LABORATORIUM SATUAN OPERASISEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013

MODUL: Pengadukan dan PencampuranPEMBIMBING : Ir. Bintang Iwhan Moehady, M.ScPraktikum: 25 April 2013Penyerahan Laporan: 02 Mei 2013

Oleh :Kelompok: IVNama : 1. Leti Nurlatifah (111411017) 2. M Fachrein R(111411020)

Kelas : 2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2013

A. Tujuan1. Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki2. Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk3. Membuat grafik bilangan reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam penampuran sampai homogen4. Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan

B. Dasar TeoriPengadukanadalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).

Gambar. Dimensi sebuah Tangki Berpengadukdimana :C=tinggi pengaduk dari dasar tangkiD=diameter pengadukDt=diameter tangkiH=tinggi fluida dalam tangkiJ=lebar baffleW=lebar pengaduk

Tujuan Pengadukan :1. Mencampur dua cairan yang saling melarut2. Melarutkan padatan dalam cairan3. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung4. untuk mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan koil pemanas dan jacket pada dinding bejana.

Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu :1. Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase multikomponen.2. Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian dari sistem yang tidak seragam.3. Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi.Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang yang luas, diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair, kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.Pencampuranadalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau lebih.Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuahtangki berpengaduk. Hal ini dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengadukan dan pencampuran diantaranya adalah perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk, bentuk dan jumlah pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida yang diaduk yaitudensitasdanviskositas. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut.

Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :1. Mekanisme konvektif :pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow).2. Eddy diffusion :pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran.3. Diffusion :pencampuran karena gerakan molekuler.Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan adalahdensitasdanviskositas.

Bagian-Bagian Alat PencampurBagian Bagian dari unit alat pencampur ini terdiri dari:Tangki/vessel , merupakan wadah untuk pencampuran berbentuk silinder dengan bagian bawah melengkung/dome atau datarPenyekat/buffle, Berbentuk batang yang diletakkan dipinggir tangki berguna untuk menghindari vortex dan digunakan untuk mempoloakan aliran menjadi turbulen. Jumlah baffle biasanya 3, 4 atau 6 buah dengan ukuran 1/12 diameter tangki.Pengaduk/impeller, digunakan untuk mengaduk campuran, jenis dari impellerberagam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan dicampurkan. Jenis-jenis impeller yang umumnya digunakan adalah : Tree-blades/ marine impeller digunakan untuk pencampuran dengan bahn dengan viscositas rendah dengan putaran yang tinggi, Turbine with flat vertical blades impeller digunakan untuk cairan kental dengan viscositas tinggi, horizontal plate impeller digunakan untuk zat berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan, Turbine with blades are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi jaket pemanas, curve bade Turbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa pemotongan dengan viskositas rendah, flate plate impeller digunakan untuk pencampuran emulsi, cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk pemotongan dan penyobekan, anchore paddle impeller digunakan campuran dengan viscositas sangat tinggi berupa pasta.

Ukuran dan letak ( impeller)Ukuran impeller biasanya berkisar antara 0,3-0,6 kali diameter tangki sedangkan letak impeller tergantung pada dimensi vessel viscositas campuran yang diaduk. Tata letak dari impelles seperti pada tabel. 1 dibawah ini:Tabel. 1 Tata Letak Impeller dalam VesselViscosityCPMax LevelH/DtJumlahImpellerLetak Impeller

BawahAtas

25.0001,41H/3-

25.0002,12Dt/32/3 h

25.0000,81H/3-

25.0001,62Dt/32/3 h

h adalah tinggi vessel s dan Dt adalah diameter vessel s.Letak impeller untuk tangki dengan menggunakan buffle biasanya di tengah/center, karena pola turbulensi yang dikehendaki akan terbentuk dengan adanya buffle. Untuk tangki tanpa menggunakan baffle letak pengaduk sangat mempengaruhi pola aliran yang dihasilkan. Biasanya untuk menghindari adanya vortek aliran fluida karena pengadukan tangki tanpa buffle meletakkan pengaduk tidak tepat ditengah/tidak senter dengan tangki. Pola Aliran dan Bentuk PengadukPola letak dari pengaduk dari tangki tanpa menggunakan buffle dapat diperlihatkan gambar 1. dibawah

Gambar 1. Tangki Dengan Posisi Pengaduk Tidak Senter

Gambar 2. Macam-macam Pola Aliran Dalam Tangki

Gambar 3. Macam-macam Bentuk PengadukKeterangan :Atas : Tree Blade / marinne Propeller, Glassed steel Impeller, Curved blade TurbineBawah: Turbine with blade incline 450, Horizontal plate with impeller blade Turbine, Ancor impeller

Waktu PencampuranImpeler yang berputar akan menghasilkan efek pencampuran, biasanya putaran tinggi menghasilkan aliran lebih bergolak sehingga mengasilkan efek pencampuran lebih efektif. Adanya buffle akan mengakibatkan aliran berbelok arah dari tepi dinding menuju pusat tangki, sehingga menyebabkan efek pencampuran bertambah efektif. Waktu pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan Metzner adalah :

...........................(1)Untuk pengaduk propeler,

...............................(2)Dimana :Da= Diameter pengaduk (m)Dt= Diameter tangki (m)H= Tinggi tangki (m)ntT= Mixing time faktorg= Percepatan grafitasi (m/dt2)n= Kecepatan putar (rpm)ft= Blending time factor

Mixing time faktor dapat diperkirakan dari gambar grafik dibawah

Kebutuhan Daya PengadukParameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk :

Bilangan ReynoldBilangan 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 = dnsitas fluida = 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 hingga104dan transisi berada diantara keduanya.

Bilangan FraudeBilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :

dimana :Fr = Bilangan FraudeN = kecepatan putaran pengadukD = diameter pengadukg = percepatan grafitasi

Bilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.

Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap waktu pencampuran.

C. Prosedur Kerjaa) Menentukan Pola Aliran Pengadukan

b) Menentukan Waktu Pengadukan

D. Alat dan BahanSusunan Alat dan Bahan yang Dipergunakan

Mixing kelompok 5 ( Leti & M Fachrein)10

AlatUkuran / kuantitas

Tangki berpengaduk1 buah

Stopwatch1 buah

Tachometer1 buah

Viscotester1 buah

Piknometer1 buah

Gelas kimia250 ml /2 buah

Gelas ukur50 ml

BahanUkuran / kuantitas

Tepung kanji500 gr

Aquadestsecukupnya

NaOH 2M100 ml

Indicator pp5 ml

H2SO4 2M100 ml

Air keran 15 L

E. DATA PENGAMATAN

Tipe Pengaduk=Tree Blade/Marine Propellea) Pola Aliran Dari PengadukanKecepatan putaran (RPM)Tampak AtasTampak Samping

222,2

233,4

237,4

247,3

250,5

b) Waktu PengadukanBerat pignometer kosong= 29,04 grVolume pignometer= 25 mLBerat pigno+sample sebelum penambahan NaOH dan H2SO4= 52,54 grViskositas sebelum penambahan NaOH dan H2SO4= 240 mPa.sKecepatan putaran (RPM)Waktu (s)Berat pigno+sample (gr)Viskositas (cP)Suhu (oC)

NaOH (t1)H2SO4 (t2)

80,810,3512,0852,4328026

99,310,757,1752,6326027

120,49,947,1452,6122027

140,07,185,4652,6318027

160,27,044,5852,6214027

F. PENGOLAHAN DATA1. Menghitung Densitas ( Sample sebelum penambahan NaOH dan H2SO4Berat sample= 52,54 gr 29,04 gr= 23,50 gr = = = 0,9400 gr/mL

Sample pada kecepatan putaran 80,8 RPMBerat sample= 52,43 29,04= 23,39 gr = = = 0,9356 gr/mL

Sample pada kecepatan putaran 99,3 RPMBerat sample= 52,63 29,04= 23,59 gr = = = 0,9436 gr/mL

Sample pada kecepatan putaran 120,4 RPMBerat sample= 52,61 29,04= 23,57 gr = = = 0,9428 gr/mL

Sample pada kecepatan putaran 140,0 RPMBerat sample= 52,63 29,04= 23,59 gr = = = 0,9436 gr/mL

Sample pada kecepatan putaran 160,2 RPMBerat sample= 52,62 29,04= 23,58 gr = = = 0,9432 gr/mL

2. Menghitung Nre

Sample pada kecepatan putaran 80,8 RPMNre= = = 10799,497

Sample pada kecepatan putaran 99,3 RPMNre= = = 14415,305

Sample pada kecepatan putaran 120,4 RPMNre= = = 20638,749

Sample pada kecepatan putaran 140,0 RPMNre= = = 29356,444

Sample pada kecepatan putaran 160,2 RPMNre= = = 43171,611

3. Menghitung Blending Time FactorDari grafik diperoleh nilai ntT (mixing time factor) :Kecepatan putaran (RPM)

80,899,3120,4140,0160,2

Nre10799,49714415,30520638,74929356,44443171,611

ntT1,2 x 1021,2 x 1021,2 x 1021,2 x 1021,2 x 102

diketahui :ntT = 1,2 x 102Diameter pengaduk (Da)= 20 cm = 0,2 mDiameter tangki (Dt)= 35 cm = 0,35 mTinggi tangi (H) = 0,9 m

Sample pada kecepatan putaran 80,8 RPMft = = ntT = 1,2 x 102 = 14,3 menit

Sample pada kecepatan putaran 99,3 RPMft = = ntT = 1,2 x 102 = 13,3 menit

Sample pada kecepatan putaran 120,4 RPMft = = ntT = 1,2 x 102 = 12,5 menit

Sample pada kecepatan putaran 140,0 RPMft = = ntT = 1,2 x 102 = 11,8 menit

Sample pada kecepatan putaran 160,2 RPMft = = ntT = 1,2 x 102= 11,4 menit

Kecepatan putaran (RPM)Nreft (menit)

80,810799,49714,3

99,314415,30513,3

120,420638,74912,5

140,029356,44411,8

160,243171,61111,4

G. PEMBAHASANPembahasan M Fachrein R 111411020Pada 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)Nreft (menit)

80,810799,49714,3

99,314415,30513,3

120,420638,74912,5

140,029356,44411,8

160,243171,61111,4

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.

H. KESIMPULAN

Daftar Pustaka

http://tekimku.blogspot.com/2011/08/pengadukan-dan-pencampuran.html

LAMPIRAN FOTO HASIL PRAKTIKUMSetelah ditambah NaOH Larutan Kanji berubah menjadi warna pinkLarutan NaOH 2M

Pelarutan tepung kanji dengan air panasLarutan H2SO4 untuk penetralan

Brookfield Engineering LaboratoriumPengukuran viskositas larutan