Download - fm.doc
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Keberhasilan banyak proses operasi kimia tergantung pada effektifitas
pengadukandan pencampuran dari fluida. Pengadukan yang dilakukan akan
menyebabkan suatu material akan bergerak secara spesifik ( tertentu ), sedangkan
pencampuran adalah pendistribusian yang acak ke dan melalui satu atau yang lainnya
dari dua atau lebih phase. Suatu material yang homogen, seperti air dingin dalam
tanki yang penuh dapat diaduk tetapi tidak dapat dilakukan pencampuran sebelum
ditambahkannya beberapa material lain ke dalam tanki. Jadi jelaslah bahwa Agitasi
( pengadukan ) tidaklah sama dengan mixing ( pencampuran ).
Tidak seperti unit pengoperasian yang lainnya, proses pencampuran
dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti pemompaan, perpindahan panas,
perpindahan massa secara cepat.
Peralatan pencampuran yang digunakan untuk kepentingan komersial
sangatlah banyak seperti pencampuran yang digunakan pada produksi bahan kimia,
makanan, obat – obatan dan lain – lain. Tugas dari mixer ( pencampur ) itu sendiri
adalah :
1. Mencampur cairan yang dapat bercampur ( miscible )
2. Mengkontakkan cairan – cairan yang tak dapat bercampur, ex : proses extraksi
solvent
3. Proses emulsi untuk menghasilkan produk yang stabil
4. Melarutkan padatan kasar pada cairan dengan vickositas rendah
5. Dispersi padatan halus dalam cairan dengan viskositas yang tinggi
6. Dispersi gas dalam cairan, ex : proses fermentasi
7. Mengkontakkan gas/padatan/cairan pada reaksi katalitik
Tetapi yang menjadi masalah bahwa tidak satupun alat yang apat melakukan
fungsi dari pencampuran secara menyeluruh dan effisien karena disebabkan biaya
pengoperasian yang sangat tinggi.
Secara umum alat pencampur fluida ( Fluid Mixing Apparatus ) dapat dibagi
menjadi dua kategori yaitu :
1. Mixer dengan berbagai tipe impeller yang juga disebut agitator ( pengaduk ),
yang terdiri atas propeller dan flat paddle.
2. Mixer yang tidak bergerak yang biasanya dipasangkan langsung pada pipa.
Pada percobaan yang dilakukan, digunakan pencampuran kategori pertama
yaitu mixer dengan berbagai tipe impeller yang umum yang digunakan dalam
berbagai industri.
Agitasi dan pencampuran dapat dilakukan dengan beberapa objek :
1. Pencampuran liquid yang dapat dicampur
2. Penceraiberaian liquid yang tidak dapat dicampur
3. Penceraiberaian gas – gas dalam liquid
4. Suspensi partikel solid dalam Lumpur pelarut
5. Penambahan pertukaran panas antara liquid dan batas container
6. Penambahan perpindahan massa antara fase – fase yang dihancurkan
Keseragaman dari pencampuran multi fase dapat dihitung dari pencontohan
beberapa bagian yang diagitasi. Beberapa jenis bagian teknik dapat digunakan :
1. Warna dimasukkan dan waktu untuk mencapai keseragaman warna dicatat
2. Larutan garam ditambahkan sebagai tracer dan konduktifitas dicatat ketika
komposisi telah seragam
3. Perubahan warna pada indicator ketika netralisasi komplit pada injeksi asam
atau basa
4. Distribusi residence time dihitung dengan memonitor konsentrasi keluar pada
tracer yang dapat dianalisa untuk ketepatan
1.2. Tujuan
1. Untuk mengetahui prinsip dan cara kerja fluid mixing apparatus
2. Untuk mengetahui factor yang mempengaruhi perbedaan pola akiran
3. Untuk mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran
4. Untuk mengetahui bentuk-bentuk impeller
5. untuk mengetahui perhitungan fluid mixing
6. Untuk mengetahui aplikasi dari fluid mixing apparatus
1.3. Permasalahan
Dalam proses pengoperasian teknik kimia, sebagian besar memerlukan suatu
campuran yang homogen sebelum memasuki tahapan selanjutnya seperti reaksi
campuran dalam keadaan homogen. Homogenitas umumnya dapat dicapai dengan
melakukan pencampuran menggunakan impeller.
Dari percobaan yang dilakukan ditemukan berbagai permasalahan antara lain :
1. Pengaruh penggunaan impeller yang berbeda terhadap kualitas pencampuran
yang dihasilkan ( type propeller dan paddle )
2. Faktor – factor yang mempengaruhi pola aliran dalam proses pencampuran
3. Pengaruh penggunaan baffle dalam proses pencampuran
4. Pengaruh penggunaan kecepatan putaran impeller yang berbeda dalam proses
pencampuran
5. Pengaruh penggunaan bahan dalam proses pencampuran
6. Pengaruh kecepatan putar impeller terhadap konduktifitas larutan garam
1.4. Hipotesa
1. Semakin besar kecepatan putaran impeller yang digunakan, semakin cepat
terjadinya homogenitas
2. Semakin kecil ukuran padatan yang akan dicampur atau dilarutkan, semakin
cepat terjadinya homogenitas
3. Semakin kecil viskositas cairan yang digunakan, semakin cepat terjadinya
homogenitas
4. Semakin banyak blade pada impeller, semakin cepat terjadinya homogenitas
5. Semakin cepat perputaran impeller semakin tinggi tingkat konduktifitas dari
larutan garam
6. Semakin cepat perputaran impeller, makin cepat waktu yang dibutuhkan
untuk mencapai konduktifitas yang stabil
7. Dengan penggunaan baffle maka aliran yang terjadi adalah turbulent, hingga
proses pencampuran akan lebih cepat, jika tanpa baffle alirannya cenderung
untuk laminar
1.5. Manfaat
1. Dapat mengetahui prinsip dasar dari pertcobaan fluid mixing apparatus
2. Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh dua buah
impeller yang berbeda ( propeller dan turbin )
3. Dapat mengetahui factor – factor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda
seperti, padatan yang digunakan, viskositas cairan yang digunakan, kecepatan
putaran dari impeller, dll
4. Mengetahui daya hantar listrik suatu larutan dengan pengaruh kecepatan
BAB III
METODOLOGI
III.1. Alat dan Bahan
Satu unit fluid mixing apparatus yang dilengkapi
dengan impeller berbeda dengan baffle dan tan baffle.
Pasir
Air
garam
III. 2. Prosedur Percobaan
1. siapkan fluid mixing apparatus tanpa baffle sehingga dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
2. ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller dari
dasar vessel, lebar bilah impeller.
3. masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid mixing apparatus,
kemudian pasang impeller yang 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 kenaikan
kecepatan putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut.
6. ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan fluid
mixing apparatus dengan baffle.
Keterangan gambar :
A. Bejana Silinder Tanpa Buffle
Tipe aliran : Laminar
Jenis impeller : Turbin
Gambar 1 :
Kecepatan impeller : 50 rpm (radian per menit)
Tinggi cairan : 273 cm
Belum terbentuk vortex (arus putar)
Pasir ukuran kecil sudah menyebar sedangkan ukuran besar masih diam.
Gambar 2 :
Kecepatan impeller : 100 rpm
Tinggi cairan : 277 cm
Terbentuk vortex dengan ketinggian 264 cm (ujung vortex yang terbentuk
dengan dasar bejana silinder).
Pasir ukuran kecil menyebar dan berputar dengan cepat, namun pasir ukuran
besar masih diam.
Gambar 3 :
Kecepatan impeller : 150 rpm
Tinggi cairan : 285 cm
Terbentuk vortex dengan kedalaman vortex sekitar 40 cm dari permukaan
cairan).
Pada tumpukan pasir ukuran besar, bagian sisinya mulai bergerak.
Gambar 4 :
Kecepatan impeller : 200 rpm
Tinggi cairan : 295 cm
Terbentuk vortex dengan kedalaman 80 cm dari permukaan cairan.
Pasir ukuran besar sudah mulai menyebar.
Gambar 5 :
Kecepatan impeller : 250 rpm
Tinggi cairan : 370 cm
Terbentuk vortex dengan kedalaman 200 cm dari permukaan cairan.
Pasir ukuran besar sudah menyebar dan berputar dengan cepat, namun masih
terdapat tumpukan pasir di bagian dasar vessel.
B. Bejana silinder/vessel dengan baffle
Tipe aliran : Turbulen
Jenis impeller : Turbine
Gambar 1 :
Kecepatan impeller : 50 rpm
Tinggi cairan : 259 cm
Tidak terbentuk vortex karena arus putar dipecah dengan adanya baffle.
Pasir berukuran kecil dan besar mulai bergerak dan berputar lambat.
Gambar 2 :
Kecepatan impeller : 100 rpm
Tinggi cairan : 259 cm
Tidak terbentuk vortex karena terdapat baffle/pemecah arus
Pasir berukuran kecil dan besar, bergerak dan berputar agak cepat.
Gambar 3 :
Kecepatan impeller : 150 rpm
Tingi cairan : 259 cm
Tidak terbentuk vortex karena terdapat baffle.
Pasir berukuran kecil dan besar mulai menyebar hampir diseluruh bagian
cairan didalam vessel.
Gambar 4 :
Kecepatan impeller : 200 rpm
Tinggi cairan : 260 cm
Tidak terbentuk vortex karena terdapat baffle.
Pasir berukuran kecil dan besar bergerak menyebar ke seluruh bagian cairan
didalam vessel.
Gambar 5 :
Kecepatan impeller : 250 rpm
Tinggi cairan : 260 cm
Terbentuk vortex dengan kedalaman 16 cm dari permukaan cairan karena
putaran turbin yang sangat cepat sehingga baffle tidak mampu meredam
seluruh vortex yang terbentuk.
Pasir berukuran kecil dan besar mulai berputar dengan cepat dan seluruh pasir
menyebar secara sempurna didalam cairan didalam vessel.
BAB V
PEMBAHASAN
Hasil pengamatan pada percobaan ini memperlihatkan adanya perbedaan-
perbedaan pola aliran yang ditunjukkan oleh alat fluida mixing apparatus, dimana
pengadukan dilakukan dengan kecepatan yang bervariasi, dengan menggunakan
baffle dan tidak menggunakan baffle.
Pada fluida mixing apparatus, apabila tidak menggunakan baffle akan terdapat
vortex dalam aliran, dimana vortex ini sangat merugikan karena menghambat proses
pencampuran. Hal ini disebabkan karena propeller terletak vertikal dan persis berada
dipusat tanki sehingga komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus
tangensial mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekeliling poros dan
menimbulkan vortex pada permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran
laminar, maka cendrung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya
longitudinal antara lapisan-lapisan itu. Pada percobaan ini digunakan pasir dan garam
sebagai partikal padat pada fluid mixing apparatus, dan arus sirkulasi cendrung
melemparkan partikel-partikel itu dengan gaya sentifugal keluar dan dari situ
bergerak kebawah dan sampai kedasar tanki, lalu ke pusat. Karena itu disini
bukanlah pencampuran yang berlangsung, tetapi terjadinya pengumpulan. Jadi karena
dalam aliran sirkulasi zat cair bergerak menurut arah gerakan daun impeller.
Kecepatan relatif antara daun dan zat cair berkurang, dan daya yang dapat diserap zat
cair menjadi terbatas. Dalam bejana yang tidak bersekat, aliran putaran itu dapat
dibangkitkan oleh segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi
jika putaran zat cait itu cukup kuat pola aliran didalam tanki itu dapat dikatakan tetap,
bagaimanapun bentuk rancang impeller. Pada kecepatan impeller tinggi, vortex yang
terbentuk sedemikian dalamnya sehingga mencapai impeller dan gas dari atas
permukaan zat cair akan tersedot kedalam zat cair itu. Biasanya hal demikian tidak
dikehendaki. Pada saat menggunakan baffle pola aliran tampak tidak membentuk
vortex, sehingga pengadukan dan pencampuran lebih merata atau homogen. Karena
tidak ada vortex aliran tampak lebih membesar daripada menggunakan baffle. Jadi
pada fluid mixing apparatus dimana mempunyai agitator vertikal cara yang baik
untuk mengurangi vortex yang tidak dikehendaki yaitu dengan memasang sekat-
sekat(baffle) yang berfungsi menghalangi rotasi tanpa mengganggu aliran radial
fluida atau aliran longitudinal. Sekat yang sederhana namun efektif dapat dibuat
dengan memasang bilah-bilah vertikal terhadap dinding tanki.
Pada impeller turbin dan flate paddle yang menggunakan baffle didapatkan
hubungan antara kecepatan perputaran pengaduk dan konduktivitas larutan dengan
waktu yang berbeda-beda. Sebagai indikator untuk konduktivitas maka digunakan
garam dapur (NaCl), karena NaCl didalam air akan melepaskan ikatan ionnya dan
berpisah menjadi ion-ion, sehingga larutan dapat dihitung konduktivitasnya.
Pada percobaan ini, seharusnya menhitung harga konduktivitas, namun hal ini
tidak dilakukan.
BAB VI
KESIMPULAN & SARAN
8.1. Kesimpulan
Istilah pengadukan dan pencampuran sebenarnya tidaklah sinonim satu sama
lain. Pengadukan menujukkan gerakan tereduksi menurut cara tertentu dalam suatu
bejana, dimana gerakan tersebut membentuk pola sirkulasi. Pencampuran adalah
peristiwa penyebaran bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar
dalam bahan yang lain, sedangkan sebelumnya keduanya terpisah dalam dua fase atau
lebih.
Dari percobaan dapat diambil beberapa kesimpulan :
1. Dengan baffle dapat menghindari adanya vortex dan proses pencampuran akan
berlangsung lebih cepat.
2. Bila zat cair berviskositas rendah didalam bejana tidak bersekat (baffle), partikel-
partikelnya mungkin menjalani lintasan kecil-kecil selamanya dan mungkin
tidak bercampur sama sekali. Hanya sedikit energi yang diberikan untuk
pencampuran tetapi jika pada bejana dipasang sekat (baffle) maka energi yang
dibutuhkan lebih besar.
3. Untuk menghindarkan adanya vortex, maka dapat dilakukan dengan
menggunakan baffle, mengurangi kecepatan, memperbesar tinggi vessel.
8.2. Saran
Adapun saran yang diberikan dari hasil percobaan ini bahwa untuk
memperoleh kehomogenan yang merata dan cepat tercapai yang merata dan cepat
tercapai, maka alat pencampuran atau fluid mixing apparatus lebih baik
menggunakan baffle dan dipakai pada kecepatan yang tinggi.
BAB VII
DAFTAR PUSTAKA
McCabe, Warren l, dkk, Operasi Teknik Kimia, Jilid 1, PT. Gelora Aksara
Pratama, Jakarta, 1991.
Treybal, Robert E, Mass Transfer Operations, Third Edition, McGraw-Hill
Book Company, New York, 1976.
TUGAS KHUSUS
1. Sebutkan akibat yang ditimbulkan akibat Vortex ?
2. Aplikasi fluid mixing pada industri kimia !
3. Apa pengaruh impeller terhadap pengadukan ?
Jawab
1. Kerugian yang ditimbulkan akibat vortex adalah vortex ini sangat
merugikan karena menghambat proses pencampuran. Hal ini disebabkan
karena propeller terletak vertikal dan persis berada dipusat tanki sehingga
komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan.
2. Aplikasi fluid mixing dalam idustri adalah pada proses pembuatan saus
pada industri makanan (bagian seasoning). Pembuatan methyl amina yaitu
dengan mencampur methanol liquid dengan gas NH3 didalam mixing tank
sebelum masuk kedalam reactor. Pembuatan beton semen yaitu dengan
mencampur pasir, kerikil, semen dalam drum berputar
3. Ada beberapa tipe impeller yang mempunyai tingkat effisiensi yang
berbeda terhadap proses pencampuran, oleh karena itu, maka jenis-jenis
impeller akan memberikan pengaruh terhadap pencampuran. Pada
propeller akan memberikan aliran aksial, sedangkan pada paddle akan
menghasilkan aliran secara radial dan tangensial. Apabila berbagai jenis
impeller ini digunakan untuk satu macam larutan, maka akan memberikan
pola aliran yang berbeda.
BAB VII
GAMBAR ALAT
Keterangan : 1 = Penyangga tabung2 = Tabung air3 = Stirred4 = Pompa5 = Katup pembuang