PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA ILIQUID LIQUID MIXING

I. TUJUANTujuan dari percobaan tangki pengaduk ini adalah :1. Mengetahui jenis pola aliran setelah 30 detik running dari proses mixing.2. Menghitung nilai bilangan reynold dari operasi pengadukan campuran tersebut setelah 30 detik run.3. Menentukan mixing time dari campuran tersebut dan menjelaskan faktor yang berpengaruh.4. Membandingkan densitas hasil eksperimen setelah diaduk sempurna dan apabila dihitung terpisah.

II. DASAR TEORIProses pengadukan (agitation) menunjukan usaha yang menghasilkan gerakan materi menurut cara tertentu (dengan arah atau pola tertentu) pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi. Sedangkan proses pencampuran (mixing) merupakan peristiwa menyebarnya bahan bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke bahan yang lain dan sebaliknya, sedang bahan bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih. (Christie J. Geankoplis, Transport Process and Unit Operation, halaman 140)Tujuan pengadukan antara lain adalah :1. Membuat partikel padat tersuspensi.2. Mencampurkan liquid yang saling larut (miscible), contohnya metil alkohol dan air.3. Mendispersikan gas ke dalam liquid dalam bentuk gelembung gelembung kecil.4. Mendispersikan liquid yang kedua, yang tidak bercampur dengan liquid yang pertama, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran butiran halus.5. Mempercepat perpindahhan panas antara zat cair dengan coil atau jacket. (McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, halaman 236)Biasanya zat cair diaduk di dalam tangki atau bejana berbentuk silinder yang dapat tertutup maupun terbuka. Tinggi zat cair yang diigunakan adalah 2/3 dari tinggi tangki. Ada dua macam jenis impeller, yaitu yang menghasilkan arus sejajar (axial) dengan sumbu poros impeller dan yang menghasilkan arus dalam arah tangensial (radial). Terdapat tiga jenis utama dari impeller yaitu propeller, paddle, dan turbin. (McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, halaman 236 237)1. PropellerMerupakan contoh impeller aliran aksial, dengan kecepatan tinggi untuk cairan viskositas rendah. Propeller berukuran kecil berputar pada kecepatan penuh, baik 1150 atau 1750 r/min. Sedangkan propeller yang berukuran besar berputar pada 400 hingga 800 r/min.2. PaddlesUntuk masalah sederhana agitator yang efektif digunakan adalah paddles datar yang berputar pada poros vertikal. Paddle yang umum adalah paddle dengan dua bilah dan empat bilah. Paddle berputar dengan kecepatan lambat di tengah vessel mendorong cairan secara radial dan tangensial dengan hampir tidak ada gerak vertikal di impeller. Dalam industri paddle berputar pada kecepatan antara 20 dan 150 r/min.3. TurbineBentuknya menyerupai paddle bilah banyak dengan pisau pendek, yang berputar pada kecepatan tinggi di poros pusat vessel. Diameter impeller lebih kecil dari paddle, mulai 30 sampai 50 persen dari diameter vessel. (McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, halaman 237 238)

Gambar 2.1 Jenis jenis Impeller (a) three-blade marine propeller; (b) open straight-blade turbine; (c) bladed disk turbine; (d) vertical curved-blade turbine; (e) pitched-blade turbine.Sumber : McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, halaman 238Dalam desain agitator vessel, faktor yang penting adalah daya yang diperlukan untuk menggerakan impeller. Karena daya yang diperlukan untuk sistem tertentu tidak dapat diprediksi secara teoritis, dapat dikorelasikan dengan impeller bilangan Reynolds (NRe). (1)

Dalam tangki aliran laminar untuk NRe < 10 dan aliran turbulen untuk NRe > 104. (Christie J. Geankoplis, Transport Process and Unit Operation, halaman 144)Mixing time merupakan salah satu parameter yang paling penting dalam liquid-liquid mixing yang dibutuhkan untuk memperoleh homogenitas di seluruh vessel. Mixing time adalah waktu pengadukan, dimana parameter viskositas dan densitas menunjukkan angka yang konstan. Selain itu parameter seperti desain impeller, diameter impeller, diameter vessel juga mempengaruhi waktu pencampuran atau mixing time. (Reza Afshar Ghotli, 2013)

III. ALAT DAN BAHANIII.1 Alata. b. Beaker Glass 1000 mLc. Gelas ukur 50 mLd. Spatulae. Viskometer Ostwaldf. Piknometerg. Neraca analitish. Pipet tetesi. Cawan porselinj. Termometerk. Stopwatchl. Impeller jenis turbin

III.2 Bahana. b. Air 685 grc. Tepung Kanji57,14 grd. Tepung Terigu57,14 gr

III.3 Gambar Alat dan Bahan

Gambar 3.1Beaker Glass 1 L

Gambar 3.3spatula

Gambar 3.2Gelas Ukur

Gambar 3.4 Viskometer Ostwald

Gambar 3.6Neraca Analitis

Gambar 3.5Piknometer

Gambar 3.7Pipet Tetes

Gambar 3.9Termometer

Gambar 3.8Cawan Porselin

Gambar 3.10stopwatch

Gambar 3.12Tepung kanji

Gambar 3.11Tepung Terigu

Gambar 3.13 Rangkaian AlatIV. SKEMA KERJAAir + Tepung terigu + Tepung kanji

Diukur viskositas Dimasukkan dalam beaker glass 1000 mLDi MixingDiukur densitasHipotesis jenis pola alir, mengukur bilangan ReynoldDi MixingGambar 4.1 Skema Kerja Liquid - Liquid Mixing

Selama 30 detikSetiap 10 menit diukur densitas dan viskositas hingga konstan

Dengan perbandingan 12 : 1 : 1

V. DATA PENGAMATAN1. Penentuan Densitas Campuran ()Tabel 5.1 Penentuan Densitas Campuran ()Waktu (menit) Berat piknometer kosong (gr)Berat piknometer + larutan (gr)Berat larutan (gr)Volume piknometer (ml)Densitas () gr/ml

1011,4321,8410,41101.041

2011,4321,9010,47101.047

3011,4321,7610,33101.033

4011,4322,1710,74101.074

5011,4321,9410,51101.051

6011,4321,9810,55101.055

7011,4321,9610,53101.053

8011,4321,9010,47101.047

9011,4321,8810,45101.045

10011,4321,8810,45101.045

11011,4321,9310,50101.05

12011,4322,0710,64101.064

1. Penentuan Viskositas Ostwald Campuran ()Tabel 5.2 Penentuan Viskositas Ostwald Campuran ()Waktu (menit) campuran (gr/cm3) tcampuran (sekon)air (gr/cm.s)air (gr/cm3) tair (sekon)campuran (gr/cm.s)

101.04112,710.00951.015100.0123838

201.04721,110.00951.015100.0206867

301.03320,240.00951.015100.0195689

401.07420,890.00951.015100.0209990

501.05132,970.00951.015100.0324324

601.05529,320.00951.015100.0289516

701.0530.00951.015100.0095

801.04712,740.00951.015100.0124845

901.04521,690.00951.015100.0212145

1001.04515,920.00951.015100.0155710

1101.0516,130.00951.015100.0158519

1201.06425,700.00951.015100.0255936

1. Penentuan Waktu Pengadukan (mixing time)Tabel 5.3 Penentuan Waktu Pengadukan (mixing time)Waktu (menit)Densitas () gr/cm3Viskositas () gr/cm.s

101.0410.0123838

201.0470.0206867

301.0330.0195689

401.0740.0209990

501.0510.0324324

601.0550.0289516

701.0530.0095

801.0470.0124845

901.0450.0212145

1001.0450.0155710

1101.050.0158519

1201.0640.0255936

VI. PEMBAHASANPada eksperimen fluid-fluid mixing ini, variable campuran yang digunakan yaitu air (A), tepung terigu (B), tepung kanji (C), pewarna makanan (D) dan glitter (E) untuk mengamati pola alir. Sedangkan variable apparatus yang digunakan yaitu satu set alat liquid-liquid mixing. Perbandingan massa campuran pada eksperimen pertama adalah air : tepung terigu : tepung kanji yaitu 4:1:1, dimana volume campuran tinggi vessel (beker glass ukuran 1000 ml) yang tingginya 15,5 cm. Sehingga didapatkan tinggi volume campuran 10,3 cm 800 ml. Oleh karena itu campuran yang harus dibuat adalah air (533,3 ml) : tepung terigu (133,3 gr) : tepung kanji (133,3 gr). Hitungan tersebut diperoleh berdasarkan perhitungan fraksi, sedangkan jumlah volume totalnya adalah 800 ml sesuai dengan ukuran tinggi vesselnya.Proses mixing menggunakan vessel berupa beker glass 1000 ml tanpa baffle dengan jenis pengaduk turbin. Pada eksperimen ini kecepatan impeller di set pada 205 rpm, kemudian setelah 30 detik diamati pola alirannya, namun belum terlihat. Hal ini disebabkan karena perbandingan campuran tidak seimbang, sehingga tepung terigu dan tepung kanji membentuk endapan keras dan tidak teraduk. Pada eksperimen ini dapat dilihat pada gambar 6.1 sebagai berikut.

Gambar VI.1 Mixing pertama dengan perbandingan campuran 4:1:1Setelah 20 menit running, tepung terigu, tepung kanji dan air belum tercampur, berdasarkan pengamatan masih terlihat memisah antara air dan tepung. Adapun hal-hal yang mempengaruhi proses pencampuran sampel di atas, yaitu sebagai berikut:a. Jenis impellerImpeller atau pengaduk sangat berpengaruh pada proses mixing, karena diameter impeller yang dipakai terlalu kecil, maka tidak bisa mengaduk secara merata. Jenis yang dipakai saat eksperimen yaitu turbin. Seharusnya jika diameter terlalu kecil dapat ditambahi/dilapisi dengan bahan sejenisnya, misalnya alumunium untuk memperbesar dan memperpanjang turbin, sehingga kemungkinan besar tepung dapat teraduk secara merata. b. Ukuran dan letak impeller Ukuran impeller biasanya berkisar antara 0,3-0,6 kali diameter tangki, sedangkan letak impeller tergantung pada dimensi vessel (beker glass) viskositas campuran yang diaduk. Untuk tangki tanpa baffle, seperti yang digunakan pada eksperimen ini, letak pengaduk sangat mempengaruhi pola aliran yang dihasilkan. Biasanya untuk menghindari adanya vortex aliran fluida karena pengadukan tangki tanpa baffle meletakkan pengaduk tidak tepat ditengah tangki (Agi Iqbal Velayas, 2013). Seharusnya jika variable yang digunakan adalah tepung terigu dan kanji, ukuran impeller lebih diperbesar dan atau diperpanjang. Letaknya juga tidak di tengah, untuk menghasilkan campuran yang homogen, impeller diletakkan lebih ke dalam, 1 atau 2 cm dari dasar beker glass. c. Kecepatan impellerPada eksperimen ini, kecepatan impeller 250 rpm. Jika kecepatan impeller ditambah, maka kecepatan untuk tercampurnya suatu campuran tersebut akan semakin cepat. d. Jenis bahan yang dicampurBahan yang digunakan pada eksperimen ini yaitu tepung terigu, tepung kanji dan air. Karena tepung terigu dan tepung kanji termasuk dalam suspensi maka tidak bisa larut sempurna. Jika tidak diaduk terus menerus akan membentuk suatu endapan.e. Perbandingan massa campuranPada eksperimen ini, perbandingan pertama 4:1:1 yaitu air : tepung terigu : tepung kanji. Oleh karena perbandingan air, tepung terigu dan tepung kanji tidak sesuai, akibatnya impeller tidak bisa mengaduk dengan maksimal dan karena terlalu banyak perbandingan massa tepungnya dari pada airnya, maka air yang berdifusi ke dalam tepung sangatlah sulit.f. Waktu pengadukanImpeller yang berputar akan menghasilkan efek pencampuran, biasanya putaran tinggi menghasilkan aliran lebih bergolak sehingga menghasilkan efek pencampuran lebih efektif, apabila berputarnya semakin cepat dengan didukung adanya impeller yang memenuhi syarat, makan akan semakin cepat waktu pengadukannya. g. Kelarutan Semakin besar kelarutan bahan-bahan yang akan dicampur pada pencampuran, maka akan semakin baik pencampurannya. Karena adanya ketidak sesuaian membuat perbandingan massa yang pertama, maka mengakibatkan hal-hal yang tersebut di atas perlu diperhatikan. Oleh karena itu, eksperimen ini diulangi untuk membuat campuran dengan perbandingan yang berbeda. Perbandingan kedua yaitu 12:1:1, dengan jenis variable yang sama yaitu air, tepung terigu dan tepung kanji. Pada eksperimen perbandingan massa kedua ini dapat dilihat pada gambar 6.2 sebagai berikut.

Gambar VI.2 Mixing kedua dengan perbandingan campuran 12:1:1Setelah membentuk campuran, berdasarkan pengamatan, campuran tersebut sulit tercampur secara homogen, karena adanya faktor-faktor yang tersebut diatas. Khususnya pada jenis impeller dan kecepatan impeller, karena diameter turbinnya terlalu kecil dan tidak dapat menjangkau seluruh bagian. Sehingga air tidak secara merata dapat terdifusi kedalam tepung yang sudah dicampurkan. Pada eksperimen kedua ini jenis pola aliran mulai dapat terlihat, karena perbandingan massa tambah, berdasarkan pengamatan jenis pola aliran radial. Untuk memperoleh mixing time, maka harus mengukur densitas dan viskositas per 10 menit selama 12 kali hingga kedua parameter tersebut menunjukkan angka yang konstan. Namun, setelah 12 kali perngukuran yaitu waktu terakhir 120 menit, angka yang dihasilkan naik turun tidak stabil.Pada eksperimen ini, target yang harus diperoleh diantaranya yaitu jenis pola aliran, nilai bilangan Reynold, mixing time dan perbandingan densitas hasil eksperimen dengan densitas ideal. Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan, jenis pola aliran yang terjadi adalah pola aliran radial, yaitu aliran yang akan menimbulkan aliran yang berarah tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Nilai bilangan Reynold (NRe) pada eksperimen ini setelah 30 detik running sebesar 162116,53. Menurut Broadkey, 1988 dalam Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB, rejim aliran laminar terjadi pada bilangan Reynold 10, sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynold 104. Hal ini menunjukkan bahwa hasil dari eksperimen yaitu terjadi aliran turbulen. Mixing time atau waktu pencampuran pada eksperimen ini dapat dihitung secara manual maupun secara matematis. Secara manual, yaitu dengan cara mengukur/ menghitung waktu per 10 menit setelah itu dihitung densitas dan viskositasnya, hingga kedua parameter tersebut menunjukkan angka yang konstan. Namun, kelemahannya pada eksperimen ini hasil dari data penentuan mixing time antara densitas dan viskositas memiliki hasil yang naik turun dan belum bisa dipastikan jika eksperimen tersebut dapat menghasilkan angka yang konstan. Mixing time yang diperoleh adalah 80 menit, dilihat dari tabel di atas. Oleh karena itu, berdasarkan eksperiman yang dilakukan ada beberapa hal yang dapat mempengaruhi mixing time, antara lain pada saat pengambilan sampel tiap menitnya, mengambilnya dengan cara dipipeti satu per satu, kemungkinan viskositas atau densitas berbeda karena ada yang mengambilnya di bagian tengah-tengah, permukaan, maupun di bagian dalam.Densitas hasil eksperimen setelah diaduk sempurna dan apabila dihitung terpisah hasilnya berbeda, jika menggunakan piknometer setelah diaduk sempurna densitasnya adalah 1.041 gr/cm3, sedangkan jika menggunakan rumus ideal untuk mencari densitas hasilnya adalah 0,166 gr/cm3. Jika kita lihat kedua hasil tersebut, sangat jauh berbeda dan terpaut jauh antara hasil eksperimen dengan densitas ideal yang menggunakan rumus . Hal tersebut dapat terjadi karena beberapa faktor, seperti saat pengambilan larutan, semakin dalam larutan yang diambil maka tinggi kerapatan (densitasnya), karena partikel bagian dasar vessel (beker glass) tidak teraduk secara merata. Berbeda dengan larutan bagian atas yang lebih homogeny, sehingga mempunyai kerapatan yang berbeda pula.

VII. SIMPULAN DAN SARAN1. SIMPULANBerdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, kami dapat menyimpulkan bahwa:1. Jenis pola aliran pada proses mixing adalah pola aliran radial, karena arahnya tegak lurus terhadap tangkai pengaduk.1. Nilai bilangan Reynold setelah 30 detik running adalah 162116,53 dengan rezim, jika pada tangki aliran laminar untuk NRe < 10 dan aliran turbulen untuk NRe > 104 .1. Mixing time yang diperoleh adalah 80 menit.Perbandingan densitas hasil eksperimen dan densitas ideal berbeda, densitas hasil eksperimen yaitu 1,041 gr/cm3 dan densitas idealnya adalah 0,166 gr/cm3

1. SARAN1. Perhatikan alat-alat yang digunakan, karena khusus propeller jika menggunakan kecepatan tinggi akan mudah lepas dari pengaitnya.1. Hati-hati dalam mengambil sampel campurannya, karena jika tidak sesuai maka hasil perhitungan densitas/viskositasnya akan berbeda-beda dan tidak stabil.1. Cek kembali perbandingan massa, variable, maupun alat-alat yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Agi Iqbal Velayas, Marifatunnisa Iffa, dkk. 2013. Pencampuran dan Pengadukan. Program Studi Diploma III Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.Anonym. Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II: Tangki Berpengaduk. Departemen Teknik Kimia ITB.Christie J. Geankoplis.Transport Processes and Unit Operations Third Edition.Prentice-Hall International, Inc.Kern. 1965. Process Heat Transfer. McGraw-Hill International Book Company. Japan.Ghotli, Reza Afshar, dkk. 2013. Liquid-Liquid Mixing in Stirred Vessels: A Review. Chemical Engineering Communication, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Malaya, Kuala Lumpur, Malaysia.Warren L. McCabe.Unit Operation of Chemical Engineering Fifth Edition. McGraw-Hill International Editions Chemical and Petroleum Engineering Series.

LAMPIRAN1. PERHITUNGAN1. Pembuatan campuran pertama dengan perbandingan massaDiketahui : Air : tepung terigu : tepung kanji = 4 : 1: 1 Tinggi vessel (beker glass) = 15,5 cm Volume vessel (beker glass) = 1000 ml Volume campuran = tinggi vessel = 10,3 cm = 800 mlDitanya : perbandingan campuran?Jawab : A : B : C 4 : 1 : 1 533,3 gr : 133,3 gr : 133,3 grSehingga jumlah campuran adalah 800 ml, untuk menyetarakan satuan, maka volume air dikalikan dengan massa jenis untuk mencari massa airnya. 2. Pembuatan campuran kedua dengan perbandingan massaDiketahui : Air : tepung terigu : tepung kanji = 12 : 1 : 1 Tinggi vessel (beker glass) = 15,5 cm Volume vessel (beker glass) = 1000 ml Volume campuran = tinggi vessel = 10,3 cm = 800 mlDitanya : perbandingan campuran?Jawab : A : B : C 12 : 1 : 1 685,7 gr : 57,14 gr : 57,14 grSehingga jumlah campuran adalah 800 ml, untuk menyetarakan satuan, maka volume air dikalikan dengan massa jenis untuk mencari massa airnya.3. Penentuan nilai Viskositas OstwaldBerdasarkan Christie J. Geankoplis (1993)Diketahui : air = 0,0095 gr/cm.s (T=26C), (Kern, 1965) rata-rata = 1,0504 gr/cm3 N = 250 rpm = 26,16667 m/s = 2616,667 cm/s = 2616,667 rad/s Rb = 1,5 cm = 0,0015 m L = 3 cm = 0,03 m Rc = 6 cm = 0,06 mDitanya : camp..?Jawab : (Christie J. Geankoplis (1993), halaman 162) Dimensi impeller, dapat diasusmsikan sebagai berikut:Tabel 1.1 Asumsi dimensi impellerPLALog ARe

11.51.50.176091259289325.2924

21.530.4771212551157301.17

31.54.50.6532125142603927.632

41.560.778151254629204.678

51.57.50.8750612637233132.31

61.590.95424250910415710.53

71.510.51.02118929914176939.33

81.5121.07918124618516818.71

Gambar 1.2 Grafik slope dari log A vs Re Sumber: Christie J. Geankoplis (1993), halaman 162

n adalah slope dari log A vs Re maka didapat nilai n = 0.7704

(Christie J. Geankoplis (1993) halaman 162)

4. Penentuan Nilai Bilangan Reynold (Re)Nilai bilangan Reynold dihitung setelah 30 detik running campuran. Diketahui : = 1,041 gr/cm3 D = 3 cm N = 205 rpm = (205 x 2)/60 = 2145.6 cm/s camp = gr/cm.s Ditanya : NRe?Jawab : Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakanperbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Untuk sistem denganpengadukan:

dengan = densitas fluida (gr/cm3) = viskositas fluida (gr/cm.s)D = diameter pengaduk (cm)N = kecepatan putaran pengaduk (cm/s)Sehingga, NRe = 162116,53 (aliran turbulen)5. Penentuan mixing timePenentuan mixing time dilihat dengan tabel yaitu, waktu dimana angka pada parameter viskositas dan densitas sudah konstan. Mixing time yang kami peroleh yaitu 80 menit.6. Penentuan perbandingan densitas hasil eksperimen dengan densitas ideala. Densitas hasil eksperimen Diketahui: Waktu = 10 menitBerat piknometer kosong = 11,43 grBerat piknometer + larutan = 21,84 grBerat larutan = 10,41 grVolume piknometer = 10 mlDitanya: Densitas () gr/ml?Jawab : b. Densitas idealDihitung berdasarkan rumus =m/vDiketahui: massa terigu = 57,14 gramMassa kanji = 57,14 gramVolume = 658,7 mlDitanya: ?Jawab:

II. Gambar

Gambar II.1Bahan dengan perbandingan 4 : 1 : 1

Gambar II.2Bahan dengan perbandingan 12 : 1 : 1Gambar II.3setelah 120 menit mixing

1. Referensi0. McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, 1993

0. Christie Geankoplis, Transport Process and Unit Operation

0. Kern, Process Heat Transfer, 1965

0. Agi Iqbal Velayas, Pencampuran dan Pengadukan, 2013

5. Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional, Dept Teknik Kimia ITB