mixing

PILOT PLANT

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013

MODUL : Pencampuran dan Pengadukan

PEMBIMBING : Rintis Manfaati, ST. MT

Praktikum : 11 April 2013

Penyerahan : 18 April 2013

Oleh :

Kelempok VII (Tujuh)

Agi Iqbal Velayas (111411032)

Iffa Ma’rifatunnisa [111411046]

Kelas : 2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

I. Tujuan

Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki

Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk

Membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam

pencampuran sampai homogen

Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan.

II. Landasan Teori

Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak

dimana bahan satu menyebar ke bahan yang lain dan sebaliknya, sedangkan bahan-

bahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih. Prinsip percobaan

pencampuran adalah berdasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi dua atau

lebih komponen yang mempunyai sifat yang berbeda.

Derajat pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan, keadaan

produk atau bahkan jumlah energi yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran.

Derajat keseragaman pencampuran diukur dari sampel yang diambil selama

pencampuran. Jika komponen yang dicampur telah terdistribusi melalui komponen lain

secara random, maka dikatakan pencampuran telah berlangsung dengan baik.

Variabel-variabel yang mempengaruhi proses pencampuran adalah komposisi

bahan, reaktor yang digunakan, kecepatan pengadukan, waktu pengadukan, densitas,

dan viskositas bahan. Semakin lama pengadukan, maka campuran akan semakin

homogen. Homogenitas campuran berpengaruh pada viskositas dan densitas campuran.

Besar kecilnya viskositas tergantung pada densitas.

a. Tangki Pencampuran (Mixing)

Alat pencampur fasa padat ke fasa cair jenis ini diperuntukkan untuk memperoleh

campuran dengan viskositas rendah, biasanya berupa tangki pencampur beserta

perlengkapannya. Dimensi tangki/vessels, jenis pengaduk/impeller, kecepatan putar

pengaduk, jenis pengaduk, jumlah penyekat/buffle, letak impeller beserta

dimensinya bergantung dari kapasitas dan jenis dari bahan yang dicampurkan.

b. Bagian-bagian Alat Pencampur

o Tangki/vessel wadah untuk pencampuran berbentuk silinder dengan bagian

bawah melengkung/dome atau datar

o Penyekat/buffle berbentuk batang yang diletakkan dipinggir tangki berguna

untuk menghindari vortex dan digunakan untuk mempolakan aliran menjadi

turbulen. Jumlah buffle biasanya 3, 4 atau 6 buah dengan ukuran 1/12 diameter

tangki.

o Pengaduk/impeller digunakan untuk mengaduk campuran, jenis dari impeller

beragam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan dicampurkan. Jenis-jenis

impeller yang umumnya digunakan adalah : Tree-blades/marine impeller

digunakan untuk pencampuran dengan bahn dengan viscositas rendah dengan

putaran yang tinggi, Turbine with flat vertical blades impeller digunakan untuk

cairan kental dengan viscositas tinggi, Horizontal plate impeller digunakan

untuk zat berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan, Turbine with blades

are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi jaket

pemanas, Curve bade Turbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa

pemotongan dengan viskositas rendah, Flate plate impeller digunakan untuk

pencampuran emulsi, Cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk

pemotongan dan penyobekan, Anchore paddle impeller digunakan campuran

dengan viscositas sangat tinggi berupa pasta.

c. Ukuran dan Letak (Impeller)

Ukuran impeller biasanya berkisar antara 0,3-0,6 kali diameter tangki, sedangkan

letak impeller tergantung pada dimensi vessel viscositas campuran yang diaduk.

Tata letak dari impeller seperti pada tabel dibawah ini :

Viscosity

CP

Max Level

H/Dt

Jumlah

Impeller

Letak Impeller

Bawah Atas

< 25.000 1,4 1 H/3 -

< 25.000 2,1 2 Dt/3 2/3 h

> 25.000 0,8 1 H/3 -

> 25.000 1,6 2 Dt/3 2/3 h

h adalah tinggi vessel s dan Dt adalah diameter vessel s

Letak impeller untuk tangki dengan menggunakan buffle biasanya di tengah/center

karena pola turbulensi yang dikehendaki akan terbentuk dengan adanya buffle.

Untuk tangki tanpa menggunakan buffle, letak pengaduk sangat mempengaruhi pola

aliran yang dihasilkan. Biasanya untuk menghindari adanya vortex aliran fluida

karena pengadukan tangki tanpa buffle meletakkan pengaduk tidak tepat

ditengah/tidak senter dengan tangki.

d. Waktu Pencampuran

Impeller yang berputar akan menghasilkan efek pencampuran, biasanya putaran

tinggi menghasilkan aliran lebih bergolak sehingga menghasilkan efek

pencampuran lebih efektif. Adanya buffle akan mengakibatkan aliran berbelok arah

dari tepi dinding menuju pusat tangki, sehingga menyebabkan efek pencampuran

bertambah efektif. Waktu pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan

Metzner adalah :

ft = tT (nDa2)2/3 g1/6 = ntT �

��

��2 ��

��1/2 �

�

�2��1/6

H1/2 Dt

Untuk pengaduk propeller,

ft = tT (nDa2)2/3 g1/6 = ntT �

��

��3/2 ��

��1/2 �

�

�2��1/6

H1/2 Dt

Dimana :

Da = Diameter pengaduk (m)

Dt = Diameter tangki (m)

H = Tinggi tangki (m)

ntT = Mixing time factor

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

n = Kecepatan putar (rpm)

ft = Blending time factor

Korelasi Waktu Pencampuran

III. Alat dan Bahan

Tachometer

Peralatan Penunjang Bahan

Stopwatch

Tachometer

Termometer

Gelas kimia 250, 1000 mL

Gelas ukur 50 mL, 2000 mL

Pipet ukur 5 mL, 10 mL

Bola isap

Ember

Tepung kanji

NaOH 2M

Indikator p.p.

H2SO4 2M

Air Suling

IV. Prosedur Kerja

Waktu Pengadukan Tanpa Menggunakan Tepung Kanji (Air saja)

Masukkan 15 liter air suling

ke dalam tangki

Atur kecepatan putaran pengaduk lalu tambahkan 5

mL indikator p.p & menentukan suhu, massa jenis,

dan viskositas larutan

Tambahkan 30 mL NaOH 2M

Catat waktu apabila perubahan warna campuran

(merah muda) telah merata

Netralkan campuran dengan

menambahkan 30 mL H2SO4 2M

dan hidupkan stopwatch

Catat waktu penetralan &

menentukan kembali massa jenis,

suhu, dan viskositas larutan

Mengulanginya dengan variasi

kecepatan pengadukan

Waktu Pengadukan dengan Menggunakan Tepung Kanji

500 gram tepung kanji dilarutkan

dalam 2 liter air panas

Keluarkan 2 liter air di dalam reaktor. Kemudian masukan

larutan kanji ke dalam reaktor dengan kondisi pengaduk terus

berputar.

Tambahkan 5 mL indikator p.p &

menentukan suhu, massa jenis, dan

viskositas larutan

Tambahkan 30 mL NaOH 2M dan

mengatur kecepatan pengaduk

Catat waktu apabila perubahan warna campuran

(merah muda) telah merata.

Netralkan campuran dengan

menambahkan 30 mL H2SO4 2M

dan hidupkan stopwatch

Catat waktu penetralan &

menentukan kembali massa jenis,

suhu, dan viskositas larutan

Mengulanginya dengan variasi kecepatan pengadukan

V. Data Pengamatan

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) (1

3 x 32,2 cm)

ρ air : 1000 kg/m3

ρ tepung kanji : 1500 kg/m3

Tinggi tangki (H) : 65 cm (0,65 m)

Waktu Pengadukan

Tanpa tepung kanji

Skala RPM t1(detik) t2(detik) T(oC) Viskositas (cP) Viskositas (Poise)

2,5 151,35 5 8 27 1,5 0,015

2,9 167,10 4 3 27 1,3 0,013

Menggunakan tepung kanji

Skala RPM t1(detik) t2(detik) T(oC) Viskositas (cP) Viskositas (Poise)

2,5 148,50 4 15 27 9,3 0,093

2,9 168,35 3 10 27 11,2 0,112

VI. Pengolahan Data

a. Menghitung Reynold Number pengaduk

Tanpa tepung kanji (air saja) :

Untuk 151,35 RPM Nre = D2 N ρ

µ

= (0,1073)2 x 151,35 x 1000

0,015 x 20

= 5808,46


µ

= (0,1073)2 x 167,10 x 1000

0,013 x 20

= 7399,50

Menggunakan larutan tepung kanji :


µ

= (0,1073)2 x 148,50 x 1500

0,093 x 20

= 1378,81


µ

= (0,1073)2 x 168,35 x 1500

0,112 x 20

= 1297,94

b. Menghitung blending time

Tanpa menggunakan larutan kanji (air saja) :

Untuk 151,35 RPM ft = ntT ��

��3/2 ��

��1/2 �

�

�2��1/6

= 330 �0,1073

0,322�3/2�0,322

0,65�1/2�

10

151,352�0,1073�

1/6

= 17,85


��3/2 ��

��1/2 �

�

�2��1/6

= 290 �0,1073

0,322�3/2�0,322

0,65�1/2�

10

167,102�0,1073�1/6

= 15,18

Menggunakan larutan tepung kanji:


��3/2 ��

��1/2 �

�

�2��1/6

= 980 �0,1073

0,322�3/2�0,322

0,65�1/2�

10

148,502�0,1073�

1/6

= 53,35


��3/2 ��

��1/2 �

�

�2��1/6

= 1000 �0,1073

0,322�3/2�0,322

0,65�1/2�

10

168,352�0,1073�

1/6

= 52,21

Grafik yang diperoleh (tanpa tepung kanji)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 1 2 3 4 5

Re

yno

ld N

um

be

r (N

re)

Waktu (sekon)

t1 terhadap Reynold Number

Series1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 5 10 15 20

Re

yno

ld N

um

be

r (N

re)

Waktu (sekon)


Series1

Grafik yang diperoleh (menggunakan tepung kanji)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 10 20 30 40 50 60

Re

yno

ld N

um

be

r (N

re)

Waktu (sekon)

ft terhadap Reynold Number

Series1

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 1 2 3 4 5 6

Re

yno

ld N

um

be

r (N

re)

Waktu (sekon)


Series1

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 2 4 6 8 10

Re

yno

ld N

um

be

r (N

re)

Waktu (sekon)


Series1

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 5 10 15 20

Re

yno

ld N

um

be

r (N

re)

Waktu (sekon)

ft terhadap Reynold Number

Series1

VII. Pembahasan

Pada praktikum kali ini, dilakukan proses pengadukan danpencampuran yang

bertujuan untuk menentukkan pola aliran yang dibentuk pada pengadukan dalam tangki,

mengambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan pengadukan, menentukkan

bilangan reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam berbagai variasi pengadukan

serta menentukkan daerah rezim aliran operasi pengadukan. Percobaan tersebut

dilakukan dengan mengamati pengadukan pada air dan campuran tepung kanji pada

kondisi pengadukan yang berbeda-beda.

Variasi pengadukan dilakukan dengan cara mengubah kecepatan putaran

pengadukan pada tangki. Dalam pengamatan pengadukan air dilakukan dua variasi

kecepatan pengadukan. Pada pengadukan pertama pada pengaduk ditambahkan 15 liter

air (tanpa tepung kanji) kemudian pemutar diatur dengan kecepatan 151, 35 rpm (skala

2,5) pada percobaan pertama dan 167,10 (skala 2,9) pada percobaan kedua. Untuk

setiap percobaan kedalam tangki ditambahkan pp sebanyak 5 ml. Selanjutnya pada

tangki dimasukkan NaOH 30 ml bersamaan dengan pencatatan waktu hingga seluruh

larutan merata berwarna merah muda. Setelah terjadi perubahan warna pada larutan

dari putih jernih menjadi merah muda, larutan kemudian dinetralkan dengan

ditambahkanlarutan H2SO4 sebanyak 30 ml di ikuti pula dengna pencatatan waktu.

Sehingga dari percobaan pertama dan kedua pengadukan air (tanpa tepung kanji)

diperoleh hasil pencatatan waktu sebesar 6,5 sekon (hasil duplo) dan 3,5 sekon (hasil

duplo) dengan viskositas masing-masing percobaan adalah 0,015 poise dan 0,013 poise.

Pada percobaan pengadukan campuran tepung kanji dan air dilakukan dua variasi

kecepatan pengadukan yang berbeda . Air pada praktikum sebelumnya dikeluarkan

kurang lebih 2 Liter, kemudian pada tangki ditambahkan 2 Liter larutan kanji.

Percobaan pertama pemutar diatur dengan kecepatan 148,5 rpm (skala 2,5) sedangkan

pada percobaan kedua 168,35 rpm (skala 2,9). Untuk setiap percobaan kedalam tangki

ditambahkan pp sebanyak 5 ml. Selanjutnya pada tangki dimasukkan NaOH 30 ml

bersamaan dengan pencatatan waktu hingga seluruh larutan merata berwarna merah

muda. Setelah terjadi perubahan warna pada larutan dari putih jernih menjadi merah

muda, larutan kemudian dinetralkan dengan ditambahkan larutan H2SO4 sebanyak 30

ml di ikuti pula dengan pencatatan waktu. Sehingga dari percobaan pertama dan kedua

pengadukan air (tanpa tepung kanji) diperoleh hasil pencatatan waktu sebesar 9,5 sekon

(hasil duplo) dan 6,5 sekon (hasil duplo) dengan viskositas masing-masing percobaan

adalah 0,093 poise dan 0,112 poise.

Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh data sebagai berikut:

Pengadukan dengan menggunakan air

Kecepatan Putar (rpm) Reynold Number (Nre) Pola Aliran

151,35 5808,46 Turbulent ( >2000)

167,10 7399,50 Turbulent ( >2000)

Pengadukan dengan menggunakan tepung kanji


148,5 1378,81 Laminer (< 2000)

168,35 1297,94 Laminer (<2000)

Berdasarkan literatur, bahwa semakin besar kecepatan putaran pengaduk maka

Reynold Number (Nre) maka semakin besar pula jadi antara kecepatan putaran dan

Reynold Number (Nre) berbanding lurus. pada parktikum kali ini pada pengadukan

dengan bahan air memiliki Reynold number lebih dari 2000 sehingga pola aliran yang

dihasilkan adalah turbulent sedangkan pada penadukan dengan menggunakan larutan

tepung kanji pola aliran yang dihasilkan adalah laminer. Dari percobaan ini dapat

disimpulkan bahwa semakin viskositas bahan yang digunakan pada pencampuran maka

akan semakin mudah proses pengadukan dan waktu pengadukan pun akan semakin

cepat. Untuk kasus pengadukan dengan tepung kanji pola aliran laminer disebabkan

kecepatan pemutar sangat kecil soleh karena itu sebaiknya pada pencampuran dengan

viskositas yang tinggi diperlukan pengadukan yang lebih cepat agar proses pengadukan

dan waktu pengadukan lebih efektif

Selain itu pengaruh Bilangan Reynolds terhadap waktu pengadukan dan blending

time yaitu semakin tinggi bilangan reynold maka waktu pengadukan semakin cepat

sehingga nilai mixing time factor akan semakin kecil. Nilai mixing time factor akan

berbanding lurus dengan nilai blending time sehingga akan berbanding terbalik dengan

Bilangan Reynolds. Dari percobaan diperoleh blending time pada larutan air saja (tanpa

kanji) pada kecepatan pengadukan 151,35 rpm adalah 17,85 sedangkan pada kecepatan

167,10 rpm adalah 15,18. Untuk blending time pengadukan dengan menggunakan

larutan kanji pada kecepatan pengadukan 148,50 rpm adalah 53,35 sedangkan pada

kecepatan 168,35 adalah 52,21

VIII. Kesimpulan

Proses pencampuran menghasilkan dua fase dimana diperoleh saat nilai

viskositas didapat dengannilai yang sama atau beda tidak terlalu jauh

Variabel-variabel yang mempengaruhi proses pencampuran dan pengadukan

adalah komposisi bahan, reaktor yang digunakan, kecepatan pengadukan, waktu

pengadukan, densitas dan viskositas bahan. Semakin lama pengadukan maka

campuran akan semakin homogen. Homogenitas campuran berpengaruh pada

viskositas dan denstias campuran.

Untuk bahan dengan viskositas yang tinggi diperlukan kecepatan pengadukan

yang lebih besar sehingga proses pengadukan dan waktu pengadukan lebih

efektif.

Semakin besar harga NRe maka semakin singkat waktu pencampurannya.

Semakin besar harga NRe maka semakin kecil energi yang dibutuhkan dalam

proses pengadukan

Mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor, tetapi

berbanding terbalik dengan Reynold Number

Jika menggunakan air (tanpa kanji), pola aliran dalam berbagai kecepatan

putaran pengaduk adalah sebagai berikut :


151,35 5808,46 Turbulent ( >2000)

167,10 7399,50 Turbulent ( >2000)

Jika tidak menggunakan tepung kanji , pola aliran dalam berbagai kecepatan

putaran pengaduk adalah sebagai berikut :


148,5 1378,81 Laminer (< 2000)

168,35 1297,94 Laminer (<2000)

Pengaduk jenis Three blade marine propeller menghasilkan pola aliran aksial.

Pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki adalah sebagai berikut :

Tangki Dengan Posisi Pengaduk Senter dan Tanpa Baffle

VIII. Daftar Pustaka

Djauhari, 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 Bandung

McCabe, W. L., Smith, J.C. and Harriot, P., 1993, “Unit Operation of Chemical

Engineering” 5 rd., hal 257-260, McGraw-Hill, Singapore

mixing

Documents