LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN
2014/2015Modul: MixingPembimbing : Emma Hermawati,Ir.,MTPraktikum:
04 Mei 2015Penyerahan: 11 Mei 2015
Oleh :Kelompok: 1 (Satu)Nama: 1. Aas Nurhasanah(131411001)2.
Imtihani Fauziah(131411011)3. Sahara Tulaini(131411025)4. Rima
Agustin M(131411061)Kelas: 2A
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK
KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015
1. PENDAHULUAN1.1. Latar BelakangPengadukan (agitation) adalah
pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkanreduksigerakan pada
bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana. Gerakan
hasil reduksitersebut mempunyai pola sirkulasi. Akibat yang
ditimbulkan dari operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran
(mixing) dari satu atau lebih komponen yang teraduk. Ada beberapa
tujuan yang ingin diperoleh dari komponen yang dicampurkan, yaitu
membuat suspensi, blending, dispersi dan mendorong terjadinya
transfer panas dari bahan ke dinding tangki. Pada industri kimia
seperti proses katalitik dari hidrogenasi, pengadukan mempunyai
beberapa tujuan sekaligus. Pada bejana hidrogenasi gas hidrogen
disebarkan melewati fasa cair dimana partikel padat dari katalis
tersuspensi. Pengadukan juga dimaksudkan untuk menyebarkan panas
dari reaksi yang dipindahkan melalui cooling coil dan jaket.
1.2. 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 diperluakn dalam pencampuran sampai homogen.
Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan.
2. LANDASAN TEORIPengadukanadalah pemberian gerakan tertentu
sehingga menimbulkan gerakan reduksi pada bahan, biasanya terdapat
pada suatu tempat atau wadah seperti bejana atau operasi yang
menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti
molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar
(terdispersi). Pencampuranadalah 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.Alat-alat yang diperlukan dalam proses
mixing adalah :
1. Wadah (Tangki/Bejana)Biasanya berbentuk silinder dengan sumbu
terpasang vertical. Bagian atas tangki bisa terbuka maupun
tertutup. Bagian bawah (bottom end) dibuat melengkung (cembung)
agar tidak terjadi stagnasi (penumpukan di sudut bejana) dan agar
tidak terdapat terlalu banyak daerah yang sulit ditembus arus zat
cair. Kedalaman zat cair biasanya hampir sama dengan diameter
tangki (h d). Syarat tangki antara lain :a. Bahan tangki tidak
bereaksi dengan bahan yang digunakanb. Ukuran tangki pengadukc.
Harus bisa memuat volume bahand. Ketahanan bahane. 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 htf. Bahan bejana terbuat dari bahan inert dan cukup kuat.Di
dalam tangki dipasang impeller pada ujung poros menggantung,
artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh
motor. Tangki itu biasanya diperlengkapi pula dengan lubang masuk
dan lubang keluar, dan sumur untuk menempatkan thermometer.Syarat
tertentu bejana :
dthhtKet : ht : tinggi tangki dt : diameter tangki h : tinngi
cairan
2. Pengaduk (Agitator) Agitator terdiri dari 3 komponen, yaitu
:a. Motor, berkaitan dengan kebutuhan daya untuk mendorong
impeller, yang berfungsi sebagai penggerak porosb. Sumbu (shaft).
karena fungsinya untuk menahan momen daya, maka sumbu harus kuat
dan bahannya harus inert.c. Impeler (sudu), jenis impeler
bermacam-macam.
Jenis-jenis PengadukSecara umum, terdapat tiga jenis pengaduk
yang biasa digunakan secaraumum, yaitu pengaduk baling baling,
pengaduk turbin, dan pengaduk dayung. Pengaduk jenis
baling-baling(propeller)Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa
digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.Gambar
6Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400
hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan
dengan viskositas rendah.
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 7Pengaduk 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.
Pengaduk TurbinPengaduk 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
8Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar45o, 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.
(e)(d)(c)(b)(a)
Ket :(a). propeller(b).turbin(c). paddle (jenis jangkar)(d).
Paddle (jenis dayung)(e).RibbonKriteria mixer yang baik adalah :
Hasilnya homogen (prioritas utama) Waktu pengadukan untuk
menghasilkan campuran yang homogen singkat Daya listrik yang
rendahYang juga perlu diperhatikan adalah mengenai ukuran mixer dan
jumlah mixer yang dibutuhkan.3. Alat Bantu lain (Bufflet atau
sirip)Bufflet digunakan supaya dalam tangki terjadi pengadukan yang
intensif juga menghilangkan stagnasi.
Kebutuhan Daya PengadukBilangan ReynoldBilangan 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 = dnsitas fluida = viskositas
fluidaDalam 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 hingga104dan transisi berada diantara
keduanya.
Laju dan Waktu PencampuranWaktu 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 tangkib. Pola
pemasangan : Center, vertikal Off center, vertical
Miring(inclined)dari atas Horisontal Jumlah daun pengaduk Jumlah
pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk2. 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.
3. PERCOBAAN3.1 Alat dan BahanTabel 3.1.1 Alat, Spesifikasi dan
Jumlah yang akan digunakanAlatSpesifikasiJumlah
Stopwatch-1 buah
Piknometer-1 buah
Viscometer-1 buah
Tachometer-1 buah
Termometer-1 buah
Gelas kimia250 mL1 buah
Gelas kimia2000 mL1 buah
Gelas ukur501 buah
Stopwatch-1 buah
Tabel 3.1.2 Bahan dan Jumlah yang akan digunakanBahanJumlah
Tepung kanji500 gram
Aquades-
NaOH 2 M30 mL
H2SO4 2 M30 mL
Phenolphtalin (indikator PP)-
Cengkeh/Kacang HijauSecukupnya
3.2 Prosedur Percobaan3.2.1 Pola Aliran Dari Pengadukan
3.2.2 Waktu Pengadukan
3.3 Tabel DataPola Aliran Hasil PengadukanTipe pengaduk yang
digunakan: marine propeller 1/3Diameter Pengaduk (Da): 11
cmDiameter Tangki (Dt): 30 cmTinggi Tangki (H): 90 cm RPM :
Tampak AtasTampak Samping
Skala 1
Skala 3
Skala 4,5
Skala 6Skala 2
Skala 4
Skala 5
Skala 1
Skala 3
Skala 4,5
Skala 6Skala 2
Skala 4
Skala 5
Dari hasil regresi tersebut, dapat menentukan skala putaran
untuk setiap putaran yang sudah ditentukan. Skala putaran dan
putaran yang dihasilkan dari perhitungan hasil regresi adalah
sebagai berikut. N (rpm)Skala
8026
10059
12092
140124
160157
4.1.2 Waktu Pengadukan Massa piknometer kosong= 21,63 grMassa
piknometer + air= 46,03 grMassa air= 24,4 grMassa piknometer +
slurry= 48,41 grMassa slurry= 26.78 grSuhu= 27 CAcuanDensitas
(kg/m3)Viskositas (Pa.s)
Air9760,108
Slurry1071,20,140
N (Rpm)T1 (C)(kg/m3)(Pa.s)t1 (detik)T2 (C)(kg/m3)(Pa.s)t2
(detik)
802710720,150182710720,15036
1002710760,170152610760,17034
120261080,80,18014261080,80,18032
140261082,80,19013261082,80,19024
160261087,20,20012261087,20,20022
4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Data Pengamatan4.1.1 Pola Aliran
Hasil PengadukanTipe pengaduk yang digunakan: marine propeller
1/3Diameter Pengaduk (Da): 11 cmDiameter tangki (Dt): 30 cmTinggi
tangki (H): 90 cmData pengamatan untuk putaran dan skala putaran
adalah sebagai berikut.SkalaRPM
61,90
70,910
77,920
82,430
9040
93,150
99,560
y = 1.6322x - 104.24Dari hasil regresi tersebut, dapat
menentukan skala putaran untuk setiap putaran yang sudah
ditentukan. Skala putaran dan putaran yang dihasilkan dari
perhitungan hasil regresi adalah sebagai berikut. N (rpm)Skala
8026
10059
12092
140124
160157
4.1.2 Waktu Pengadukan Massa piknometer kosong= 21,63 grMassa
piknometer + air= 46,03 grMassa air= 24,4 grMassa piknometer +
slurry= 48,41 grMassa slurry= 26.78 grSuhu= 27 CAcuanDensitas
(kg/m3)Viskositas (Pa.s)
Air9760,108
Slurry1071,20,140
N (Rpm)T1 (C)(kg/m3)(Pa.s)t1 (detik)T2 (C)(kg/m3)(Pa.s)t2
(detik)
802710720,150182710720,15036
1002710760,170152610760,17034
120261080,80,18014261080,80,18032
140261082,80,19013261082,80,19024
160261087,20,20012261087,20,20022
Keterangan:T1, t1 setelah penambahan NaOHT2, t2 setelah
penambahan NaOH dan H2SO41. Menghitung bilangan Reynold kecepatan
putaran 80 rpm
115,01
RPMt1 (t NaOH) (detik)t2 (t H2SO4)(detik)Nre
801836115,01
1001534127,89
1201432145,31
1401324160,67
1601222175,62
2. Menghitung Blending time factor kecepatan putaran 80 rpm
ft= 580= 580 x 0,22 x 0,57 x 0,49= 35,64RPMt1 (t NaOH)
(detik)Waktu pengadukant2 (t H2SO4)(detik)Blending timeNre
80185803635,64115,01
100155603432,30127,89
120145003226,96145,31
140134302422,11160,67
160124102220,05175,62
3. Menghitung bilangan Reynold t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4)
kecepatan putaran 80 rpm
115,01 kecepatan putaran 100 rpm
127,89 kecepatan putaran 120 rpm
145,31 kecepatan putaran 140 rpm
160,67 kecepatan putaran 160 rpm
175,62RPMt1 (t NaOH) (detik)t2 (t H2SO4)(detik)Nre
801836115,01
1001534127,89
1201432145,31
1401324160,67
1601222175,62
4. Menghitung Blending time factor
t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm
ft= 580= 580 x 0,22 x 0,57 x 0,49= 35,64 kecepatan putaran 100
rpm
ft= 560= 560 x 0,22 x 0,57 x 0,46= 32,30 kecepatan putaran 120
rpm
ft= 500= 500 x 0,22 x 0,57 x 0,43= 26,96
kecepatan putaran 140 rpm
ft= 430= 430 x 0,22 x 0,57 x 0,41= 22,11 kecepatan putaran 160
rpm
ft= 410= 410 x 0,22 x 0,57 x 0,39= 20,05RPMt1 (t NaOH)
(detik)Waktu pengadukant2 (t H2SO4)(detik)Blending timeNre
80185803635,64115,01
100155603432,30127,89
120145003226,96145,31
140134302422,11160,67
160124102220,05175,62
4.2 PembahasanPada percobaan kali ini dilakukan proses
pencampuran dan pengadukan. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk
mengetahui pola aliran yang terbentuk didalam tangki oleh pengaduk,
membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu pengadukan (ntT)
dan blending time (ft), dan menentukan daerah rezim aliran operasi
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 biji cengkeh ke
dalam tangki untuk melihat pola aliran yang terbentuk dengan
menggunakan jenis pengaduk marine propeller atau three
blades.Praktikum dibagi menjadi dua bagian, pertama adalah untuk
mengetahui pola aliran dari pengadukan dan yang kedua adalah untuk
mengetahui watu pegadukan dan pencampuran pada alat pengaduk.
Masingmasing bagian itu dilakukan pada beberapa variasi, dengan
perbedaan kecepatan pengaduk pada setiap variasinya.Pada percobaan
mixing dilakukan pada tujuh variasi kecepatan putaran pengaduk
(rpm). Dari hasil perobaan dapat terlihat bahwa semakin besar
kecepatan putaran yang digunakan maka semakin cepat proses
pencampuran berlangsung dan pola aliran semakin tidak beraturan.
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 kemudian 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. Berdasarkan data-data yang didapat dari
pengamatan, kemudian dilakukan perhitungan Bilangan Reynolds. Hasil
dari perhitungan bilangan Reynolds tersebut kemudian dimasukan
kedalam grafik mixing time factor vs Reynolds numbers menggunakan
grafik propeller Da/Dt = 1/3 , sehingga akan didapatkan nilai dari
mixing time factor sesudah proses penambahan NaOH dan asam sulfat.
Setelah didapatkan harga mixing time factor tersebut kemudian
dilakukan perhitungan waktu pencampuran dengan menggunakan
persamaan yang diberikan oleh Norwood dan Metzner. Nre menunjukan
seberapa cepat putaran pengadukan. Semakin besar Nre maka semakin
cepat putaran pengaduk dan medekati rezim aliran turbulen. Grafik
yang dibentuk adalah perbandingan antara mixing time factor dengan
bilangan Reynolds. Dari grafik tersebut didapat bahwa semakin besar
Nre maka waktu yang diperlukan untuk pencampuran dan homogenisasi
semakin cepat. Dari dua grafik tersebut dapat dilihat bahwa mixing
time factor berbanding lurus dengan blending time factor. Semakin
besar Nre maka semakin semakin cepat mixing time factor dan
blending time factor yang digunakan.Dari grafik dapat disimpulkan
bahwa semakin besar Nre maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan
untuk proses pencampuran. 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.
5. SIMPULAN Semakin besar kecepatan pengadukan maka bilangan
Reynolds nya semakin besar. Semakin besar kecepatan pengadukan maka
waktu pengadukannya semakin kecil. Semakin besar kecepatan
pengadukan maka blending time nya semakin kecil. Semakin cepat
putaran pengaduk maka semakin singkat waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai kondisi homogen. Semakin besar nilai Bilangan Reynolds
maka semakin singkat pula waktu dibutuhkan untuk mencapai kondisi
homogen. Aliran pengadukannya termasuk rezim aliran turbulen karena
nilai NRe yang diperoleh dari perhitungan lebih besar dari 10
DAFTAR PUSTAKADjauhari, A., 2002,Peralatan Kontak dan Pemisah
Antar Fasa , Diktat Kuliah, hal 55-59, Teknik Kimia Politeknik
Negeri Bandung.Jobsheet Praktikum Satuan Operasi modul agitasi dan
mixing. Politeknik Negeri Bandung: Bandung. 2003.Kurniawan, Rahmat.
2013. Pengadukan dan Pencampuran.
http://tekimku.blogspot.com/2011/08/pengadukan-dan-pencampuran.html.
Diunduh pada 10 Mei 2015.McCabe, Warren L dkk. 1999. Operasi Tenik
Kimia Jilid 1. Erlangga: Jakarta.
LAMPIRANNoGambarKeterangan
1.Percobaan untuk menentukan pola aliran dari pengadukan
2.Larutan kanji dimasukkan ke dalam bejana
3.Penambahan larutan NaOH ke dalam larutan kanji menyebabkan
perubahan warna
4.Penambahan larutan H2SO4 ke dalam larutan kanji menyebabkan
perubahan warna pada larutan kembali seperti semula
5.Motor Pengaduk
6.Skala kecepatan putaran pengaduk
Perhitungan1. Menghitung bilangan Reynold t 1 (t NaOH)dan t2 (t
H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm
115,01 kecepatan putaran 100 rpm
127,89 kecepatan putaran 120 rpm
145,31 kecepatan putaran 140 rpm
160,67 kecepatan putaran 160 rpm
175,62
2. Menghitung Blending time factor
t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm
ft= 580= 580 x 0,22 x 0,57 x 0,49= 35,64 kecepatanputaran 100
rpm
ft= 560= 560 x 0,22 x 0,57 x 0,46= 32,30 kecepatanputaran 120
rpm
ft= 500= 500 x 0,22 x 0,57 x 0,43= 26,96
kecepatanputaran 140 rpm
ft= 430= 430 x 0,22 x 0,57 x 0,41= 22,11 kecepatanputaran 160
rpm
ft= 410= 410 x 0,22 x 0,57 x 0,39= 20,05