AGITASI DAN PENCAMPURAN 1. Tujuan Percobaan
Menjelaskan hubungan antar variabel dalam proses pencampuran.
Memahami pola sirkulasi pengadukan.
2. Dasar Teori
Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industri kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk mengurangi ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas, temperatur dan lain-lain. Pencampuran
dilakukan
dengan mendistribusikan
secara acak dua fasa atau lebih yang mula-mula heterogen sehingga menjadi campuran homogen. Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting, tidak hanya menentukan
derajat
homogenitas
yang
dapat
dicapai,
tapi
juga
mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak produk
tepat
dapat menyebabkan
yang dihasilkan.
konsumsi
energi berlebihan
dan merusak
Salah satu peralatan yang menunjang keberhasilan
pencampuran ialah pengaduk. ialah pengaduk. Hal yang penting dari tangki pengaduk dalam penggunaannya antara lain: 1. Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawahnya bawahnya cekung 2. Ukuran: yaitu diameter dan tinggi tangki 3. Kelengkapannya: a. ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki b. jacket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu c. letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu d. kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya.
Skema lengkap dari sebuah tangki berpengaduk sederhana
Sketsa dan dimensi tangki pengaduk sederhana Menurut aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan: 1.
Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan sumbu putaran
2.
Pengaduk tangensial
aliran radial yang akan menimbulkan
aliran yang berarah
dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Komponen aliran
tangensial menyebabkan timbulnya vortex dan terjadinya pusaran, dan dapat dihilangkan dengan pemasangan baffle atau cruciform baffle 3.
Pengaduk aliran campuran yang merupakan gabungan dari kedua jenis pengaduk di atas. Menurut bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan: 1.
Pr opeller
Kelompok ini biasa digunakan untuk kecepatan pengadukan tinggi dengan arah aliran aksial. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan yang
memiliki viskositas rendah dan tidak bergantung pada ukuran serta
bentuk tangki. Kapasitas sirkulasi yang dihasilkan besar dan sensitif terhadap beban head.
Dalam perancangan propeller, luas sudu biasa dinyatakan perbandingan
luas area yang terbentuk
dengan
dalam
luas daerah disk. Nilai
nisbah ini berada pada rentang 0.45 sampai dengan 0.55. Pengaduk propeler terutama menimbulkan aliran arah aksial, arus aliran meninggalkan
pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah
tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki. 2. Turbine Istilah turbine ini diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa memandang rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turb ine merupakan pengaduk dengan sudu tegak datar dan bersudut konstan. Pengaduk jenis ini digunakan pada viskositas fluida rendah seperti halnya pengaduk jenis propeller [Uhl & Gray, 1966]. Pengaduk turbin menimbulkan aliran arah radial dan tengensial. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar fluida. Salah satu jenis pengaduk turbine adalah pitched blade. Pengaduk jenis ini memiliki sudut sudu konstan. Aliran terjadi pada arah aksial, meski demikian terdapat pule aliran pada arah radial. Aliran ini akan mendominasi jika sudu berada dekat dengan dasar tangki. 3.
Pa ddles
Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu, horizontal atau vertical, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle. Pengaduk padel menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan hampir tannpa gerak vertikal sama sekali. Arus
yang bergerak ke arah
horisontal setelah mencapai dinding akan dibelokkan ke atas atau ke bawah. Bila digunakan pada kecepatan tinggi akan terjadi pusaran saja tanpa terjadi agitasi.
Bentuk-bentuk pengaduk (a) pengaduk paddle (b) pengaduk propeller (c)pengaduk turbine Waktu Pencampuran
Pencampuran zat cair yang mampu bercampur (miscible) dalam tangki sangat cepat dan turbulen. Impeller dapat menghasilkan kecepatan tinggi dan fluida bercampur baik disekitar impeller karena adanya aliran turbulen yang kuat. Bila aliran berjalan lambat mengarah kedinding, maka terjadi pergolakan yang besar yang berubah menjadi kecil, akan terjadi sirkulasi ke arah pusat impeller sehingga terjadi pencampuran. Waktu pencampuran dapat diperkirakan dari korelasi aliran total yang dihasilkan dari beberapa jenis impeller. Untuk turbin berdaun enam standar, waktu pencampuran adalah : q = 0,92 n Da 3 (Dt/Da) TT = 5 v / ∑ = 5(n 2H/4)(1/0,92 n Da 2 Dt) nTT = (Da/Dt)2 (Dt/H) = Konstan = 4,3 Digunakan untuk tangki dan impeller tertentu, atau untuk berbagai sistem secara geometri serupa. Waktu pencampuran diperkirakan berbanding terbalik dengan kecepatan pengaduk. Digunakan untuk turbin dengan(Da/Dt) = 1/3 dan (Dt/H) = 1, dan harga HTT adalah 36. Korelasi umum untuk menentukan waktu pencampuran oleh “Noorwood dan Metzer” adalah :
⁄ ⁄ ⁄ ⁄
⁄
Untuk propeller adalah :
⁄ ⁄
⁄
Untuk Da/Dt = 0,07 – 0,18
3. Alat dan Bahan Yang Digunakan
a. Alat : Viscometer Stopwatch Piknometer Termometer Gelas kimia 1000 mL Gelas kimia 250 mL
Gelas ukur 50 mL Pengaduk tipe jangkar b. Bahan : Tepung kanji Aquades NaOH 2M H2SO4 2M Indikator PP
4. Prosedur Percobaan 1. Menimbang 500 gr tepung kanji, lalu dilarutkan dalam 2 L air mendidih. 2. Memasukkan ± 13 Liter air ke dalam bejana atau tangki. 3. Lalu memasukkan larutan kanji ke tangki berpengaduk (tangki pencampur) dan menambahkan 5 mL indikator PP. 4. Menentukan berat jenis, suhu, dan viskositas larutan. 5. Menambahkan 30 mL Naoh 2M lalu mengatur kecepatan motor bersamaan pengaduk pada 80 rpm. 6. Mencatat waktu perubahan warna hingga perubahan warna merata. 7. Menetralkan campuran dengan menambahkan 30 mL H 2SO4 2M bersamaan dengan menjalankan stopwatch, lalu waktu penetralan dicatat. 8. Selanjutnya menentukan berat jenis, tempratur, dan viskositas campuran. 9. Mengulangi percobaan dengan variasi kecepatan pengaduk 100 rpm dan 120 rpm.
5. Data Pengamatan a. Variabel tetap Panjang jangkar Diameter tangki Diameter pengaduk
: 40 cm : 28 cm : 24 cm
b. Variabel bebas Kecepatan pengaduk : 80, 100, dan 120 rpm c. Tabel pengamatan No
Kecepatan
Viskositas (Cp)
Densitas gr/ml
NRe
Waktu Perubahan (s) NaOH
H2SO4
Suhu (0C)
1
awal
47,36
0,9832
-
-
-
35
2
80
43,53
0,9832
1,7346.10
229,32
181,37
35
3
100
37,23
0,9832
2,5352.10
159,86
109,58
36
4
120
34,22
0,9832
3,3098.10
73,77
68,11
36,5
d. Tabel pengamatan Berat Jenis Massa Piknometer Kosong (gr)
Volume Piknometer
31,1
24,8175
Massa Piknometer + campuran (gr) awal
80 rpm
100 rpm
120rpm
55,5
55,5
55,5
55,5
Densitas (gr/mL) 0,9832
e. Tabel pengamatan Viskositas No 1 2 3
Densitas dan Diameter
Bola
Gelas Boron Silika
Waktu pergerakan bola (s)
Kecepatan pengaduk
2,2 dan 15,3 ± 0,05
4
1
2
3
4
Viskositas (cP)
awal
0,33
0,5
0,39
0,51
47,36
80 rpm
0,38
0,51
0,44
0,26
45,53
100 rpm
0,22
0,49
0,33
0,32
37,23
120 rpm
0,33
0,23
0,26
0,43
34,22
6. Perhitungan a. Pembuatan larutan -
H2SO4 2M 250 mL
-
M1 = = = 18,38 M
M1 . V1 = M2 . V2 18,38M . V1 = 2M . 250 mL V1 =
= 27,2 mL -
NaOH 2M 250MmL Gr = M x V x BM
b. Pengukuran densitas -
Volume piknometer =
=
= 24,8175 cm3
-
ρ kanji awal = =
= 0,9832 gr/cm3 = = 0,9832 gr/cm 3
-
ρ kanji 80 rpm =
-
ρ kanji 100 rpm =
= = 0,9832 gr/cm 3
-
ρ kanji 120 rpm =
= = 0,9832 gr/cm 3
c. penentuan viskositas dan bilangan reynold -
pada larutan kanjji murni t rata-rata = 0,4325 s ɳ = k (ρ bola – ρ kanji) t = 0,09 mPa.S.cm3/gr.S. (2,2 gr/cm3-0,9832gr/cm3) 0,4325S = 0,04735 mPa.S = 47,36 cP
bilangan reynold dik Da = 24cm NRE = =
=1,7346 x 10 6 -
pada kecepatan 100rpm t rata-rata = 0,34s ɳ = k (ρ bola – ρ kanji) t = 0,09 mPa.S.cm3/gr.S. (2,2 gr/cm3-0,9832gr/cm3) 0,34S = 0,03723 mPa.S = 37,23 cP
bilangan reynold dik Da = 24cm NRE = =
=2,5352 x 10 6 -
pada kecepatan 120rpm t rata-rata = 0,3125 s ɳ = k (ρ bola – ρ kanji) t = 0,09 mPa.S.cm3/gr.S. (2,2 gr/cm3-0,9832gr/cm3) 0,3125S = 0,03422 mPa.S = 34,22 cP
bilangan reynold dik Da = 24cm NRE = =
=3,3098 x 10 6
d. waktu penetralan secara teoritis NRE 1 = 1,7346 x 10 6 NRE2 = 2,5352 x 10 6 NRE3 = 3,3098 x 10 6 Jika NRE > 103 maka nilai ntT sebesar 36 Waktu penetralan untuk masing-masing kecepatan yaitu :
80 rpm tT =
100 rpm tT =
= = 27 S
= = 21,6 S
120 rpm tT =
= = 18 S
e. Persen kesalahan yang diperoleh
80 rpm % kesalahan = =
x 100 %
x 100%
= 85,11%
100 rpm % kesalahan = =
x 100 %
x 100%
= 80,28%
120 rpm % kesalahan = =
x 100 %
x 100%
= 73,57%
7. Analisa Dari percobaan yang telah dilakukan dapata dianalisa bahwa percobaan ini bertujuan untuk menjelaskan hubungan antar variabel proses dalam pencampuran dan memahami pola sirkulasi pengadukan . pada percobaan ini untuk melakukan pencampuran ndan pengadukan dilakukan dengan menggunakan tepung kanji. Tepunh kanji yang telah dilarutkan dimasukkankedalam agitator. Didalam agitator tipe pengaduk yang digunakan adalah tipe pengaduk jangkar. Bentuk in i menimbulkan pola aliran tangensial dengan jumlahn putaran rendah, daerah operasi dekat dengan dinding tangki. Setelah ditambha dengan indikator pp dan larutan sudah merata, lalu menentukan berat jenis, suhu dan viskositas larutan selama 4 variasi. Dan didapatkan viskositas cairan yaitu 47,36 cP. Lalu menambahkan 30mL NaOH 2M kedalam larutan tadi dan saat penampuran waktu yang didapatkan hingga campuran warna merata yaitu 229,32 menit. Pencampuran zat cair yang mampu bercampur dalam tangki berlangsung cepat dalam turbulen. Setelah itu menetralkan larutan dengan 30mL H2SO4 2M dan berasamaan juga menghitung waktu yang didapatkan saat pencampuran larutan, dan larutan kembali netral yaitu181,37 menit. Kemudian menentukan kembali harga berat jenis, suhu campuran dan viskositas yaitu 0,9832 gr/cm3, 35oC dan 43,53 cP. Percobaan tersebut dilakukan pada 80rpm. Setelah itu mengulangi percobaan dengan 100rpm , 120rpm. Dan didapatkan bahwa semakin besar putaran, maka viskositas cairan semakin kecil. Saat penambahan NaOH maupun H2SO4, waktu yang diperlukan agar campuran merata, semakin besar kecepatan putaran maka waktu yang dibutuhkan
juga sedikit. Impeller dapat menghasilkan kecepatan tinggi dan fluida beracampur dengan baik disekitar impeller karena adanya aliran turbulen yang kuat. Dan secara teori didapatkan ntT sebesar 36. Waktu pencampuran praktek lebih banyak daripada teori, dikarenakan proses pencampuran yang lambat menyebar dan penambahab H2SO4 yang tak bersamaan sehingga didapatkan% kesalahan yang cukup besar.
8. Kesimpulan 1. Pola aliran yang dihasilkan dari pengaduk tipe jangkar adlah pola aliran radial dengan arah putaran tangensial. 2. Semakin tinggi kecepatan pengadukan, viskositas campuran semakin menurun. 3. Kecepatan pengaduk tidak mempengaruhi densitas campuran.
LAPORAN TETAP SATUAN OPERASI AGITASI DAN PENCAMPURAN
DI SUSUN OLEH : NAMA
: EKA ANDRIAN SAPUTRA RAHMAT AKBAR MUZATA RUTH PURNAMASARI SENJA DEWI KINANTI TRI RAHMA AGUSTIANI YUSERLI
KELAS
: 3 KA
KELOMPOK : 3
TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
TAHUN AKADEMIK 2013-2014
