LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA 1

UPN VETERAN JAWA TIMURLAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA 1

UPN VETERAN JAWA TIMUR

BAB I

PENDAHULUANDalam proses kimia khususnya dalam zat cair atau fase cair, pengadukan merupakan salah satu cara di dalam proses pencampuran komponen untuk mendapatkan hasil yang diiginkan. Pengadukan adalah suatu operasi kesatuan yang mempunyai sasaran untuk menghasilkan pergerakan tidak beraturan dalam suatu cairan, dengan alat mekanis yang terpasang pada alat seperti propeller. Pola aliran yang terjadi dalam cairan yang diaduk tergantung pada jenis pengaduk, karakteristik fluida yang diaduk dan ukuran serta perbandingan ukuran antara tangki, pengaduk dan sekat. Tujuan dari pada operasi pengadukan terutama adalah terjadinya pencampuran. Pencampuran merupakan suatu operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan. Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak di dalam bahan itu yang menyebabkan bagian-bagian bahan saling bergerak satu terhadap yang lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk operasi pencampuran.

Tangki pengaduk ( tangki reaksi ) adalah bejana pengaduk tertutup yang berbentuk silinder, bagian alas dan tutupnya cembung. Tangki pengaduk terutama digunakan untuk reaksi-reaksi kimia pada tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada tekanan vakum, namun tangki ini juga sering digunakan untuk proses yang lain misalnya untuk pencampuran, pelarutan, penguapan ekstraksi dan kristalisasi.Percobaan ini ditujukan untuk memperkenalkan suatu cara melaksanakan suatu proses pengadukan fluida dengan menggunakan tangki berpengaduk dan menunjukkan pengaruh beberapa variabel operasi dari pengadukan itu sendiri terhadap kerja sistem dalam operasi yang akan dilaksanakan sehingga dapat diketahui besarnya power impeller yang diperlukan dalam tangki.

I.2Tujuan Percobaan1. Untuk mempelajari proses pencampuran fluida dengan menggunakan tangki berpengaduk.2. Untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran.3. Untuk membuat kurva hubungan antara Bilangan Power (Npo) dengan Bilangan Reynold (Nre) dengan variasi jenis cairan dan ada tidaknya baffle.I.3Manfaat Percobaan1. Mengetahui proses pencampuran fluida dengan menggunakan tangki berpengaduk.

2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran.1. Dapat membuat kurva hubungan antara Bilangan Power (Npo) dengan Bilangan Reynold (Nre) dengan variasi jenis cairan dan ada tidaknya baffle.BAB IITINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pengadukan dan Pencampuran

Pengadukanadalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Adapun tujuan dari pengadukan :

a. Mencampur dua cairan yang saling melarut.

b. Melarutkan padatan dalam cairan.

c. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung.

d. Mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan koil pemanas dan jacket pada dinding bejana.

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. 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.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. 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.II.2 Tangki berpengadukTangki berpengaduk (tangki reaksi) adalah bejana pengaduk tertutup yang berbentuk silinder, bagian alas dan tutupnya cembung. Tangki pengaduk terutama digunakan untuk reaksi-reaksi kimia pada tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada tekanan vakum, namun tangki ini juga sering digunakan untuk proses yang lain misalnya untuk pencampuran, pelarutan, penguapan ekstraksi dan kristalisasi.

Untuk pertukaran panas, tangki biasanya dilengkapi dengan mantel ganda yang di las atau di sambung dengan flens atau dilengkapi dengan kumparan yang berbentuk belahan pipa yang dilas. Untuk mencegah kerugian panas yang tidak dikehendaki tangki dapat diisolasi. Hal penting dari tangki pengaduk, antara lain :1. Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silinder dan bagain bawahnya cekung.2. Ukuran : diameter dan tangki tinggi.3. Kelengkapannya, seperti :

a. Ada tidaknya buffle, yang berpengaruh pada pola aliran didalam tangki.

b. Jacket atau coil pendingin/pemanas, yang berfungsi sebagai pengendali suhu.

c. Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu.

d. Sumur untuk menempatkan termometer atau peranti untuk pengukuran suhu

e. Kumparan kalor, tangki dan kelengkapan lainnya pada tangki pengaduk. (http://tekimku.blogspot.com/)II.3 Jenis pengaduk

Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan (cair, cair/padat, cair,cair/gas, cair/padat/gas) di dalam bejana pengaduk. Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu pengaduk berbentuk baling-baling ( propeller ), pengaduk turbin(turbine), pengaduk dayung(paddle)dan pengadukhelical ribbon. a. Pengaduk jenis baling-baling(propeller)Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.

Gambar 1.Pengaduk jenis Baling-baling (a),

Daun Dipertajam (b), Baling-baling kapal (c)

Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

b. 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 2.Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua.c. 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 3.Pengaduk Turbin pada bagian variasi.II.4 Kecepatan PengadukSalah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan.. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.

a. Kecepatan Putaran Rendah Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busab. Kecepatan putaran sedangKecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis.

c. Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk viscositas rendah seperti air.II.5 Jumlah Pengaduk

Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dann diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antar pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam tabel dibawah ini :

Satu PengadukDua Pengaduk

Fluida dengan viscositas rendahFluida dengan viscositas tinggi

Pengaduknya menyapu dasar tangkiPengadukpada tangki yang dalam

Kecepatan balik aliran yang tinggiGaya gesek aliran besar

Ketinggian permukaan cairan yang bervariasiUkuran mounting nozzle yang minimal

Tabel 1. Kondisi PengadukanII.6

Pola aliran dalam tangki berpengaduk

Pada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada beberapa faktor antara lain geometri tangki, sifat fisik fluida dan jenis pengaduk itu sendiri. Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial sedangkan propeller cenderung membentuk aliran aksial. Pengaduk jenis helical screw dapat membentuk aliran aksial dari bawah tangki menuju ke atas permukaan cairan. Pola aliran yang dihasilkan oleh tiap-tiap pengaduk tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 Pola aliran fluida di dalam tangki berpengaduk

(a) flat-blade turbine (b) marine propeller (c) helical screwII.7Draft TubeDraft tube merupakan silinder ramping yang mengelilingi pengaduk dengan diameter lebih besar dari diameter pengaduk. Alat ini digunakan untuk mengendalikan arah dan kecepatan alir fluida. Penggunaan draft tube menghasilkan peningkatan yang sangat signifikan dari keseragaman aliran, terutama pada daerah dekat permukaan cairan. Tetapi, daya yang dibutuhkan pada sistem pengadukan dengan draft tube lebih besar daripada sistem open impeller. Posisi pengaduk dalam draft tube ditentukan oleh jenis pengaduk yang digunakan.

Gambar 5 Tangki berpengaduk dengan draft tube

(a)pengaduk turbine (b) pengaduk propeller(http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2012/05/tdk-tangki-berpengaduk.pdf )II.8 Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

Hidrodinamika fluida yang terjadi dalam tangki berpengaduk dapat diturunkan dalam suatu korelasi empiris antara bilangan Reynolds, Fraude dan Power.a. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan

perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Untuk sistem dengan pengadukan : dengan = densitas fluida

= viskositas fluida

Da = diameter pengadukb. Bilangan Fraude

Bilangan Fraude menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Bilangan Fraude bukan merupakan variable yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan unbaffled. Pada sistem ini bentuk permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi sehingga membentuk vorteks. Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.c. Bilangan Power

Bilangan Power menunjukkan perbandingan antara perbedaan tekanan yang dihasilkan aliran dengan gaya inersianya. Perubahan tekanan akibat distribusi pada permukaan pengaduk dapat diintegrasikan menghasilkan torsi total dan kecepatan pengaduk.

Korelasi antara bilangan Power dengan Reynold serta Fraude ditunjukkan pada persamaan-persamaan berikut:

Untuk sistem tanpa baffle : Po = a . Reb. . Prc (13)

Untuk sistem dengan baffle : Po = a . Reb (14)

dengan :

Po = bilangan Power

Re = bilangan Reynold

Pr = bilangan Prandtl

a, b, c = konstanta eksperimental

Persamaan pertama dapat diubah menjadi:ln Po = ln a + b ln ReII.9 Merancang Bejana Bersekat dan Tanpa Sekat

Seorang perancang bejana sangat memperhatikan tipe dan lokasi impeller, ukuran bejana, ukuran baffle dan sebagainya. Masing-masing keputusan sangat mempengaruhi kecepatan dari fluida, besarnya viscositas dan power yang di perlukan. sebagai titik awal untuk desain pada masalah pengadukan, sebuah turbin pengadukan untuk tangki bersekat ditunjukkan pada gambar 6

Gambar 6. Pengukuran Turbin

Dimana :C = tinggi pengaduk dari dasar tangki ( ft )Da = diameter pengaduk ( ft )Dt = diameter tangki ( ft )H = tinggi fluida dalam tangki ( ft )J = lebar baffle ( ft )W = lebar pengaduk ( ft )

Sedangkan untuk tangki tanpa sekat, pada Nre di bawah 300, kurva angka daya untuk tangki yang mempunyai sekat atau tidak bersekat adalah identik. Pada NRe yang lebih tinggi kurva memisah. Di daaerah Nre demikian, yang biasanya di hindarkan dalam praktek dengan tangki tanpa sekat, terbentuk vortex dan angka Froude akan terpengaruh.

Berbagai faktor bentuk dalam persamaan tersebut ditentukan oleh jenis dan susunan alat. Ukuran-ukuran penting untuk bejana dengan pengaduk turbin yang umum disajikan pada Gambar 6. Faktor-faktor bentuk yang berhubungan dengan dimensi bejana, sekat, dan impeller tersebut adalah: S1 = Da/Dt, S2 = E/Da, S3 = L/Da, S4 = W/Da, S5 = J/Dt dan S6 = H/Dt. Faktor-faktor tersebutlah yang biasanya dikorelasikan dengan bilangan-bilangan tak berdimensi dan diplot dalam grafik-grafik korelasi.

Gambar 7. Grafik Korelasi Np vs NReSelain memperhatikan ukuran bejana, seorang perancang bejana hendaknya juga mengetahui besarnya daya yang diperlukan dalam suatu proses pengadukan. Besarnya kebutuhan daya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Dimana :

= power number P = power ( watt ) = gravitasi bumi ( ft/s )N = jumlah putaran ( rpm)Da = diameter pengaduk ( ft ) = densitas ( lb/ft3)

( Mc Cabe , 242-251 )BAB III

PELAKSANAAN PRAKTIKUMIII.1Bahan yang digunakan

a. NaClb. Air

III.2Alat yang digunakan

a. Alat pengaduk

b. Beaker glass

c. Baffle

d. Gelas ukur

e. Klem

f. Motor penggerak

g. Neraca analitik

h. Piknometer

i. Statifj. Corong

k. Pipet

l. Spatula

m. Labu ukur

III.3Gambar alat Alat pengaduk Beaker Glass Baffle Gelas Ukur Klem

Motor Penggerak Neraca Analitik Piknometer Statif

Corong Pipet

Spatula Labu UkurIII.4Prosedur Percobaan

a. Sediakan bahan dan alat yang akan digunakan.

b. Timbang piknometer kosong menggunakan neraca analitik.

c. Menyusun satu set alat pengaduk.

d. Masukkan fluida berupa air sebanyak 500 ml kedalam beaker glass.

e. Putar pengaduk dengan kecepatan tertentu (200 rpm, 300 rpm, dan 400 rpm) selama 4 menit. f. Amati pola aliran dalam tangki (tanpa baffle).

g. Menentukan densitas dengan piknometer dan waktu alir dengan viscometer ostwald.h. Ulangi langkah percobaan (d g) dengan variasi jenis liquid berupa kerosene (2%, 4%, dan 6%) dan baffle.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1Tabel hasil pengamatana. Tanpa baffle

BahanN

(rpm)T

(menit)Vortex

(gr/cm3)

(gr/cm.s)

Air500 ml20041,005090.0362

3004

4004

NaCl2 %20041,026190.0369

3004

4004

4 %20041,03730.0373

3004

4004

6 %20041,04170.0375

3004

4004

b. Dengan baffle

BahanN

(rpm)T

(menit)Vortex

(gr/cm3)

(gr/cm.s)

Air

500 ml2004X1,005090,0362

3004X

4004X

NaCl2 %2004X1,026190,0369

3004X

4004X

4 %2004X1,03730.0373

3004X

4004X

6 %2004X1,04170.0375

3004X

4004X

IV.2Tabel perhitungan

a. Air (tanpa baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1,67289,79630,950,0071151.0050911996.91

3,33577,85730,860,02828886104.84

6,671157,45000,720,113492579303.9

Air (dengan baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1,67289,79630,950,0071151.0050911996.91

3,33577,85730,90,02828890109,72

6,671157,45000,90,113492724129,8

b. NaCl 2 % (tanpa baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1.67290,26720,9450,0071151,0261911953.16

3,33578,79620,850,02828885241.89

6,671159,3310,720,113492580245.1

NaCl 2 % (dengan baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1.67290,26720,9450,0071151,0261911953.16

3,33578,79620,90,02828890256,12

6,671159,3310,90,113492725306.3

c. NaCl 4 % (tanpa baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1.67290.26320,940.0071151,037311889.75

2.5578.78840,830.02828883235.08

4.171159.3150,720.113492580237.2

NaCl 4 % (dengan baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1.67290.26320,940.0071151,037311889.75

2.5578.78840,90.02828890254,9

4.171159.3150,90,113492725296.5

d. NaCl 6 % (tanpa baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1.67289.93980,930.0071151,041711750.16

2.5578.14350,810.02828881138.91

4.171158.0230,720.113492579590.7

NaCl 6 % (dengan baffle)

N (rps)NreNpoNfr (gr/cm3)Pgr/s2

1.67289.93980,930.0071151,041711750.16

2.5578.14350,810.02828890154,34

4.171158.0230,90,113492724488.4

IV.3Grafika. Nre terhadap Npo pada air Tanpa baffle

Dengan baffle

b. Nre terhadap Npo pada NaCl 2 % Tanpa baffle

Dengan baffle

c. Nre terhadap Npo pada NaCl 4 % Tanpa baffle

Dengan baffle

d. Nre terhadap Npo pada NaCl 6 % Tanpa baffle

Dengan baffle

IV.4PembahasanPada praktikum kali ini mengenai Tangki Berpengaduk dengan salah satu tujuannya yakni membuat kurva hubungan antara Npo dengan Nre dari berbagai jenis cairan dengan ada tidaknya baffle. Dengan menghitung berat piknometer kosong dan menyusun satu set alat berpengaduk terlebih dahulu. Kemudian memasukkan fluida cair berupa air kedalam beaker glass sebanyak 500 ml, lalu putar pengaduk dengan kecepatan tertentu (100, 200, dan 300 rpm). Catat waktu alir dengan viscometer ostwald dan amati pola aliran dalam tangki. Lakukan kembali percobaan tersebut dengan menggunakan variasi jenis liquida berupa NaCl (2 %, 4 %, dan 6 % dari volume air). Dan lakukan perbandingan antar ada tidaknya baffle yang digunakan.Hasil pengamatan tangki berpengaduk dapat dikatakan bahwa semakin kecil densitas suatu fluida maka harga viscositanya semakin besar, sehingga menyebabkan power yang di butuhkan juga besar begitu pula sebaliknya. Hal ini dikarenakan pada fluida yang memiliki viscositas tinggi tingkat kekentalan juga semakin tinggi, sehingga menyebabkan gaya-gaya mekanik yang ada di dalam fluida seperti tegangan geser ( s ) dan kecepatan geser ( g ) semakin besar dan power pompa yang dibutuhkan menjadi semakin besar.Hubungan antara Npo dengan Nre dalam grafik menunjukkan bahwa, semakin tinggi nilai Nre, semakin rendah nilai Npo dan P untuk tanpa baffle dan sebaliknya.

Sehingga faktor utama yang mempengaruhi tangki berpengaduk ialah :

a. Kecepatan / N (rps)

b. Diameter / Da (cm)

c. Densitas / (gr/cm3)d. Viskositas / (gr/cm.s)e. dan waktu (s)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan :1. Pada cairan yang mengalir cepat, densitasnya semakin besar begitu pula sebaliknya.2. Densitas suatu fluida berbanding terbalik dengan viscositasnya.

3. Faktor utama yang mempengaruhi tangki berpengaduk ialah : kecepatan, diameter, densitas, viskositas, dan waktu.

V.2Saran

a. Sebelum praktikum, praktikan telah mempelajari prosedur terlebih dahulu.

b. Lebih berhati hati dalam menyusun satu set alat pengaduk dan mengamati pola aliran suatu fluida.

c. Praktikan membersihkan alat sebelum dan sesudah digunakan. TANGKI BERPENGADUK Page 1 TANGKI BERPENGADUK Page 24