*PENCAMPURANPenggabungan secara mekanis bertujuan menyatukan bahan bahan, dalam hal ini dibedakan :

Pencampuran untuk mendapatkan distribusi komponen yang homogen. Pencampuran sendiri diartikan sebagai proses menghimpun dan membaurkan bahan-bahan, hal ini dibutuhkan gaya mekanik untuk menggerakkan bahan. Gaya mekanik diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun oleh alat pencampur. Aglomerasi untuk memperbesar dimensi partikel

*Dalam hal pencampuran perlu diperhatikan hal-hal yang diperlukan dalam pencampuran antara lain :Tujuan PencampuranDerajat pencampuranFaktor yang mempengaruhi proses pencampuranKeadaan agregasi saat pencampuranJenis pencampuranPemilihan alat pencampuranSegi keselamatan dalam pencampuran

*I. Tujuan PencampuranDua jenis bahan atau lebih yang sebelumnya dalam keadaan terpisah dihimpun dan disatukan sehingga diperoleh campuran homogen dan mempunyai komposisi bahan seperti yang dikehendaki. Homogen berarti untuk volume campuran yang sangat kecilpun, komposisi tersebut sesuai dengan perbandingan bagian antar bahan yang dimasukkan.

Pencampuran merupakan salah satu proses terpenting dalam industri kimia, dimana tujuan pencampuran antara lain : Menghasilkan campuran bahan dengan komposisi tertentu dan homogen.

*Mempertahankan kondisi campuran selama proses kimia dan fisika agar tetap homogen, mempunyai luas permukaan kontak antar komponen yang besar menghilangkan perbedaan konsentrasi dan perbedaan suhu, mempertukar panas, mepertukarkan panas, mengeluarkan, secara merata gas-gas dan uap-uap yang timbul.

Menghasilkan bahan setengah jadi agar mudah diolah pada proses selanjutnya, atau menghasilkan produk akhir ( produk komersial ) yang baik.

*2. Derajat Pencampuran :Pendistribusian bahan yang satu ke dalam yang lain mula-mula berlangsungsung cepat, kemudian semakin lambat dengan bertambahnya waktu.

100 %

Waktu

*Distribusi yang sempurna, yaitu derajat pencampuran 100 % yang sering sulit tercapai di dalam praktek.

Berdasarkan alasan ekonomi, proses pencampuran segera dihentikan jika distribusi bahan dalam campuran sudah memenuhi syarat penggunaan selanjutnya.

3. Faktor yang mempengaruhi Proses Pencampuran

Faktor yang mempengaruhi proses pencampuran, dalam arti mempengaruhi derajat pencampuran dan derajat pencampuran dan energi yang diperlukan untuk pencampuran adalah : A. Laju Aliran, B. Ukuran Partikel / Luas Permukaan / Berat Jenis C. Kelarutan / Viskositas.

*

Kelarutan / Viskositas

Turbulensi / Laju Alir Ukuran partikel / Berat Jenis

Derajat dan WaktuPencampuranKonsumsi Energi

*

A. Laju Aliran

Aliran yang turbulen dan laju alir bahan yang tinggi biasanya menguntungkan proses pencampuran. Aliran yang laminer dapat menggagalkan pencampuran.

Alat pencampur diusahakan agar tidak mempunyai ruang mati ( dead space ), yaitu ruang dengan kecepatan bahan yang teramat kecil. Alat pencampur putar ( rotated equipment ) atau yang memiliki bagian yang berputar biasanya dilengkapi dengan penggerak terkendali.

Pengendalian dimaksudkan untuk dapat mengatur laju alir bahan supaya sesuai dengan masalah pencampuran yang dihadapi.

*B. Ukuran Partikel / Luas permukaan / Berat Jenis

Semakin luas permukaan kontak bahan-bahan yang harus dicampur, yang semakin kecil partikel akan semakin mudah gerakannya di dalam campuran, maka proses pencampuran akan semakin baik.

Perbedaan yang besar dalam ukuran dan kerapatan partikel dari bahan yang akan dicampur mempersukar proses pencampuran.

Selama pencampuran sering terjadi efek-efek pengecilan ukuran partikel, besarnya efek sangat tergantung dari jenis alat pencampur, jenis campuran.

*C. Kelarutan / Viskositas

Semakin besar kelarutan bahan-bahan yang akan dicampur satu terhadap lainnya, semakin baik pencampurannya. Pada saat pelarutan terjadi peristiwa diffusi, diffusi dipercepat adanya aliran.

Kelarutan pada umumnya lebih besar pada temperatur tinggi dengan pengecualian kelarutan gas dalam cairan.

Beberapa faktor lain yang mempengaruhi proses pencampuran : Viskositas, Jenis Bahan, Urutan pengumpanan bahan, dan bahan penolong.

*4. Keadaan Agregasi pada Pencampuran

Bahan-bahan yang akan dicampur dapat berada dalam satu, dua atau tiga keadaan agregasi yang berlainan. Keadaan agregasi adalah bentuk penampilan materi yang dapat berupa gas, cairan atau padatan. Sehubungan dengan itu maka campuran dapat memperlihatkan sifat-sifat yang sangat berbeda satu sama lain dan memerlukan persyaratan tertentu pada pemilihan alat pencampur.

Lebih menguntungkan jika metode pencampuran, alat pencampur maupun campuran yang terbentuk diklasifikasi berdasarkan keadaan agregasi komponen utama ( berarti juga keadaan agregasi campuran yang terbentuk ).

Didalam teknik kimia, gas yang dialirkan ke dalam cairan yang berjumlah besar tidaklah serupa dengan cairan yang dialirkan ke dalam gas yang berjumlah besar.

Dalam bab selanjutnya misalkan CAIR / CAIR , yang berarti bahwa pada proses pencampuran tersebut Cairan merupakan komponen utama dan campuran yang terbentuk memiliki karakter Cairan.

5. Jenis-jenis Campuran

Tergantung pada besarnya partikel dan kelarutan bahan-bahan yang dicampur, sebagai hasil pencampuran dapat terbentuk campuran Heterogen, Koloid, atau Larutan Sejati.*

*

Jika sebagian bahan tidak larut dalam bahan kedua yang homogen, maka campuran dinamakan dispersi, dan proses proses pencampuran disebut pendispersian.

Dalam Dispersi terdapat bahan terdispersi yang disebut fasa dispers dan bahan pendispersi yang disebut fasa kontinu. Proses untuk memperkecil ukuran fasa dispers disebut homogenasi.

Tabel : Campuran dan Metode Pencampuran

NoKomp. UtamaCamp. Heterogen dan Metode PencampuranKoloid Metode PencampuranLar. Sejati Metode Pencampuran1Padat / PadatSerbukPencampuran Kering2Padat / CairPastaPengulian3Padat / GasUnggun FluidisasiCamp. Pneumatik

*

Tabel : Campuran dan Metode Pencampuran

NoKomp UtamaCamp. Heterogen dan Metode PencampuranKoloid Metode PencampuranLar. Sejati Metode Pencampuran

4Cair / PadatSuspensi KasarPengadukanSuspensi HalusPengadukanLarutanPengadukan5Cair / CairEmulsi KasarPengadukanEmulsi HalusPengadukanLarutanPengadukan6Cair / GasBusa KasarPembusaanBusa HalusPembusaanLarutanPemberian Gas7Gas / PadatDebuPenyemburanAsap8Gas / CairTetesanPenyemburanKabut9Gas / GasCampuran GasMencamp. Dengan Semburan

*Campuran Heterogen mengandung paling sedikit satu komponen yang ukurannya paling besar berarti setiap paket molekul terdiri atas lebih 109 molekul dan memiliki diameter yang lebih besar dari 10-5 cm. Jika komponen yang besar ini terdistribusi dalam bahan lain yang homogen, maka campuran disebut dispersi kasar.

Koloid terdiri dari partikel halus yang tersuspensi di dalam bahan kedua yang homogen. Tiap paket molekul kecil mengandung 103 109 molekul dengan diameter 10-3 10-5 cm. Koloid dikenal sebagai dispersi yang halus untuk mempertahankan sistem koloid sering diperlukan alat pencampur atau alat homogenasi khusus ( yang memberikan gaya geser dan efek pengecilan ). Serta bahan penolong ( yang mencegah partikel halus teraglomerisasi ) dan mengendap.

*Larutan sejati ialah campuran yang homogen dengan molekul yang terdispersi, seluruh komponennya berbentuk molekul-molekul tunggal (atau paket-paket molekul yang sangat kecil ) atau ion-ion. Pembuatan larutan sejati dikenal sebagai proses pelarutan. Kelarutan dan panas pelarutan sangat penting dalam proses ini. Energi yang diperlukan untuk melarutkan sering lebih rendah daripada yang dibutuhkan untuk membuat campuran heterogen dan koloid.

6. Pemilihan Alat Pencampur

Pemilihan alat pencampur dan juga metode pencampuran terutama didasarkan :Jenis bahan-bahan yang akan dicampur ( keadaan agregasi, besarnya partikel, dan kerapatan bahan ).

*b. Jenis campuran yang akan dibuat ( Campuran Heterogen / Koloid / Larutan Sejati , keadaan agregasi yang dominan , Viskositas ).

c. Jumlah campuran yang ingin dibuat

d. Derajat pencampuran yang ingin dicapai.

e. Maksud pembuatan pencampuran ( untuk proses kimia atau proses fisika dengan / tanpa pertukaran panas , bentuk komersial )

f. Sistem Operasi ( Kontinu atau terputus-putus )

7. Keselamatan

a. Bahaya cedera yang disebabkan oleh mesin yang berputar atau pada saat menghidupkan kembali mesin yang tidak diberi pengaman.

*b. Bahaya penyalaan bahan-bahan yang mudah terbakar karena adanya percikan api ( misalkan : sebagai akibat pelepasan muatan elektrostatik ) atau panas gesekan.

c. Bahaya reaksi kimia yang tidak diharapkan antara bahan-bahan yang akan dicampur ( pembentukan panas, kenaikkan tekanan ).

*Derajat Pencampuran

Jenis bahanTujuan Pencampuran

Jenis CampuranTerputus-putus

JumlahKontinu

KeselamatanGambar : Faktor Pengaruh pada pemilihan Alat Pencampur

A. Pencampuran Padat/Padat*Proses Pencampuran sering dilakukan setelah proses pengecilan ukuran. Dalam hal ini alat penggiling dan alat pencampur dapat dijadikan satu dalam suatu alat yang lebih besar.

Penguliran bahan padat dapat dilakukan dalam bejana berputar, dengan bejana yang berkedudukan tetap akan tetapi mempunyai perlengkapan pencampur yang berputar, ataupun pneumatik.

Bejana yang berputar

*

Bagian-bagian yang berputar

Pneumatik

Beberapa alat pencampur dengan bejana berputar :

Pencampur Tromol ( Tumbler Mixer )Pencampur Pusar ( Whirl Mixer )Pencampur Kerucut ( Cone Mixer )Pencampur V ( V Mixer )Pencampur Kocok ( Shake Mixer )

*Karena timbulnya gaya pada saat pencampuran, bagian penggerak maupun bantalan dari alat pencampur harus dibuat sangat kekar/kuat.

Faktor yang kurang menguntungkan dalam pencampuran :

a. Kadar kelembaban yang tinggi di dalam bahan atau sangat berbeda diantara bahan dapat mengakibatkan penggumpalan. Bahan tidak dapat ditaburkan tetapi melekat pada dinding.b. Muatan Elektrostatik pada bahan juga dapat menyebabkan penggumpalan khususnya pada partikel partikel kecil ( < 20 m ).c. Perbedaan mencolok dalam ukuran butir atau kerapatan bahan mempersulit pencampuran. Pola aliran yang kurang menguntungkan akan menyebabkan campuran terpisah kembali

*d. Ukuran butir yang sangat kecil mengakibatkan tahanan gesek yang tinggi sehingga waktu pencampuran lama.

e. Fraksi volume yang terisi terlalu besar ( > 2/3 volume bejana ), tidak memungkinkan penguliran bahan secara efektif.

f. Fraksi putaran bejana atau alat pencampur yang terlalu tinggi mengakibatkan bahan hanya berputar dalam bentuk lingkaran saja. Gerakan yang diinginkan ( gerakan jatuh ) tidak dapat tercapai.

Keselamatan KerjaBerbahaya untuk memasukkan anggota badan ke dalam alat pencampur yang sedang bekerja, berada terlalu dekat dengan bejana-bejana yang sedang berputar atau melakukan sesuatu pada alat pencampur yang sedang berhenti namun tidak memiliki pengaman terhadap penghidupan kembali. Pencegahan : Memasang kisi pengaman atau tabir optik penghalang mematikan arus.

*Bahaya menyalanya bahan yang mudah terbakar oleh percikan api ( Pelepasan muatan elektrostatika ) atau panas gesekan.

Pencegahan : Menghubungkan alat dengan bumi, menghem buskan gas inert kedalam bejana/reaktor, menghisap debu-debu yang terbentuk pada bagian masukkan dan keluaran alat.

*

Kelembaban Lepas Muatan Tinggi Elektrostatik

Ukuran ButiranKerapatanTidak SamaBerbeda

Fraksi Volume Frekuensi PutarTerlalu Besar Terlalu Tinggi

Pengaruh tak menguntungkan terhadap derajat pencampuran

*B. Pencampuran Padat/Cair

Proses pembuatan produk industri kimia yang siap untuk diperdagangkan dan pada pengolahan produk setengah jadi, seringbahan-bahan padat harus dicampurkan dengan sejumlah kecil cairan. Di sini dapat terbentuk bahan padat yang lembab atau campuran yang sangat viskos seperti pasta atau adonan. Acapkali pula cairan ( Atau bahan padat ) harus juga ditambahkan ke dalam pasta, adonan atau massa yang plastis tersebut.

Contoh :

a. Mencampur serbuk dengan cairan untuk membuat butiran-butiran ( Granulat ).

*b. Mencampur pasta pada industri farmasi dan kosmetika dengan bahan-bahan aktif.

Mencampur massa sintetik yang plastis dengan bahan-bahan penolong ( misalkan : Bahan pelunak, stabilisator, bahan pewarna )

Pada saat pencampuran bahan-bahan yang sangat viskos, artinya yang sukar mengalir, dibutuhkan gaya ( gaya geser ) yang besar untuk mencabik-cabik bahan. Bagian bahan yang sa-tu harus saling digesekkan dengan bagian yang lain, kemudian disatukan kembali. Proses demikian disebut Menguli .

Untuk maksud diatas alat yang digunakan alat yang disebut Penguli . Biasanya penguli memiliki perkakas campur, bantalan, dan penggerak yang sangat kekar.

*Rumah alat penguli seringkali mempunyai kemungkinan untuk dipanaskan dan didinginkan, serta dapat juga dibuka dan digulingkan.

Penguli dibuat dalam berbagai ukuran, sebagian dilengkapi dengan mesin penggerak.

Macam-macam alat Penguli Penguli bak gandaPenguli spiral Penguli adukPenguli gilas.

Keselamatan : Berbahaya untuk memasukkan anggota badan ke dalam penguli yang sedang dioperasikan atau memperbaiki mesin yang tidak bekerja namun tidak dilengkapi dengan pengaman terhadap penghidupan kembali.

C. Pencampuran Cair/Padat*Persiapan proses kimia dan fisika serta juga pada pembuatan produk komersial, seringkali cairan harus dicampur dengan bahan padat.Contoh :Pembuatan larutan atau mempertahankan padatan dalam keadaan tersuspensi ( Misalkan katalisator ) untuk reaksi-reaksi kimia.Pembuatan campuran heterogen untuk melangsungkan operasi perpindahan massa ( misalkan ekstraksi dari padatan, penghilangan warna dengan menggunakan karbon aktif )Pembuatan produk akhir yang komersial ( misalkan : Sirop, larutan untuk injeksi.Pencampuran cairan dan padatan akan menghasilkan suspensi.

Tetapi bila kelarutan padatan dalam cairan tersebut cukup besar akan terbentuk larutan larutan :*Suspensi Kasar ( Campuran Heterogen ) terdiri atas partikel-partikel padat yang relatif kasar dan terdistribusi merata didalam suatu cairan. Padatan tersebut melayang-layang dalam cairan. Campuran heterogen bersifat tidak stabil dan segera terpisah kembali begitu cairan tidak bergerak ( Misalkan : Karena pengadukan dihentikan ) 2. Suspensi halus ( Koloid ) Terdiri atas partikel-partikel padat sangat halus yang terdistribusi merata di dalam suatu cairan. Padatan tersebut melayang-layang dalam cairan, seringkali koloid hanya dapat dibuat dengan cara memperkecil ukuran partikel dari suspensi kasar. Untuk mempertahankan koloid digunakan bahan penolong yang ditambahkan biasa disebut pendispersi, hal ini untuk mencegah bersatunya partikel-partikel halus.

*Larutan sejati terbentuk apabila padatan terlarutkan dalam cairan, kemampuan terlarut hingga konsentrasi tertentu ( Jenuh ) yang biasanya tergantung pada temperatur. Larutan jenuh selalu mengandung sebagian padatan yang tidak larut. Semakin luas permukaan padatan , akan semakin besar permukaan kontak antara padatan dan cairan hingga semakin cepat terjadinya pelarutan. Karena cairan pada permukaan bahan padat merupakan cairan jenuh, perlu diusahakan untuk membawa cairan yang tidak jenuh secara terus menerus ke permukaan padatan. Hal ini dapat dilakukan dengan memberikan gerakan pada cairan.

Proses pelarutan pada umumnya diperce-pat oleh :

*Proses pelarutan pada umumnya dipercepat oleh :Suhu yang tinggi ( Pemanasan )Luas permukaan yang besar ( Pengecilan ukuran )Aliran turbulen ( Pergerakan )

Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dan padatan ( juga mencampur cairan dengan cairan atau dengan gas ) adalah dengan menggerakkan cairan ke dalam bejana/reaktor hingga turbulen. Gerakan turbulensi dapat dihasilkan oleh pengaduk atau pencampur getar. Metode lainnya adalah misalkan menggiling dengan memberikan tekanan, menghembuskan gas ke dalam bejana/reaktor, menggerakkan ( memutar/menggosok ) bejana/reaktor.Macam-macam Bejana/Reaktor :1. Bejana pengaduk, 2. Alat pengaduk, dan 3. Pencampur getar

*D. Pencampuran Cair/CairPencampuran cairan dengan cairan digunakan untuk mempersiapkan atau melangsungkan proses kimia dan fisika serta juga untuk membuat produk akhir yang komersial.Contoh :Membuat larutan atau membuat tetesan-tetesan cairan agar supaya tetap terdispersi dalam sistem untuk berlangsungnya reaksi-reaksi kimia.Membuat campuran heterogen sementara untuk perpindahan massa ( ekstraksi dari cairan ).Membuat produk akhir ( Misalkan : Sirop, larutan injeksi, obat tetes dll )

Pada pencampuran cairan dengan cairan akan terjadi emulsi, atau bila kelarutan cukup besar akan terjadi larutan sejati :

*Emulsi kasar ( Campuran Heterogen ) terdiri atas tetesan-tetesan cairan yang relatif besar yang melayang dan sedikit banyak terdistribusi secara merata didalam cairan yang lain. Emulsi ini tidak stabil segera terpisah kembali begitu aliran pendistribusi ( alat pengaduk ) berhenti. Semakin besar ukuran tetesan maka perbedaan kerapatan antar-cairan semakin besar, dan semakin tidak stabil.Emulsi halus ( Koloid ) Terdiri atas tetesan cairan yang sangat halus, yang melayang dan terdistribusi secara merata di dalam cairan lain. Sering kali turbulensi tidak cukup untuk menghasilkan tetesan ( fasa dispers ) yang cukup halus dan terdistribusi merata dalam cairan yang lain.Larutan sejati terbentuk apabila cairan yang satu dapat dilarutkan ke dalam cairan yang lain. Yang disebut sebagai bahan pelarut dalam hal ini ialah cairan jumlahnya lebih banyak.

*Kedua cairan dapat saling melarut tanpa batas ( berarti dapat dicampur dengan perbandingan yang diinginkan, misalkan air /etanol ), dimana kelarutan biasanya meningkat dengan naiknya temperatur.

Proses pelarutan dapat dipercepat dengan memperluas bidang kontak antar cairan dengan mengusahakan timbulnya aliran turbulen ( Re > 2300 ) di dalam bahan.

Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan cairan ialah dengan membuat turbulensi di dalam bejana/reaktor pengaduk, dengan alat pengaduk atau alat pencampur getar.

Metode lain adalah dengan penyemprot, pompa, menghembuskan gas dalam cairan, atau dengan mesin pengecil ukuran.

*E. Pencampuran Cair / GasUntuk proses kimia dan fisika tertentu gas harus dimasukkan ke dalam cairan, artinya cairan dicampur secara sempurna dengan bahan-bahan bentuk gas.

Contoh :Proses hidrogenasi, klorinasi dan fosgenasi.Oksidasi cairan oleh udara ( fermentasi , memasukkan udara ke dalam lumpur dalam instalasi penjernih biologis )Meningkatkan kadar ( melarutkan ) Gas dalam cairan ( Mis : HCl dalam Air, Oksigen dalam cairan.Membangkitkan sifat BUSA ( mis : Busa pemadam api )

Pada pencampuran cairan dengan gas akan timbul busa. Tetapi jika kelarutan cukup besar akan terbentuk larutan sejati.

*a. Busa kasar ( Campuran Heterogen ) terdiri atas gelembung-gelembung besar gas yang kurang lebih terdistribusi secara merata di dalam cairan. Karena kerapatan kecil, gas mempunyai kecenderungan untuk menghindar dari campuran, oleh sebab itu busa kasar sukar dibuat dan umumnya tidak stabil.

b. Busa Halus ( Koloid ) terdiri atas gelembung-gelembung gas yang sangat halus, yang terdistribusi secara merata didalam cairan. Membuat dan mempertahankan busa halus seringkali hanya mungkin dengan menambahkan zat pembusa ( Zat pembasah, yang menurunkan tegangan permukaan cairan ). Pembentukan busa acap kali terjadi tanpa diinginkan dan bersifat mengganggu, misalkan pada proses pengadukan ( Jika udara teradukkan ke dalam bahan ) atau pendidihan.

*Dengan penambahan zat anti busa ( Zat yang menaikkan tegangan permukaan cairan pembentukan busa yang tidak dikehendaki dapat dicegah. Zat anti busa hanya dapat digunakan jika tidak berpengaruh terhadap kualitas produk.

Larutan sejati terbentuk apabila gas dapat melarut di dalam cairan. Kelarutan gas di dalam cairan semakin besar jika temperatur semakin rendah dan jika tekanan semakin tinggi. Bila pada pelarutan gas dikeluarkan panas, maka proses pelarutan dapat dibantu dengan menyalurkan panas keluar ( Pendingin ).

Metode yang sering digunakan untuk mencampur cairan dengan gas adalah gerakan turbulen di dalam pengaduk atau pencampur getar.

*F. Pencampuran Gas / PadatPencampuran gas pada bahan padat termasuk proses yang jarang dilakukan. Proses tersebut yang paling penting bagaimana mendistribusikan bahan padat itu secara merata ke dalam gas yang mengalir kontinu. Pada pencampuran gas dengan bahan padat akan terjadi debu atau asap.

Debu ( campuran heterogen ) terdiri atas bahan padat yang relatif kasar, yang sedikit banyak terdistribusi secara merata di dalam suatu gas. Debu umumnya tidak stabil dan segera terpisah dari campurannya begitu arus pendistribusiannya berhenti mengalir.

b. Asap ( Koloid ) terdiri atas partikel-partikel padat yang sangat halus dan terdistribusi merata di dalam gas, artinya dipertahankan dalam keadaan tersuspensi.

*Asap umumnya bersifat stabil. Lamanya kestabilan tergantung dari kehalusan partikel-partikelnya. Distribusi yang lebih halus disebut uap.

Keselamatan : Bahaya penyalaan ( Kebakaran, ledakan, debu ) dari bahan padat yang mudah terbakar oleh percikan api, misalkanpada pelepasan muatan elektrostatik.

Pencegahan : Alat dibumikan, disemprot dengan gas inert, pencegahan debu yang tak diinginkan, penghisapan debu yang tidak dikehendaki.

*G. Pencampuran Gas / GasPencampuran gas dengan gas lainnya dilakukan pada pembuatan campuran bahan bakar yang berbentuk gas dalam alat pembakar dengan gas ( misalkan : campuran bahan bakar dengan udara )

Gas-gas mudah sekali dicampur dengan gas lain dengan beberapa perbandingan. Dalam hal ini selalu terbentuk larutan sejati

Metode yang terpenting untuk mencampur gas dengan gas ialah dengan alat injektor atau semprot.