bab ii tinjauan pustaka
TRANSCRIPT
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengadukan (Agitasi) dan Pencampuran (Mixing)
Pengadukan biasanya dilakukan untuk mengurangi kehomogenitas, khususnya
pengadukan yang mengurangi partikulat padatan atau untuk menaikkan kecepatan
reaksi suatu proses yang terkadang dilakukan dalam bejana berpengaduk. Dalam
pengadukan cairan (liquid mixing), diperlukan dua faktor. Faktor pertama yaitu aliran
konvektif harus terjadi dalam bejana agar tidak terbentuk bagian stagnan. Faktor
kedua yaitu adanya daerah high-shear mixing dimana daerah ini mampu mengurangi
kehomogenitas larutan dan menaikkan kecepatan reaksi. Kedua faktor ini
membutuhkan energi agar faktor ini dapat berjalan sesuai yang diinginkan (Nienow,
dkk, 1997).
Quillen (1954) mendefinisikan pencampuran sebagai proses dimana dua atau
lebih komponen yang berbeda bercampur dan menghasilkan suatu keseragaman baik
secara fisika maupun kimia pada produk akhir. Karena difusi secara alami relatif
lambat, umumnya pencampuran cairan menggunakan alat pengaduk di dalam tangki
(Holland, 1973).
Pencampuran fluida dengan menggunakan tangki berpengaduk untuk beberapa
hal termasuk untuk menghomogenkan satu atau dua fasa dengan berdasarkan
konsentrasi dari komponen-komponen, sifat-sifat fisika dan suhu (Paul, dkk, 2004).
Hal ini akan memerlukan banyak energi mekanik jika agitator atau alat pengaduk
yang digunakan salah (Holland, 1973). Parker (1964) mendefinisikan agitasi sebagai
pembentukan suatu aktivitas seperti aliran atau turbulensi selain dari perlakukan
pencampuran.
2.2 Jenis-Jenis Impeller
Impeller dibagi dalam beberapa jenis yang berbeda tergantung dari arah aliran,
jenis aplikasi dan bentuk geometri yang khusus (Paul, dkk, 2004). Pada umumnya
agitator dibagi menjadi dua kelompok:
a. Agitator dengan luas penampang kecil yang berotasi pada kecepatan tinggi.
Contohnya adalah turbin dan propeller.
b. Agitator dengan luas penampang besar yang berotasi pada kecepatan rendah.
Contohnya adalah anchors, paddles dan helical screws.
Kelompok kedua lebih efektif daripada yang kelompok pertama di dalam
pencampuran pada cairan dengan viskositas yang tinggi (Holland, 1973).
Menurut Paul (2004), impeller terbagi menjadi:
a. Impeller arah aliran aksial
Impeller ini efisien untuk pencampuran cairan dan suspensi padatan (Paul, dkk,
2004). Impeller ini termasuk propeller dan jenis ini menyediakan banyak produksi
dan biaya perawatan terutama pada peralatan keseluruhan (Oldshue, 1983).
Gambar 2.1 Impeller Dengan Pola Aliran Aksial
(Paul, dkk, 2004)
b. Impeller arah aliran radial
Impeller ini memiliki disk atau terbuka dan mungkin memiliki luas penampang
yang datar atau bergelombang. Arah ini efisien untuk dispersi gas (Paul, dkk, 2004).
Tipe impeller yang terbuka (tanpa disk) tidak secara natural mengalir dalam arah
aliran radial sejak ada perbedaan tekanan diantara sisi-sisi impeller. Mereka akan
mengalir ke atas dan ke bawah ketika bergerak radial (Oldshue, 1983).
Gambar 2.2 Impeller Dengan Pola Aliran Radial
(Paul, dkk, 2004)
c. Hydrofoil Impeller
Impeller jenis ini dikembangkan ketika arah aliran aksial dibutuhkan dan penting
serta tegangan geser kecil (Paul, dkk, 2004).
Gambar 2.3 Hydrofoil Impeller
(Paul, dkk, 2004)
d. Impeller dengan tegangan geser tinggi
Impeller ini dioperasikan pada kecepatan yang tinggi dan digunakan untuk
penambahan fasa kedua seperti gas, cairan, padatan atau bubuk dalam proses
pemecahan, mendispersikan pigmen dan membuat emulsi (Paul, dkk, 2004).
Gambar 2.4 Impeller dengan Tegangan Geser Tinggi
(Paul, dkk, 2004)
2.3 Arah Aliran
Suatu gambar kualitatif dari suatu medan aliran yang dihasilkan oleh impeller
pada suatu cairan dengan fasa tunggal berguna untuk mengetahui adanya daerah mati
di dalam tangki atau ketika partikel cenderung mengendap di dalam cairan.
Propeller dan turbin yang bekerja pada suatu fluida Newtonian dalam suatu areal
turbulen menghasilkan pola aliran seperti pada gambar di bawah:
Gambar 2.5 Pola Aliran Untuk (a) Propeller dan (b) Turbin
(Nienow, dkk, 1997)
Pada arah aliran aksial, impeller menghasilkan aliran paralel terhadap poros
impeller bersamaan pada impeller axis. Arah ini cenderung menghasilkan aliran per
daya dibandingkan dengan impeller dengan arah radial (Oldshue, 1983). Arah aliran
radial menghasilkan dua arah aliran, satu di bawah dan satu di atas impeller,
pencampuran terjadi diantara dua arah aliran itu (Paul, dkk, 2004).
(a) (b)
2.4 Waktu Pencampuran
Waktu pencampuran adalah waktu pada saat penambahan bahan sampai isi di
dalam bejana mencapai derajat keseragaman, ketika itu sistem dikatakan telah
bercampur. Untuk fluida pada viskositas tinggi, daerah turbulen susah didapatkan,
turbin dan propeller tidak efisien pada bilangan Reynold yang rendah karena
keterbatasan arah aliran pada daerah itu. Kenaikan laju pencampuran pada viskositas
tinggi dapat dicapai dengan impeller yang besar dibandingkan dengan arah aliran
(Nienow, 1997).
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 (propeller, turbin, paddle).
• Ukuran pengaduk (diameter, tinggi).
• Laju putaran pengaduk.
• Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :
a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki.
b. Pola pemasangan :
- Center, vertikal.
- Miring (inclined) dari atas.
- Horizontal.
c. Jumlah daun pengaduk.
d. 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).
(Ali, dkk, 2010).
2.5 Daya Agitator
Rumus untuk menentukan daya agitator:
NRe=D
a2 Nρ
μ ………….. (1)
N P=P
ρN3 Da
5
………….. (2)
(Sinnott, 2005)
Keterangan: NRe = bilangan Reynold ρ = densitas (kg/m3)
Np = bilangan daya N = kecepatan rotasi (rpm)
Da = diameter tangki (m) μ = viskositas (cP)
Gambar 2.6 Kurva Bilangan Daya vs Bilangan Reynold
(Nienow, 1997)
2.6 Vorteks dan Sekat
Dalam beberapa kasus dari besar atau kurangnya keaksialan pengaduk di dalam
bejana tanpa adanya sekat, cairan akan berotasi dan menghasilkan suatu vorteks. Bila
vorteks tidak begitu dalam sehingga gas dapat mempengaruhi kerja pengaduk,
kedalaman vorteks tidak akan berpengaruh terhadap daya pengaduk dalam proses
pencampuran (Zlokarnik, 2001).
NRe
Np
Sekat secara umum digunakan pada pencampuran transional dan turbulen,
kecuali dalam beberapa sistem yang membutuhkan pembersihan secara rutin di
dalam tangki. Untuk pencampuran laminar dari fluida yang viskos, sekat tidaklah
dibutuhkan (Paul, dkk, 2004).
Berikut ini adalah gambar beberapa jenis sekat yang biasa digunakan dalam
industri:
Gambar 2.7 Jenis-Jenis Sekat
(Paul, dkk, 2004)
2.7 Aplikasi Pencampuran Dalam Industri “Pembuatan Minyak Nabati”
Tahap pertama dalam memproses berbagai bahan baku nabati adalah untuk
menghilangkan berbagai material yang dapat mengurangi kualitas dari minyak
tersebut. Mulai dari bahan baku, berbagai peralatan dikembangkan untuk mengambil
bahan baku sampai pada proses untuk memurnikan minyak.
Minyak dapat diambil dengan dua cara, yaitu dengan ditekan atau dengan cara
ekstraksi. Penekanan dari minyak dapat dilakukan baik dalam keadaan panas ataupun
dingin atau pada kombinasi keduanya. Yang akan dibahas di sini adalah mengenai
cara mengambil minyak dengan menggunakan ekstraksi pelarut. Ekstraktor dapat
digunakan secara batch atau kontinu, dan ada sebanyak 20 jenis pelarut yang dapat
digunakan.
Dalam suatu ekstraktor kontinu, alirannya haruslah berlawanan arah diantara
bahan baku dan pelarut. Setelah proses ekstraksi, pelarut umumnya dimurnikan
dengan menggunakan destilasi. Ketika minyak telah diambil, maka ia harus
dimurnikan. Proses pemurnian termasuk memisahkan asam lemak bebas di dalam
minyak dengan proses saponifikasi dengan menggunakan 20% larutan soda kaustik.
Walaupun ini dilakukan secara batch ataupun kontinu, ini akan mempengaruhi
proses pemilihan agitator yang cocok. Di dalam proses batch ketika lumpur
mengendap melalui proses gravity settling, proses agitasi harus dapat membentuk
sabun dan menghindari berbagai proses emulsi yang dapat menghilangkan minyak.
Dalam proses pemurnian secara kontinu, soda kaustik dan minyak mentah diaduk
dan melalui suatu kolom pengaduk masuk ke pipa pemanas untuk proses pemanasan,
kemudian disentrifugasi untuk pemisahan dari lumpur dan minyak yang telah
dimurnikan. Proses pemurnian yang hilang umumnya kecil di dalam alat pemurnian
yang kontinu dibandingkan dengan proses pemurnian batch.
Setelah proses pemurnian, minyak kemudian dicuci untuk dihilangkan zat-zat
lain yang tidak diinginkan. Ini dilakukan dengan mengaduk minyak dengan karbon
aktif. Setelah itu, minyak dikirim ke tangki penyimpan. Jika produk akhir yang
diinginkan adalah margarin dan lain sebagainya, maka minyak tersebut harus
dikeraskan dan menaikkan temperatur lelehnya. Ini dilakukan dengan
menghidrogenasi minyak. Dalam proses hidrogenasi, asam lemak tak jenuh bereaksi
dengan gas hidrogen, umumnya dengan menggunakan katalis nikel untuk
menghasilkan asam jenuh.
Karena reaksi eksotermik, agitator yang dibutuhkan dalam memindahkan panas
reaksi dan menjaga keseragaman seperti mendispersi gas hidrogen serta
mensuspensikan katalis nikel secara seragam di dalam tangki. Peralatan
pencampuran tergantung dari waktu pencampuran. Setelah hidrogenasi, minyak
didestilasi dalam kondisi vakum untuk menghilangkan impuritis yang kemudian
difiltrasi. Setelah itu, minyak telah siap untuk dibungkus dan dijual (Oldshue, 1983).
Berikut ini adalah diagram alir dari proses pembuatan minyak nabati:
Gambar 2.8 Diagram Alir Proses Pembuatan Minyak Nabati
(Oldshue, 1983)