LABORATORIUM SATUAN OPERASI

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013

MODUL : Pengadukan dan Pencampuran

PEMBIMBING : Rintis Manfaati, S.T.

Oleh :

Kelompok : V (lima)

Nama : 1. Hana Afifah Rahman NIM.111411045

2. Yudha Fitriansyah NIM.111411059

Kelas : 2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

Praktikum : 25 April 2013Penyerahan : 2 Mei 2013(Laporan)

PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN

(AGITATION AND MIXING)

I. TUJUAN1) Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dala tangki

2) Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk

3) Mencampur dua cairan yang saling melarut

4) Melarutkan padatan dalam cairan

II. DASAR TEORI

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan

yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya

menyebar (terdispersi). Pencampuran adalah 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.

2.1 Bejana

Syarat tertentu bejana:

1. Biasanya bagian bawahnya (bottomend) berbentuk melengkung

(bulat/lonjong) untuk mencegah penumpukan disudut bejana (staghnasi),

sehingga pengadukan terjadi dengan sempurna.

2. Diameter bejana hampir sama dengan tinggi permukaan fluida. (h ≈ d)

3. 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 ht

4. Bahan bejana terbuat dari bahan inert dan cukup kuat.

2.2 Jenis-jenis Pengaduk

Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan

secara umum, yaitu pengaduk baling – baling, pengaduk turbin, dan pengaduk dayung.

2.2.1 Pengaduk jenis baling-baling (propeller)

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya

adalah baling-baling berdaun tiga.

Gambar 6

Baling-baling ini digunakan  pada kecepatan berkisar antara 400 hingga

1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan

viskositas rendah.

2.2.2 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 7

Pengaduk 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.

2.2.3 Pengaduk Turbin

Pengaduk 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 8

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, 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.

2.3 Kebutuhan Daya Pengaduk

2.3.1 Bilangan Reynold

Bilangan 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

ρ    = dnsitas fluida

µ    = viskositas fluida

Dalam 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

hingga 104 dan transisi berada diantara keduanya.

2.4 Laju dan Waktu Pencampuran

Waktu 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 tangki

b. Pola pemasangan :

- Center, vertikal

- Off center, vertical

- Miring (inclined) dari atas

- Horisontal

Jumlah daun pengaduk

Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk

2. 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.

Waktu pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan Metzner adalah :

f t=tT (nD

a2 )

2/3 g1/6

H1/2 Dt

=ntT [ DaDt

]2[ Dt

H ]1/2

[ gn2Da

]1/6

...........................(1)

Untuk pengaduk propeler,

f t=tT (nD

a2 )

2/3 g1/6

H1/2 Dt

=ntT [ DaDt

]3/2

[ DtH ]

1 /2

[ gn2 Da

]1/6

...............................(2)

Dimana :

Da = Diameter pengaduk (m) Dt = Diameter tangki (m)

H = Tinggi tangki (m) ntT = Mixing time faktor

g = Percepatan grafitasi (m/dt2) n = Kecepatan putar (rpm)

ft = Blending time factor

Mixing time faktor dapat diperkirakan dari gambar grafik dibawah

III. PERCOBAANIII.1 Alat dan Bahan

Alat

Stopwatch

Piknometer

Viscometer

Tachometer

Termometer

Gelas kimia 250, 1000 ml

Gelas ukur 50 ml

Bahan

Tepung kanji

Aquades

NaOH 2 M

H2SO4 2 M

Phenolphtalin (indikator PP)

III.2 Langkah Kerja Kalibrasi Kecepatan Pengadukan

1,5 Liter air dimasukkan ke dalam bejana/tangki

pengaduk dinyalakan dengan kecepatan putar pada skala 230 dan 290

kecepatan pengaduk (RPM) diukur dengan tachometer untuk setiap skala

Pada setiap skala kecepatan pengaduk ditambahkan 5 mL PP, 30 mL NaOH 2 M dan 30 mL H2SO4 2 M

Catat waktu ketika warna cairan berubah dari merah muda menjadi bening kembali

Waktu Pengadukan

IV. DATA PENGAMATAN Dimensi Tangki Pengaduk

Tipe pengaduk yang digunakan : Tree Blade / marine Propeller

Diameter tangki (Dt) : 32,2 cm (0,322 m)

Diameter pengaduk (Da) : 10,73 cm (0,1073 m) (13

x 32,2

cm)

Tinggi tangki (H) : 65 cm (0,65 m)

Kecepatan Putar pengaduk yang digunakan adalah

Skala putar Kecepatan putar

(RPM)

2.30 88,6

2.90 113,3

500 gram tepung kanji ditimbang kemudian dilarutkan dalam 2

liter air panas mendidih dalam

ember

Larutan kanji disaring dan dimasukkan ke

dalam bejana pengaduk kemudian

ditambahkan 5ml indikator PP

massa jenis, suhu, dan viskositas larutan

diukur

Kecepatan motor diatur dan 30 mL

NaOH 2M ditambahkan secara

bersamaan

waktu dicatat bila perubahan warna campuran telah

merata

Campuran dinetralkan dengan ditambahkan 30ml larutan H2SO4

2M, catat waktu

Tentukan densitas, suhu, dan viskositas

larutan

Ulangi percobaan dengan kecepatan

putar yang berbeda

Waktu Pengadukan

Berat tepung tapioka = 368 gram

(karena tepung tapioka habis, tidak cukup 500gram)

Berat piknometer kosong = 29,13 gr

Air

Skala RPM t1 (s) t2 (s) T (oC) Viskositas (cP)cP Poise

230 88,6 11,12 14,34 25 1,8 0,018290 113,3 6,87 7,57 25 1,2 0,012

Larutan Kanji

Skala RPM t1 (s) t2 (s) T (oC) Viskositas (cP)cP Poise

230 88,6 27,47 07,11 29 2,9 0,029290 113,3 21,62 6,91 27 2,4 0,024

Analisis T, ρ Air

ρ air (1atm, 25oC) = 0,9971 gram/mlmassa pikno kosong = 29,13 grammassa pikno + air = 52,42 grammassa air = 23,36 gramVolume piknometer = volume air penuh

Volume air penuh = massa air penuhrapat massa air

,

= 23,36 gr

0.9971 gr /ml= 23,43 mL

Penentuan massa jenis larutan kanji (ρ ¿

Massa pikno kosong = 29,13 gram

Massa pikno + sampel = 55,46 gram

Massa sampel = 26,33 gram

Volume sampel = 23,43 mL

ρ = massa sampelvolume sampel

= 26,3323,43

= 1,1238 gr/mL = 1123,8 kg/m3

V. PENGOLAHAN DATA

a. Menghitung Reynold Number pengaduk

Air :

88,6 RPM

Nre= D2 Nρμ

¿(0,1073)2( 88,6

60rps)(997,1)

0,018

¿941,78

113,3 RPM

Nre= D2 Nρμ

¿(0,1073)2( 113,3

60rps)(997,1)

0,012

¿1806,49

Larutan kanji :

88,6 RPM

Nre= D2 Nρμ

¿(0,1073)2( 88,6

60rps)(1123,8)

0,029

¿658,83

113,3 RPM

Nre= D2 Nρμ

¿(0,1073)2( 113,3

60rps)(1123,8)

0,024

¿1018,02

b. Menghitung blending time

Air

88,6 RPM

ntT dari grafik dengan NRe= 941,78 adalah 1250

ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt

H ]1/2 [ g

n2 Da ]1/6

= 1250 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322

0,65 ]1/2[ 9,8

88,62 x 0,1073 ]1/6

= 80,56

Untuk 113,3 RPM

ntT dari grafik dengan NRe= 1806,49 adalah 800

ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt

H ]1/2 [ g

n2 Da ]1/6

= 800 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322

0,65 ]1/2[ 9,8

113,32 x 0,1073 ]1/6

= 47,54

Larutan kanji :

Untuk 88,6 RPM

ntT dari grafik dengan NRe= 658,83 adalah 2000

ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt

H ]1/2 [ g

n2 Da ]1/6

= 2000 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322

0,65 ]1/2[ 9,8

88,62 x 0,1073 ]1/6

= 128,90

Untuk 113,3 RPM

ntT dari grafik dengan NRe= 1018,0 2 adalah 1300

ft = ntT [ DaDt ]3/2 [ Dt

H ]1/2 [ g

n2 Da ]1/6

= 1300 [ 0,10730,322 ]3/2[ 0,322

0,65 ]1/2[ 9,8

113,32 x 0,1073 ]1/6

= 77,26

Tabulasi Hasil Pengolahan Datao Air

Skala RPM t1 (s) t2 (s) NRe ft

2.30 88,6 11,12 14,34 941,78 80,562.90 113,3 6,87 7,57 1806,49 47,54

6 7 8 9 10 11 12 13 14 150

200400600800

100012001400160018002000

Kurva t1 dan t2 terhadap NRe

t1t2

t1 dan t2

NRe

45 50 55 60 65 70 75 80 850

200400600800

100012001400160018002000

Kurva ft terhadap NRe

ft

ft

NRe

Larutan Kanji

Skala RPM t1 (s) t2 (s) NRe ft

2.30 88,6 27,47 7,11 658,83 128,902.90 113,3 21,62 6,91 1018,02 77,26

5 10 15 20 25 300

200

400

600

800

1000

1200

Kurva t1 dan t2 terhadap NRe

t1t2

t1 dan t2

NRe

70 80 90 100 110 120 130 1400

200

400

600

800

1000

1200

Kurva ft terhadap NRe

ft

ft

NRe

VI. PEMBAHASAN

Dalam praktikum Agitasi dan Mixing (Pengadukan dan Pencampuran), praktikan

mempelajari sekaligus membuktikan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses

pengadukan dan juga belajar cara mengoperasikan alatnya dengan benar. Adapun faktor-faktor

yang dapat mempengaruhi pengadukan, yaitu jenis impeller, letak impeller, bentuk reaktor,

viskositas dan densitas larutan. Akan tetapi, berhubung jenis dan letak impeller juga bentuk

reaktornya tetap karena keterbatasan alat, jadi praktikan hanya dapat melihat pengaruh dari

viskosotas dan densitas larutan dalam proses pengadukan. Adapun jenis pengaduk yang

digunakan berjenis baling-baling kapal dan letaknya tegak lurus. Dengan pengadukan dengan

kecepatan tinggi, kemungkinan terjadinya vortex akan sangat besar. Vortex merupakan pola

yang dihasilakan dari energi sentrifugal yang dapat meningkatkan ketinggian fluida pada

dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Akan tetapi bukan hal ini

yang akan dibahas oleh praktikan, karena reaktor tersebut sudah memiliki baffle yang dapat

mencegah terjadinya vortex.

Untuk membuktikan bahwa viskositas dapat mempengaruhi pengadukan, maka praktikan

melakukan pengadukan pada 2 larutan yang berbeda, larutan 1 berisi air keran saja, sedangkan

larutan 2 merupakan campuran 500gram kanji dalam 15 Liter air. Dalam hal ini, kanji

digunakan untuk menaikkan viskositas dari larutan 2. Selain itu juga penambahan kanji

tersebut juga berfungsi untuk menaikkan densitas. Sehingga diperoleh data sebagai berikut:

Larutan 1 (densitas = 1000 kg/m3)

Skala RPM t1(detik) t2(detik) T(oC) Nre

2,5 150,7 5,27 5,13 27 8675,263 177,9 3,82 3,09 27 10241,1

Larutan 2 (densitas = 995,7 kg/m3)

Skala RPM t1(detik) t2(detik) T(oC) Nre

2,5 145,6 8,3 7,44 27 1987,063 172,6 5,74 4,47 27 2300,75

Dari data diatas, sangat jelas sekali bahwa pada skala alat pengaduk yang sama, terjadi

perbedaan RPM pada dua larutan yang berbeda, sehingga jelas terbukti bahwa benar,

viskositas dan densitas mempengaruhi proses pengadukan. Selain itu juga dapat dilihat pada

tabel diatas, terjadi perbedaan Bilangan Reynold. Dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan

nilai dari Bilangan Reynold seiring dengan kenaikan kecepatan dari pengaduk. Selain itu juga,

waktu pengadukan juga semakin cepat seiring semaking besarnya Bilangan Reynoldnya.

Pada kesempatan ini juga praktikan melakukan penambahan PP baik pada larutan 1 dan

larutan 2, kemudian secara bergantian , keduanya ditambahkan larutan Natrium Hidroksida

(NaOH), sehingga warna larutan menjadi merah muda karena pada kondisi asam dan

terdeteksi oleh PP. Lalu praktikan mencatat waktu yang dibutuhkan dalam perubahan

tersebut. Kemudian praktikan menambahkan larutan Asam Sulfat kepada masing-masing dari

Larutan 1 dan 2 tersebut sehingga warna larutan kembali menjadi bening (tidak berwarna),

praktikan juga mencatat rentan waktu yang dibutuhkan dalam perubahan tersebut. Hal ini

dilakukan untuk mencari nilai dari blending time dari masing-masing larutan dengan

kecepatan putar yang berbeda. Berikut data yang dihasilkan.

Larutan 1

0 2 4 6 8 10 120

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ft terhadap Nre

Series2

Blending Time (Ft)

Bila

ngan

Rey

nold

(Nre

)

Larutan 2

0 5 10 15 20 25 30 35 400

500

1000

1500

2000

2500

Ft Terhadap Nre

Series2

Blending Time (Ft)

Bila

ngan

Rey

nold

(Nre

)

Dari tebel diatas, didapat bahwa semakin tinggi maka waktu pengadukan semakin cepat

sehingga nilai mixing time factor akan semakin kecil. Nilai mixing time factor akan

berbanding lurus dengan nilai blending time factor sehingga akan berbanding terbalik

dengan Reynold Number.

I. Kesimpulan

Terbukti bahwa Viskositas dan Densitas dapat mempengaruhi proses pengadukan.

Mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor, tetapi berbanding

terbalik dengan Bilangan Reynold

CONTOH PUNYA LETI

Pada percobaan kali ini dilakukan proses pencapuran dan 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 kacang

hijau sebagai indikator untuk melihat pola aliran yang terbentuk.

Pada percobaan mixing dilakukan pada variasi rpm. Dari hasil perobaan dapat

terlihat bahwa semakin besar rpm yang digunakan maka semakin cepat proses

pencapuran berlangsung dan pola aliran semakin cepat. 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 lalu 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.

Kecepatan putaran

(RPM)

Nre ft (menit)

80,8 10799,497 14,3

99,3 14415,305 13,3

120,4 20638,749 12,5

140,0 29356,444 11,8

160,2 43171,611 11,4

Setelah pencampuran dilakukan dengan variasi rpm lalu dibuat grafik antara Nre

terhadap waktu. Nre menunjukan seberapa cepat putaran pengadukan semakin besar

Nre maka semakin cepat putaran pengaduk. Dari grafik didapatkan bahwa semakin

besar Nre maka semakin cepat yang dibutuhkan untuk proses pencapuran. 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.

VII. SIMPULAN

VIII. DAFTAR PUSTAKADjauhari,A., 2002. “peralatan kontak dan pemisah Antar Fasa”. Diktat Kuliah, hal 55-

59, Teknik Kimia Politeknik negeri Bandung.Buku Petunjuk Praktikum Satuan Operasi. 2004. “Agitasi dan pencampuran” Jurusan

Teknik Kimia, Politeknik Negeri BandungMcCabe, W.L., Smith, J.C. and harriot, P. 1993. “Unit Operation of Chemical

Engineering” 5rd., hal 257-260, McGraw-Hill, Singapore

LAMPIRANGAMBAR PRAKTIKUM