).

Berikut ini adalah diagram alir dari proses pembuatan minyak nabati:

Gambar 2.8 Diagram Alir Proses Pembuatan Minyak Nabati

(Oldshue, 1983)