LABORATORIUM PILOT PLANT

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL : Stirred Tank Reactor

PEMBIMBING : Dr. Shoerya Shoelarta LRSC, MT

Oleh :

Kelompok 5

Lulu Fauziyyah Arisa (131411041)

Mohammad Ramdani (131411042)

Neng Herta Rosmayanti (131411043)

Kelas 3B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

Tanggal Praktikum : 08 Desember 2015

Tanggal Penyerahan : 15 Desember 2015

(Laporan)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Reaktor adalah suatu peralatan proses yang berfungsi sebagai tempat terjadinya suatu

reaksi kimia atau nuklir, bukan secara fisika. Reaktor kimia adalah suatu tempat

terjadinya reaksi kimia baik dalam ukuran kecil seperti tabung reaksi sampai ukuran yang

besar seperti reaktor skala industri. (Smith, 198:325).

Ada dua model reaktor yang digunakan dalam reaksi kimia yaitu STR (Stirred Tank

Reactor) dan Plug Flow Reactor (PFR). Perbedaannya adalah pada dasar asumsi

konsentrasi komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi serta kondisi operasinya.

Reaktor STR dalam industri kimia merupakan peralatan yang kompleks dalam

transfer panas, transfer massa, difusi dan friksi yang mungkin ditemui selama reaksi

kimia. Keberhasilan pengoperasian reactor STR bergantung pada pencampuran dan

pengadukan selama proses. Selain itu, suhu pada pengoperasian STR sangat sulit untuk

dikontrol. (Perry, 1999: 23-4).

STR berbeda dengan reaktor aliran lainnya seperti PFR ( Plug Flow Reactor ) dan

PBR ( Packed Bad Reactor) karena adanya proses pengadukan (stirred) yang

memungkinkan adanya distribusi sifat fisis dan kimiawi secara merata dari zat yang

bereaksi di setiap tempat dalam reaktor.

Penggunaan STR yang paling banyak adalah dalam memproduksi polimer, barium

sulfat dan penanganan limbah. Kekurangan dari STR adalah perubahan reaktan

pervolumenya relatif kecil dibandingkan dengan reaktor lain, oleh karena itu dibutuhkan

suatu tangki reaktor yang besar untuk menutup kekurangan ini dan hanya bias diterapkan

untuk reaksi dalam fasa cair.

1.2 Tujuan

1) Mengetahui proses perpindahan panas pada Stirred Tank Reactor.

2) Mengetahui prinsip kerja Stirred Tank Reactor.

3) Mengetahui pengaruh suhu air pemanas masuk dan keluar terhadap waktu.

4) Mengetahui pengaruh tekanan steam yang dipakai terhadap waktu.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Stirred Tank Reactor ( STR )

Stirred Tank Reactor (tangki berpengaduk) dalam industri kimia digunakan untuk

reaksi-reaksi batch ‘tumpak’ dalam skala kecil. Alat ini terdiri dari tangki silindris yang

dilengkapi dengan agitator ‘pengaduk’. Tangki ini digunakan untuk pemanasan atau

pendinginan, dipakai jaket sehingga air panas atau air dingin dapat dialirkan (dipindahkan).

Pengadukan dipakai dalam berbagai aplikasi, misalnya dispersi suatu zat terlarut

dalam suatu pelarut, penyatuan dua cairan yang dapat dicampur , produksi slurry dari padatan

halus didalam suatu cairan, pengadukan suatu cairan homogen untuk meningkatkan heat

transfer ke cairan.Peralatan pengaduk mempunyai berbagai macam variasi menurut

aplikasinya, yakni:

1. Axial flow impeler untuk cairan viskositas sedang yang memerlukan gerakan cepat.

2. Flat blade turbine yang menghjasilkan aliran turbulen pada arah radial,

tetapimemerlukan power yang lebih besar.

3. Turbin untuk pengadukan yang merata sekali.

4. Anchor impeller untuk tingkat turbulensi rendah dan efektif digunakan untuk tangki

yang dipanaskan atau didinginkan dengan jaket.

5. Helical impeller untuk pengadukan padat cair atau untuk mengadauk pasta,

lumpur,atau adonan.

Perpindahan panas dan energi pada proses tangki berpengaduk berjaket pada

praktikum ini terjadi sangat berbeda dengan proses perpindahan panas yang sering kita

jumpai Hal ini disebabkan karena proses yang terjadi adalah proses tak tetap (unsteady state).

Jadi koefesien perpindahan panas (U) tidak dapat digunkan dalam persamaan Fourier,

yaitu Q = U.A.∆T. Persamaan Fourier tersebut hanya bisa digunakan bila tangki beroperasi

secara sinambung/steady state. Dalam semua kasus, laju total perpindahan panas dapat

diekspresikan dalam bentuk daya gerak penurunan temperatur dan hambatan.

Persamaan Fourier

Q = U . A . (T1 – T2)

Dimana: Q = laju perpindahan panas ;

T1 = temperatur pada titik 1 ;

T2 = temperatur pada titik 2 ;

U = koefisien keseluruhan perpindahan panas ;

A = luas permukaan yang dilalui panas.

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

3.2 Rangkaian Alat

Gambar 1. Skema Stirred Tank Reactor

Alat :

1. Tangki berpengaduk berjaket

2. PCT 10 + Thermocouple

3. Selang

4. Ember

5. Stopwatch

6. Thermometer

Bahan :

1. Air kran 75 L

2. Steam

3.3 Langkah Kerja

Memasukkan air umpan

melalui selang dengan

membuka tutup reaktor

sampai volume 75 L

Mengukur suhu awal air

umpan

Menyalakan pompa

sirkulasi air (yang

dipakai sebagai air

pemanas)

Membuka aliran steam

Mengukur tekanan masuk

dan keluar pompa,

tekanan steam, suhu

masuk dan keluar air

pemanas setiap 15 menit

selama 90 menit

Matikan pompa sirkulasi

Tutup aliran steam

Mengukur suhu akhir air

umpan di dalam reaktor

dengan mengeluarkannya

melalui selang pada

bagian bawah reaktor

BAB IV

DATA HASIL PENGAMATAN

4.1 Data Awal

Suhu awal air dalam tangki : 25,3 °C

Suhu akhir air dalam tangki : 46 °C

4.2 Hasil Pengamatan

Kalor yang diterima air umpan (Q) = 6489.45 kJ

Waktu

(menit) Tin (oC) TOut (oC) Volume (L)

Psteam

(bar)

Pompa

(bar)

Pin Pout

0 25.3 - 0 1.1 0.5 1.1

15 29.7 20.75 75 2.8 2.0 2.8

30 29.4 20.58 75 3.6 2.8 3.6

45 29.5 20.65 75 2.9 2.0 2.9

60 29.4 20.58 75 3.1 2.3 3.1

75 29 20.30 75 3.4 2.2 3.4

90 28.9 20.23 75 3.5 2.8 3.5

4.3 Grafik Hasil Pengamatan

Grafik 1. Pengaruh suhu air pemanas masuk dan keluar terhadap waktu

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100

Suhu air

pemanas

(oC)

Waktu (menit)

Tin

Tout

Grafik 2. Pengaruh tekanan steam terhadap waktu

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 20 40 60 80 100

Tekanan

Steam

(bar)

Waktu (menit)

Psteam (bar)

BAB V

PEMBAHASAN

Pada praktikum Stirred Tank Reactor ini menggunakan air keran sebagai umpan

dalam prosesnya. Tujuan dari praktikum ini adalah mengetahui proses perpindahan panas

pada Stirred Tank Reactor, mengetahui prinsip kerja Stirred Tank Reactor, mengetahui

pengaruh suhu air pemanas masuk dan keluar terhadap waktu., serta mengetahui

pengaruh tekanan steam yang dipakai terhadap waktu.

Prinsip utama kerja STR ini terletak pada steam yang dialirkan menuju reaktor,

karena dalam reaktor akan terjadi kontak antara steam dan air umpan sehingga terjadi

perpindahan panas dari steam ke air umpan. Pengaduk (Agitator) tidak praktikan jalankan

dikarenakan umpan yang digunakan berupa air keran, apabila umpan berupa dua larutan

maka diperlukan pengadukan agar larutan homogen. Agitator ini bekerja dengan

menggunakan motor listrik yang ditaruh pada penutup reaktor. Motor ini dijalankan

dengan variable speed unit yang diatur melalui panel control. Terdapat jaket yang

menyelimuti reaktor STR berguna untuk mencegah terjadi perpindahan panas menuju

lingkungan.

Berdasarkan data pengamatan, didapatkan selisih antara suhu awal dan akhir air

dalam reaktor yaitu sebesar 20,7ºC. Dapat terlihat pada grafik 1 bahwa suhu air pemanas

yang masuk dan keluar cenderung stabil pada suhu 29ºC setelah meningkat selama 15

menit dari kondisi awal. Terlihat perbedaan pada kondisi suhu air pemanas masuk dan

keluar yaitu air pemanas yang keluar selalu lebih tinggi suhunya dibandingkan air

pemanas yang masuk. Hal ini dapat membuktikan proses berjalan dengan baik yaitu

sebagian panas yang masuk digunakan untuk memanaskan air umpan dalam STR.

Sedangkan pada grafik 2 terlihat bahwa tekanan steam mengalami fluktuasi namun

cenderung meningkat. Proses dalam STR ini sangat diperngaruhi oleh seberapa banyak

steam yang digunakan maka besar bukaan katup sangat mempengaruhi proses ini.

Kalor yang diterima oleh air umpan sebesar 6489.45 kJ

BAB VI

SIMPULAN

1. Proses perpindahan panas di dalam tangki berpengaduk berjaket tergolong kelompok

proses unsteady state yang berpengaruh terhadap control proses dan kondisi operasi.

2. Semakin besar bukaan katup steam maka semakin cepat perpindahan panasnya, hal

tersebut berbanding lurus dengan volume dan suhu jaket serta berbanding terbalik

dengan tekanan steam.

DAFTAR PUSTAKA

1. Job sheet praktikum ‘Tangki Berpengaduk’, Laboratorium Pilot Plant. Jurusan Teknik

Kimia. Politeknik Negeri Bandung. 2000.

2. Geankoplis, Christie J. ‘Transport Process and unit Operation’. Prentice – Hall.

Third edition.

LAMPIRAN

Massa Air

m = ρ x V

= 1000 kg/m3 x 0.075 m3

= 75 kg

Perpindahan panas (kalor yang diterima air umpan)

Q= m x Cp x dT

Q= 75 kg x 4.18 kJ/kg.K x (46-25.3)K

Q= 6489.45 kJ