LAPORAN TETAP

FLUID MIXING

Oleh:

Sthevanie 03101003001

Aris Budiyanto 03101003002

Ikhsan Abdi Kusuma 03101003019

David Susanto 03101003054

Atika Yusni Ferdina 03101003060

Kurniahadi 03101003076

Asisten : 1. Joseph Edbert Pardede

2. Jhonson Daniel Lumban Tobing

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

INDERALAYA

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Keberhasilan proses operasi kimia tergantung pada efektifitas

pencampuran dan pengadukan dari fluida. Pengadukan yang dilakukan akan

menyebabkan suatu material akan bergerak secara spesifik (tertentu), sedangkan

pencampuran adalah pendistribusian yang acak dan melalui satu atau yang lainnya

dari dua atau lebih phase. Suatu material yang homogen, seperti air dingin dalam

tanki yang penuh dalam tanki dapat diaduk tetapi tidak dapat dilakukan

pencampuran sebelum ditambahkan material lain ke dalam tanki. Jadi jelaslah

bahwa pengadukan (agitation) tidaklah sama dengan pencampuran (mixing).

Tidak seperti unit pengoperasian yang lainnya, proses pencampuran

dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti pemompaan, perpindahan

panas dan perpindahan massa secara cepat. Di dalam suatu proses industri pastilah

ada suatu proses pencampuran bahan baik itu bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas,

dan gas- padat. Pada proses ini kedua kondisi haruslah kita perlakukan

sebagaimana mestinya sesuai dengan harapan kita. Untuk sample yang

kuantitasnya masih kecil, kita dapat menggunakan media yakni bejana, tangki,

dan bahan dimasukkan kedalamnya dan untuk meratakan pencampuran atau

pengadukan kita aduk dengan kayu, atau pengaduk dengan tenaga manusia yang

tidak konstan. Dalam lingkup kecil ini homogenitas atau keseragaman mungkin

tidak jadi suatu masalah dan baik, sah untuk dilakukan. Tetapi bagaimana bila kita

mengambil dalam lingkup besar, dimana dalam sejam saja terjadi pencampuran

yang besar jumlahnya e.g 100 ton.

Untuk itulah dibutuhkan peralatan mixing yang membantu sesuai dengan

fungsinya dengan keadaan konstan, serta dapat diatur kecepatan pengadukannya

untuk diperoleh hasil yang optimal, saerta kehomogenitasan yang tinggi, dan

gerakan mixing dengan tenaga yang dibutuhkan minimum. Dengan kata lain,

Pengadukan (agitation) adalah gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu

pada suatu bahan di dalam bejana, di mana gerakan itu biasanya mempunyai

semacam pola sirkulasi. Dalam proses mixing ini digunakan impeller sebagai

mixer yang akan mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada beberapa

tipe impeller yang biasa digunakan antara lain : propeller, paddle dan turbine.

Setiap impeller ini memiliki tingkat efisiensi yang berbeda terhadap proses

pencampuran.

Arus yang ditimbulkan oleh gerakan impeller ini menyebabkan terbentuknya

vortex yang sangat tidak diinginkan dalam proses mixing. Untuk mencegah

terjadinya vortex ketika fluida diaduk dalam tanki silinder dengan impeller yang

berada pada pusatnya maka digunakan baffle yang dipasang pada dinding vessel.

Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama. Baffle biasanya tidak

menempel pada dinding vessel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah

antara baffle dengan dinding vessel.

Peralatan pencampuran yang digunakan untuk kepentingan komersial

sangatlah banyak, misalnya pencampuran yang digunakan untuk memproduksi

bahan kimia, makanan, obat-obatan dan lain sebagainya.

Tugas dari mixer (pencampur) itu sendiri adalah :

1). Mengontakkan cairan-cairan yang tidak dapat bercampur, misalnya proses

ekstraksi solvent

2). Proses emulsi untuk menghasilkan produk yang stabil

3). Melarutkan padatan kasar pada cairan dengan viskositas rendah

4). Dispersi padatan halus dalam cairan dengan viskositas tinggi

5). Dispersi padatan halus dalam cairan, misalnya proses fermentasi

6). Mengontakkan gas/padatan/cairan pada reaksi katalitik

7). Mencampur cairan yang dapat bercampur (misible)

Tetapi yang menjadi masalah bahwa tidak satupun alat yang dapat melakukan

fungsi dari pencampuran secara menyeluruh dan efisien karena disebabkan biaya

pengoperasian yang sangat tinggi. Sehubungan dengan hal tersebut, maka

sangatlah perlu untuk mengetahui proses pencampuran ataupun pengadukan

secara lebih dalam, tentang alat yang digunakan ataupun cara yang tepat sehingga

nantinya akan diperoleh hasil yang optimal serta dapat menekan biaya yang

digunakan seminimal mungkin. Ada beberapa cara yang akan dijelaskan sehingga

dapat menekan biaya produksi.

Pada banyak operasi pengaduk sangat diperlukan untuk mencampurkan

larutan, seperti pencampuran petroleum. Peralatan campuran dikarakteristikkan

oleh kemampuannya untuk membangkitkan kapasitas ke dalam tangki yang dapat

dijelaskan dalam jumlah aliran yang dihasilkan, dan dapat dibaca secara visual.

Dengan hal ini gradien kecepatan dalam tanki dirancang berdasarkan pergeseran

angka.

Hal ini tidak dapat dibaca secara visual dan pengukuran serta

spesifikasinya lebih komplek. Kecepatan utama secara konsep berhubungan

dengan perubahan angka aliran dan pada umumnya lebih tinggi dari kecepatan

utama rata-rata. Dalam hubungannya lebih tinggi dari perubahan angka aliran.

Pada aliran turbulen, ditipekan oleh angka Reynolds Impeller, ND2 , 1000.

Tenaga masukan ini ditransfer antara variasi skala besar (secara umum disebut

skala makro). Pergeseran angka pada kondisi 1000 atau lebih besar dari yang

rendah sebagai kecepatan fluktuasi skala kecil ini cukup kecil pada ukuran fisika

(biasanya kurang dari 100).

1.2. Permasalahan

Permasalahan yang timbul dalam suatu proses dengan Fluid Mixing antara

lain :

1). Bagaimanakah pengaruh jenis impeller pada suatu Fluid Mixing?

2). Apakah pola aliran dari ragam putaran impeller sama?.

3). Apakah ada pengaruhnya penggunaan baffle pada Fluid Mixing ?

4). Bagaimanakah pengaruh bahan yang digunakan terhadap proses Fluid

Mixing?

5). Bagaimanakah kondisi yang optimal agar pencampuran dengan Fluid Mixing

berjalan lancar ?

1.3. Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah :

1). Mengetahui prinsip dan cara kerja Fluid mixing apparatus.

2). Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran.

3). Mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran.

4). Mengetahui bentuk-bentuk impeller.

5). Mengetahui perhitungan Fluid Mixing.

6). Mengetahui aplikasi dari Fluid mixing apparatus.

1.4. Manfaat

Manfaat dari percobaan ini adalah :

1). Dapat mengetahui dan menambah wawasan darui prinsip dasar Fluid mixing

apparatus.

2). Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah

impeller yang berbeda (Propeller, Turbin dan Paddle).

3). Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda

seperti padatan yang digunakan, viscositas cairan yang digunakan, kecepatan

putaran dari impeller dan lain-lain.

4). Dapat mengetahui pola aliran air dan pasir yang ditimbulkan dari pemakaian

baffle.

5). Mempersiapkan diri terhadap suatu riset-riset maupun kerja praktek.

BAB IIBAB II

TINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA

Pencampuran atau mixing adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara

acak dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya,

dimana bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih.

Sedangkan pengadukan atau agitation adalah gerakan yang terinduksi menurut

cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya

mepunyai semacam ppola aliran sirkulasi.

Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud, tergantung dari tujuan

langkah itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain adalah :

1). Untuk memilih suspensi partikel zat padat.

2). Untuk meramu zat cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol dan

air.

3). Untuk menyebarkan gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung

kecil.

4). Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat

cair lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus.

5). Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan

kumparan atau mantel kalor.

Kadang-kadang pengaduk digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,

misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan zat cair. Dalam bejana hidrogenasi

didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam

keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan atau

mantel. Pengadukan menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu

pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai

semacam sirkulasi.

Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid mixing apparatus dengan

impellernya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam

sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya

kembali ke impeller. Ada dua macam impeller pengaduk, yaitu impeller aliran-

aksial (axial-flow impeller) dan impeller aliran-radial (radial-flow impeller).

Impeller jenis pertama membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller,

dan yang kedua membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial.

Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller: propeller (baling-baling),

dayung (padle), dan turbin (turbine). Masing-masing jenis terdiri lagi atas

berbagai variasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang

dimaksudkan untuk situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat

digunakan untuk menyelesaikan 95% dari semua masalah agitasi zat cair.

2.1. Mechanically Agitated Vessel

2.1.1 Vessel

Vessel biasanya berbentuk tanki silinder vertikal dimana di dalamnya akan

diisikan fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tanki. Tetapi pada

beberapa sistem pengontakan gas atau cairan dengan kedalaman cairan sekitar 3

kali diameter tanki maka akan digunakan banyak impeller. Diameter vessel

berkisar antara 0,1 meter untuk unit yang kecil hingga 10 meter ataupun lebih

untuk instalasi industri besar.

Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip

(kerucut) tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengurasan atau pada zat

padat yang terlarut. Bentuk yang sering digunakan adalah bentuk lengkungan

karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga zat padat tidak ada yang terselip

dan akan rata tercampur. Sedangkan jika bentuk kerucut (cone) yang digunakan

makan harus dipastikan bahwa pencampuran dapat dilakukan dengan sempurna

dengan cara menurunkan posisi impeller, Tetapi hal ini akan sangat berbahaya

jika impeller terlalu dekat dengan permukaan dinding vessel terutama jika sampai

bersentuhan akan mengakibatkan alat menjadi rusak.

2.1.2 Baffle

Untuk mencegah terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat

cairan-cairan dengan viskositas rendah diaduk dalam tanki silinder vertikal

dengan impeller yang berada pada pusatnya, maka digunakanlah baffle yang

dipasang pada dinding vessel . Baffle umumnya tidak digunakan pada cairan

dengan viskositas tinggi dimana pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah

yang penting. Pemasangan baffle sendiri tidak berkontak langsung dengan dinding

vessel, tetapi memiliki jarak agar vessel tidak cepat rusak. Baffle dipasang pada

mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle

menaikkan jumlah tenaga atau energi, tetapi di sisi lain memilki keuntungan yaitu

terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan waktu yang dibutuhkan

untuk mencampur lebih cepat.

Tabel 2.1 Kebutuhan tenaga pada mechanically agitated system

Proses Tenaga yang digunakan

(HP/1000 gal)

Pengadukan yang sangat tinggi

Emulsifikasi

Disolving padatan

Disolving gas yang sedikit larut

Pengadukan yang tinggi

Perpindahan panas yang cepat

Pengontakan

Pengadukan yang sedang

Disolving gas yang larut (sedang)

Padatan yang tersuspensi

Pencucian

Perpindahan panas yang menengah

Pengadukan yang rendah

Ekstraksi cairan

Kristalisasi

Stirring

Pencampuran

Disolving gas yang dapat larut

15 - 25

10 - 12

3 - 10

1,5 - 2,5

1,5 - 2,0

1,0 - 2,0

1,0 - 1,6

1,0 - 1,5

0,9 - 1,3

0,7 - 1,0

0,8 - 1,2

0,5 - 0,9

0,5 - 0,8

0,5 - 0,8

2.1.3 Impeller

Beberapa tipe impeller, yaitu : propeller, turbin, paddle, anchor, helical

ribbon, helical screw. Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri

vessel (tanki), visikositas cairan agar jenis impeller yang kita gunakan dapat

menghemat biaya produksi.

1. Untuk viskositas yang lebih kecil dari 2000 cP, maka digunakan impeller

dengan tipe propeller.

2. Untuk viskositas antara 2000 cP - 50000 cP, maka digunakan impeller

dengan tipe turbin.

3. Untuk viskositas antara 10000 cP - 1000000 cP, maka digunakan impeller

tope anchor, helical ribbon dan paddle

4. Untuk viskositas diatas 1 juta cP, digunakan pencampuran khusus, seperti

banburg mixer, kneaders, extrudes, sigma mixer dan beberapa tipe lainya.

Jenis-jenis impeller yang lain :

1). The marine type propeller

2). Flat – blade turbine

3). The disk flat – blade turbine

4). The curved – blade turbine

5). The pitched – blade turbine

6). The shrouded turbine

Kecepatan impeller standar yang digunakan untuk kepentingan komersil

(industri) adalah 34, 45, 56, 68, 84, 100, 125, 155, 190, dan 320 rpm. Tenaga yang

dibutuhkan biasanya tidak cukup untuk digunakan secara kontinue untuk

mengatur gerakan steam turbine. Dua kecepatan driver mungkin dibutuhkan pada

saat torques awal sangat tinggi.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai macam-macam impeller, yaitu:

1. Propeller

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat

cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor

penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400

sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair

menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom

zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller

dengan membawa ikut zat cair stagnant yang dijumpainya dalam perjalanannya

itu, dan zat cair stagnant yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang

dibawa kolom arus sebesar itu kalau berasal dari nozzle stasioner. Pola aliran

dalam propeller ini membentuk pola aksial, dimana zat cair akan bergerak sejajar.

Daun-daun propeller merobekkan menyeret zat cair itu. Oleh karena arus aliran

ini sangat gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar karena

kemampuannya sebagai pengaduk.

Propeller yang berputar membuat pola heliks di dalam zat cair, dan jika

tidak tergelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller

akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu, bergantung

dari sudut kemiringan daun propeller. Rasio jarak ini terhadap diameter

dinamakan jarak-bagi (pitch) propeller itu. Propeller yang mempunyai jarak bagi

1,0 disebut mempunyai jarak-bagi bujur-sangkar (square pitch).

2. Paddle

Untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar

yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif.

Kadang-kadang daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertikal saja.

Dayung (paddle) ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai

sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya

gerakan vertikal pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang

terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah.

Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada

satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya

disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring,

sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat.

Dayung (padle) jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator).

Jangkar ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada

permukaan penukar kalor, seperti umpamanya, dalam bejana proses bermantel,

tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. Jangkar ini biasanya

dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang

biasanya berputar menurut arah yang berlawanan.

Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan

kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeller dayung biasanya antara

50 sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar daunnya seperenam

sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung

dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada

kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, zat cair

itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi,

tetapi tanpa adanya pencampuran.

3. Turbin

Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada cair

berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang

berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnant dan

merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat zone arus deras yang sangat turbulen

dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial.

Komponen tangensialnya menimbulkan vortex dan arus putar, yang harus

dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeller itu

menjadi sangat efektif.

Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin daun-

lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung vertikal.

Kebanyakan turbin itu menyerupai agitator-dayung berdaun banyak dengan daun-

daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros

yang dipasang di pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula

lengkung, boleh bersudut, dan boleh pula vertikal. Impellernya mungkin terbuka,

setengah terbuka, atau terselubung. Diameter impeller biasanya lebih kecil dari

diameter dayung, yaitu berkisar antara 30 sampai 50 persen dari diameter bejana.

Ukuran impeller tergantung pada jenis impeller dan kondisi operasi seperti

yang dijelaskan oleh Reynolds, Froude,and Power sebagai suatu karakteristik

yang saling mempengaruhi. Untuk impeller jenis turbin, perbandingan diameter

dari impeller dan vessel berada pada range, d/D = 0,3 -0,6, harga terendah berada

pada rpm yang tinggi sebagai contih dipersi gas.

Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada :

1). Jenis impeller

2). Karakteristik fluida

3). Ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki, sekat, dan agitator.

Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen,

dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi dari

ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Ketiga komponen itu yaitu :

1). Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros

impeller.

2). Komponen longitudinal, yang bekerja pada arah paralel dengan poros.

3). Komponen tangensial, atau rotasional, yang bekerja pada arah

singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros.

Dalam keadaan biasa, di mana poros itu vertikal, komponen radial dan

tangensial berada dalam satu bidang horisontal, dan komponen longitudinalnya

vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam

memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu

vertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang

menguntungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran

di sekitar poros, dan menimbulkan vortex pada permukaan zat cair, dan karena

adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai

lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu.

Tabel 2.2 Pemilihan jenis impeller berdasarkan pemakaian

Penggunaan Jenis Impeller

Propeller Turbine Paddle

Pencampuran

Dispersi

Suspensi padatan

Reaksi

Dispersi gas

Pengubah panas

Kristalisasi

1

2

2

2

3

2

2

2

1

1

1

1

1

1

3

3

3

3

3

2

1

Keterangan : 1 = Banyak digunakan

2 = Kadang-kadang digunakan

3 = Jarang digunakan

Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat, arus sirkulasi itu

cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya sentrifugal, ke arah

luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar tangki, lalu ke pusat.

Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung di sini, tetapi sebaliknya

pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair begerak

menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu

berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi terbatas. Sehingga

efisiensi dari alat pengaduk tersebut rendah

Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh

segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat

cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap,

bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vortex

yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan

gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal

demikian tidaklah dikehendaki.

Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah

dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki

kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit

dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus

terhadap pergeseran itu. Dalam tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya

dipasang di sisi tangki, dengan porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat

sudut dengan jari-jari tangki.

Jenis aliran didalam bejana yang diaduk bergantung pada jenis impeller,

karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan tanki, sekat dan agitator.

Kecepatan fluida pada setiap titik didalam tanki mempunyai tiga komponen dan

pola aliran keseluruhan didalam tanki itu bergantung pada variasi pada ketiga

komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen kecepatan yang pertama

adalah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros

impeller. Komponen kedua adalah komponen longitudinal yang berkerja pada

arah paralel dengan poros. Komponen ketiga ialah komponen tangensial, atau

rasional yang bekerja para arah singgung terhadap lintasan lingkar disekeliling

poros. Dalam keadaan biasa, dimana poros itu vertikal, komponen radial dan

tangensial berada dalam satu bidang horizolntal dan komponen longitudinalnya

vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam

memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu

vertikal dan terletak persis di pusat tanki, komponen tangensial biasanya kurang

mengun- tungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk

lingkaran disekeliling poros, dan menimbulkan vortex pada permukaan zat cair,

karena adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk statifikasi pada

berbagai lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu. Jika di

dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat, arus sirkulasi itu cenderung

melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya sentrifugal ke arah luar, dan dari

situ bergerak kebawah, dan sesampai didasar tanki, lalu ke pusat. Karena itu,

bukannya pencampuran yang berlangsung disini, tetapin sebaliknya, pengumpulan

yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair bergerak menurut arah

gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu berkurang,

dan daya yang dapat diserap zat itu menjadi terbatas. Dalam bejana yang tak

bersekat, aliran putar itu dapat dibangkitkan oleh segala jenis impeller, baik aliran

aksial maupun radial. Jadi, jika putaran zat cair itu cukup kuat, pola aliran di

dalam tanki itu dapat dikatakan tetap bagaimanapun bentuk rancangan impeller.

Pada kecepatan impeller tinggi, vortex yang terbentuk mungkin sedemikian

dalamnya, sehingga mencapai impeller, dan gas dari permukaan zat cair akan

tersedot kedalam zat cair itu. Biasanya hal demikian tidaklah dikehendaki.

Aliran lingkaran (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah

dengan menggunakan salah satu dari tiga cara dibawah ini. Didalam tanki-tanki

kecil, impeller di pasang di luar sumbu tanki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit

dari garis pusat tanki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus

terhadap pergeseran itu. Dalam tanki-tanki yang lebih besar agitator dipasang

disisi tanki, dengan porosnya di bidang horizontal, tetapi membuat sudut dengan

jari-jari tanki.

Pada tanki-tanki besar yang mempunyai agitator vertikal, cara yang paling

baik untuk mengurangi arus putar adalah dengan memasang sekat-sekat atau

baffle yang berfungsi merintangi aliran rotasi tanpa menggangu aliran radial atau

aliran longitudinal. Sekat yang sederhana namun efektif dapat dibuat dengan

memasang bilah-bilah vertikal terhadap dinding tanki. Kecuali untuk tanki yang

sangat besar biasanya empat buah sekat saja sudah memadai untuk mencegah

pembentukan arus putar dan vortex. Bahkan bila terdapat kesulitan memasang

sekat sebanyak itu, satu atau dua sekat saja pun sudah akan memberi pengaruh

besar terhadap pola aliran lingkar. Untuk turbin, lebar sekat yang diperlukan tidak

lebih dari seperdelapanbelas diameter tanki-tanki. Dengan propeler yang dipasang

dari sisi yang miring atau yang tidak ditempatkan di pusat, tidak diperlukan sekat,

sehingga akan lebih menghemat biaya produksi

Jika arus putar sudah dapat dihentikan, pola aliran spesifik dalam bejana

itu sekarang bergantung pada jenis impeller yang dipergunakan. Agitator propeler

biasanya mendorong zat cair kebawah sampai ke dasar tanki, dimana arus itu lalu

menyebar secara radial kesegala arah menuju dinding, lalu mengalir lagi ke atas di

sepanjang dinding dan kembali dihisap oleh propeler bagian atas. Propeler ini

biasanya dipergunakan bila kita menghendaki adanya arus yang kuat, umpama-

nya jika kita hendah menjaga agar partikel-partikel zat padat berada dalam

suspensi. Propeler jarang dipakai bila viskositas zat cair lebih dari kira-kira 50 P.

Turbin dengan daun miring 45o dan mendorong kebawah juga biasa digunakan

untuk mendapatkan arus aksial yang kuat yang diperlukan untuk membuat

suspensi zat padat.

Agitator dayung dan turbin berdaun datar memberikan aliran radial yang

baik dalam bidang impeller itu, dimana aliran itu lalu membelah diri di dinding,

membentuk dua pola lingkar yang terpisah. Satu bagian mengalir ke bawah di

sepanjang dinding dan kembali ke pusat impeller melalui bawah, sedangkan satu

bagian lain mengalir ke atas menuju ke permukaan dan kembali ke impeller dari

atas. Pada tanki tanpa sekat, terdapat aliran tangensial yang kuat serta

pembentukan vortex, walaupun kecepatan porosnya hanya sedang-sedang saja.

Tetapi, bila ada sekat, aliran vertikal itu meningkat, dan pencampuran zat cair pun

berlangsung lebih cepat. Akan tetapi, penambahan sekat pada skala industri akan

menyebabkan masalah baru, yaitu mahalnya biaya produksi.

Pada tanki berbentuk silinder vertikal, kedalaman zat cair harus sama

dengan diameter tanki, atau sedikit lebih besar dari itu. Jika diperlukan kedalaman

yang lebih besar, dapat dipasang dua impeller atau lebih pada satu poros, dimana

masing-masing impeller berfungsi sebagai satu pencampur tersendiri. Masing-

masing impeller membangkitkan dua arus sirkulasi. Impeller yang disebelah

bawah, baik yang jenis turbin maupun propeler, dipasang pada jarak kira-kira

sama dengan diameter impeller dari dasar tanki. Perputaran impeller biasanya

saling bersilangan sehingga terbentuk aliran turbulen.

2.2. Jet Mixer

Pencampuran dalam sebuah vessel; dilakukan untuk viskositas rendah

dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dimana cairan

dengan viskositas tinggi dialirkan kedalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk

mengeluarkan sebagian liquid dari vessel dan dikembalaikan melalui nozzle

melalui vessel. Transfer momentum dari jet viskositas tinggi menuju liquid dalam

vessel menyebabkan aksi pencampuran sirkulasi dalam tanki. Dengan demikian,

jet mixer lebih cocok untuk zat yang memiliki viskositas yang tinggi.

2.3. In-line static Mixer

In-line static mixers digunakan untuk operasi pencampuran dan pelarutan

dalam jumlah yang besar. Sebuah unit tetap diletakkan dalam sebuah pipa dan

pencampur dimasukkan oleh sistem pemompaan. Proses pencampuran ini

memberikan peningkatan dalam produk campuran sebagai jumlah dari elemen

pencampuran yang diulang meningkat. Dalam kasus pelarutan liquid/liquid dan

gas liquid seperti mekanisme diatas tidak berpengaruh dan biasanya operasi

terjadi secara turbulen.

2.4. In-line dynamic Mixer

Untuk operasi pencampuran dimana membutuhkan produksi continue dari

solid yang dilarutkan dan emulsi, In-line dynamic Mixers adalah salah satu bentuk

mixer yang dapat digunakan.

2.5. Mills

Beberapa kegiatan kimia termasuk pelarutan solid dan pengemulsian tidak

dapat dilakukan di dalam vessel yang dicampur secara mekanik karena tidak

mungkin dapat menurunkan tegangan tinggi untuk memecah partikel agregat

dalam memperoleh kualitas pelarutan atau menciptakan emulsi yang stabil. Mills

dapat digunakan dalam operasi pelarutan dimana pelarutan partikel dilakukan

dengan crushing atau shearing.

2.6. Unit Pelarutan dengan Kecepatan Tinggi

Alat pencampur ini terdiri dari rotor kecepatan tinggi di dalam vessel

dimana fluida dimasukkan ke aksi shearing intensif.

2.7. Valve homogenizers

Unit ini mempunyai bagian pemompaan untuk menyuplai material yang

akan dilarutkan melalui sebuah orifice terkecil. Tekanan tinggi akan diturunkan

mendekati tekanan fluida melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan shear

force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilkan secara kontinu.

2.8. Ultrasonic Homogenizers

Material yang akan diproses dipompakan pada tekanan tinggi (diatas 150

bar) melalui orifice yang didesain secara khusus untuk menghasilkan aliran

dengan kecepatan tinggi melalui sebuah blade yang digoyangkan atau digetarkan

pada frekuensi ultrasonic.

2.9. Extruders

Pelarutan dalam industri plasit biasanya dilakukan dalam extruders. Feed

yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk,

bersama-sama dengan aditif seperti stabilizer, plastizer, pigmen berwarna, dll.

Selama proses dalam extruders dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju kontrol

dari extruders untuk pembentukan.

Parameter yang mempengaruhi klasifikasi agitator:

1. Parameter Proses

a. viskositas rendah

b. kelarutan zat terlarut

c. konduktivitas termal fluida dan zat terlarut jika terjadi

perpindahan panas

d. densitas fluida

e. ukuran partikel solid

2. Parameter Mekanik

a. diameter impeller

b. rotasi impeller per menit

c. bentuk impeller

d. volume vessel

e. bentuk vessel

f. letak agitator terhadap vessel

Pencampuran Solid-Liquid

Bila zat padat disuspensikan dalam tanki yang diaduk, ada beberapa cara

untuk mendifinisikan kondisi suspensi itu. Proses yang berbeda akan memerlukan

derajat suspensi yang berlainan pula, dan karena itu kita perlu menggunakan

definisi yang tepat dan korelasi yang semestinya didalam merancang atau dalam

penerapan ke skala besar.

1. Mendekati suspensi penuh

yaitu suspensi dimana masih terdapat sebagian kecil kelompok-kelompok zat

padat yang terkumpul didasar tanki agak kepinggir atau ditempat lain.

2. Partikel bergerak penuh

yaitu seluru partikel berada dalam suspensi atau bergerak disepanjang dasar

tanki

3. Suspensi penuh atau Suspensi diluar dasar

yaitu seluruh partikel berada dalam keadaan suspensi dan tidak ada didasar

tanki atau tidak berada didasar tanki selama lebih dari 1 atau 2 detik.

Pencampuran Liquid-Liquid

Pencampuran zat cair-cair (misible) didalam tanki merupakan proses yang

berlangsung cepat dalam daerah turbulent. Impeller akan menghasilkan arus

kecepatan tinggi, dan fluida itu mungkin dapat bercampur baik disekitar impeller

karena adanya keturbulenan yang hebat. Pada waktu arus itu melambat karena

membawa ikut zat cair lain dan mengalir disepanjang dinding, terjadi juga

pencampuran radial sedang pusaran-pusaran besar pecah menjadi kecil, tetapi

tidak banyak terjadi pencampuran pada arah aliran.

Pencampuran Gas-Liquid

Dalam proses pencampuran gas dengan liquid, gas akan tersuspensi dalam

bentuk gelembung-gelembung kecil dengan tekanan tertentu.

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

1. Satu unit Fluid mixing apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda

dengan baffle dan tanpa baffle.

2. Pasir

3. Air

4. Garam

3.2 Prosedur Percobaan

1. Siapkan Fluid mixing apparatus sehingga dapat digunakan sebagaimana

mestinya.

2. Ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller, dari dasar

vessel, lebah bilah impeller.

3. Masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid mixing apparatus, kemudian

pasang impeller dikehendaki.

4. Hidupkan Fluid mixing apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller

50 rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm. Lakukan secara bergantian.

5. Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikkan kecepatan

putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut.

6. Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan Fluid mixing

apparatus dengan Baffle.

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

Hasil Pengamatan

1. Ukuran Fluid Mixing

BaffleJenis

Impellerrpm Dt Da H W E Jenis Pola Aliran

Tidak

Turbine

100 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

200 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

300 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

400 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm

Ada

100 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

200 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

300 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

400 30 cm 8 cm 30 cm 4 cm 13 cm Radial

2. Gambar Pola Aliran Yang Terlihat

Impeller Baffle 100 rpm 200 rpm 300 rpm

TurbineTidak

Turbine Ada

Pengolahan Data

1. Konversikan satuan masing-masing ukuran ke konversi yang sesuai

Diketahui:

Da ( diameter impeller ) = 8 cm = 0,2625 ft

n ( kecepatan putaran impeller ) = 100 rpm = 1,67 rps

= 200 rpm = 3,33 rps

= 300 rpm = 5 rps

= 400 rpm = 6,67 rps

Dt ( diameter tabung ) = 30 cm = 0,9842 ft

W ( lebar daun impeller ) = 4 cm = 0,1312 ft

E ( jarak dasar tabung ke impeller) = 13 cm = 0,4265 ft

H ( tinggi larutan dari dasar tabung ke permukaan ) = 30 cm = 0,9842 ft

L ( panjang daun impeller ) = 5 cm = 0,164 ft

Ditanya: , , , , NRe, dan P

1.1 Hitung perbandingan

1.2 Hitung Reynold Number, NRe setelah itu cari nilai daya Np dari grafik (9-13

atau 9-14) buku OTK jilid 1 sesuaikan dengan pengamatan grafik

Da = 0,08 m

n1= 1,67 rps n2 = 3,33 rps

n3 = 5 rps n4 = 6,67 rps

ρ dicari dengan cara :

Beker kosong = 271 gr

Beker berisi sampel = 710 gr

Massa sampel = 439 gr

Volume beker= (11,5)2 . 5 / 4 cm3

= 1097,5 kg/m3

, asumsi suhu 25 oC, = 8,9 . 10-4 kg/m

( sumber buku Mass- Transfer Operation Bab 6 bagian contoh soal 6.2 hal. 157,

Treyball R.E)

a. n1 = 1,67 rps

NRe = 13.180

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 0,395

b. n = 3,33 rps

NRe = 26.280

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 0,390

c. n = 5 rps

NRe = 39.460

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 0,385

d. n = 6,67 rps

NRe = 59. 147

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 0,375

1.3 Masukkan ke rumus daya

a. n = 1,67 rps, Np = 0,395

P = 0,0066 watt

b. n = 3,33 rps, Np = 0,390

P = 0,052 watt

c. n = 5 rps, Np = 0,385

P = 0,173 watt

d. n = 6,67 rps, Np = 0,375

P = 0,4 watt

1.4 Grafik

BAB IV

PEMBAHASAN

Pada percobaan mengenai fluid mixing ini, kami dapat mengerti mengenai

perbedaan antara pengadukan dan pencampuran. Pengadukan adalah bagian dari

pencampuran. Pengadukan dilakukan untuk mencampurkan dua atau lebih zat

yang memiliki fase yang sama ataupun berbeda agar terjadi reaksi, homogenisasi,

dan lain-lain. Selain itu, kami juga mengetahui pola-pola aliran yang terjadi

selama proses pencampuran tersebut. Pada percobaan ini, kami mencampurkan

pasir, garam dan air dengan menggunakan impeller tipe turbin. Prinsip dari

percobaan ini adalah mencampurkan dua jenis atau lebih senyawa yang berbeda

sehingga diperoleh campuran yang homogen.

Pola aliran sendiri terbagi menjadi dua macam, yaitu pola aliran aksial dan

pola aliran radial. Pola aliran itu sendiri dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu

pemasangan baffle, jenis impeller, letak dari agitatornya serta viskositasnya. Pola

aliran aksial atau sejajar, terjadi jika dalam vessel, tidak dipasang baffle. Sehingga

pola aliran hanya dipengaruhi oleh perputaran impellernya saja. Sedangkan jika

vessel dipasang baffle, maka terbentuklah pola aliran radial. Pada percobaan ini,

kami melakukan pengadukan dua kali. Pertama dengan tidak menggunakan baffle

dan kedua dengan menggunakan baffle. Sehingga kami dapat melihat perbedaan

pola aliran yang terbentuk.

Vessel tanpa baffle menunjukkan pola aliran aksial atau sejajar, karena

aliran zat yang hanya dipengaruhi oleh impellernya saja. Impeller dipasang pada

poros vertikal dan terletak di pusat tanki. Oleh karena itu terbentuklah vortex pada

permukaan zat cair yang mengurangi efisiensi dari vessel tersebut. Dengan

adanya vortex ini, maka mixing menjadi tidak sempurna dikarenakan partikel

mengumpul di tengah vessel sehingga pencampuran lambat terjadi. Semakin cepat

putaran impeller, maka semakin besar dan dalam vortex yang terbentuk.

Vortex umumnya terjadi pada pengadukan zat-zat yang memiliki

viskositas rendah karena cenderung lebih encer. Untuk mencegah vortex terbentuk

jika kita menggunakan tanki silinder vertikal dengan impeller di pusatnya, maka

kami memasang baffle. Pada dasarnya, vortex terjadi karena adanya gaya

sentripetal yang ditimbulkan oleh perputaran poros impeller pada kecepatan tinggi

yang cenderung mengarah ke pusat poros. Dengan adanya baffle ini, maka gaya

sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut dapat dikurangi.

Pemasangan baffle sendiri tidak boleh menyentuh vessel dikarenakan getaran

baffle yang bertabrakan dengan zat cair akan menimbulkan getaran yang dapat

merusak vessel

Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara

kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel. Baffle

umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viskositas tinggi dimana

pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. Baffle dipasang

pada mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle

menaikkan jumlah tenaga atau energi, tetapi di sisi lain memilki keuntungan yaitu

terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan waktu yang dibutuhkan

untuk mencampur lebih cepat.

Selain pemasangan baffle, ada beberapa cara yang dipakai untuk

menjadikan pola aliran aksial menjadi radial, diantaranya dengan menambah

jumlah impeller dan mengubah letak agitator menjadi miring, tidak berpusat pada

poros vertikal. Dari beberapa cara tersebut, cara yang paling tidak efisien adalah

baffle. Hal ini dikarenakan baffle tidak ekonomis dan diperlukan pembersihan

baffle dengan cara dikeluarkan dari vessel. Hal tersebut sangat membuang waktu

sehingga jarang dipakai untuk industri yang besar. Jika kita menambah jumlah

impeller, jumlah energi yang kita butuhkan akan semakin banyak dan akan

meningkatkan biaya produksi. Jadi, yang paling efektif yaitu mengubah letak

agitator menjadi miring sehingga vortex dapat dikurangi, dan tidak diperlukan

biaya tambahan dan dapat meminimalisasi biaya produksi.

Pada praktikum ini, dilakukan beberapa simulasi mixing dengan

mempergunakan berbagai variasi kecepatan dengan interval antara 100 – 300 rpm.

Berdasarkan pengamatan terlihat bahwa semakin besar kecepatan maka

kecenderungan terbentuknya vortex semakin tinggi pula. Pada praktikum ini, kami

hanya memakai impeller tipe turbin. Pada sistem berpengaduk turbin,

memberikan bentuk aliran yang menyebar ke arah dinding silinder kemudian

bergerak ke dasar silinder kemudian naik lagi ke arah impeller, dan penambahan

kecepatan berakibat pada penumpukan partikel sehingga sulit terjadi homogenitas.

Pada percobaan ini, kita menggunakan pasir sebagai parameter untuk

melihat pola aliran yang terjadi. Jumlah pasir yang digunakan akan berpengaruh

pada hasil pengamatan (secara kasat mata) terhadap bentuk dan pola aliran yang

sedang diaduk. Jika pasir yang digunakan terlalu sedikit, maka pola aliran yang

terbentuk tidak terlihat secara jelas.

BAB VI

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan ayng dilakukan dapat ditarik kesimpulan antara lain :

1. Pengadukan menggunakan impeller, menyebabkan aliran aksial

2. Pengadukan merupakan cara untuk mencampurkan dua zat atau lebih agar

terbentuk homogenisasi.

3. Semakin cepat pengadukan, maka semakin besar vortex yang terbentuk

4. Kerugian akibat adanya vortex, pencampuran lambat terjadi, harus

menggunakan kecepatan pengadukan yang tinggi, pengadukan tidak homogen

karena partikel mengumpul di tengah vessel

5. Jika densitas dan viskositas cairan lebih kecil maka yang terjadi vortex yang

terbentuk lebih besar

6. Pengadukan dengan baffle dapat merendam vortex yang terbentuk

7. Pengadukan dengan propeller menyebabkan vortex lebih kecil bila

dibandingkan dengan menggunakan turbine.

DAFTAR PUSTAKA

Perry, RH and Chiton, CH,1984, “ Chemical Engineering Hand Book, “ 7 th edition, Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd. Tokyo.

Robert E. Treyball, 1987, “ Mass Transfer Operation, “ 3 rd edition, Mc. Graw Hill Book Company, New York.

Warren L. Mc. Cabe, Julian c. Smith, dan Peter Harriot, 1993 “ Operasi Teknik Kimia “, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson, 1984, “Fundamental of Momentum, Heat, and Mass Transfer “, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New York