LABORATORIUM PILOT PLANT

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015

MODUL : MIXING (PENCAMPURAN)

PEMBIMBING : Bu Rintis Manfa’ati, ST, MT.

Oleh :

Kelompok : VI

Nama : 1. Sandra Sopian 121411058

2. Fidihana Noviyanti 121411043

Kelas : 2 B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2014

Praktikum : 20 Maret 2014

Penyerahan : 27 Maret 2014

(Laporan)

PENCAMPURAN DAN PENGADUKAN(MIXING)

I. TUJUAN1) Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki

2) Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk

3) Mencampur dua cairan yang saling melarut

4) Melarutkan padatan dalam cairan

II. DASAR TEORI

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang

diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar

(terdispersi). Pencampuran adalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu

bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau

lebih. Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan

pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk

jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran.

2.1 Bejana

Syarat tertentu bejana:

1. Biasanya bagian bawahnya (bottom end) berbentuk melengkung (bulat/lonjong)

untuk mencegah penumpukan disudut bejana (staghnasi), sehingga pengadukan

terjadi dengan sempurna.

2. Diameter bejana hampir sama dengan tinggi permukaan fluida. (h ≈ d)

3. Harus mempunyai ruang kosong yang tidak dipenuhi oleh fluida, hal ini untuk

mengatasi pergolakan fluida akibat adukan, khususnya untuk fluida yang

cenderung fuming (berbusa) bila diaduk. h = 2/3 ht atau h = 3/4 ht

4. Bahan bejana terbuat dari bahan inert dan cukup kuat.

2.2 Jenis-jenis Pengaduk

Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secara umum, yaitu

pengaduk baling – baling, pengaduk turbin, dan pengaduk dayung.

2.2.1 Pengaduk jenis baling-baling (propeller)

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling

berdaun tiga.

Gambar 6

Baling-baling ini digunakan  pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm

(revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

2.2.2 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 7

Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial

bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil. Sebuah dayung jangkar atau

pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam pengadukan. Jenis ini menyapu

dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan

pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk

meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah

pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn

kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik.

2.2.3 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 8

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang terlihat pada

gambar 8, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi dari aliran aksial

dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke

bawah dan akan menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat

daun miring digunakan dalam suspensi padat. Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan

pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna

dalam suspensi padatan.

2.3 Kebutuhan Daya Pengaduk

2.3.1 Bilangan Reynold

Bilangan 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

ρ    = dnsitas fluida

µ    = 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 hingga 104 dan transisi berada diantara keduanya.

2.4 Laju dan waktu pencampuran

Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga diperoleh

keadaan yang homogen untuk menghasilkan campuran atau produk dengan kualitas yang

telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran (rate of mixing) adalah laju dimana proses

pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir.

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 (turbin, propele, padel)

Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)

Laju putaran pengaduk

Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :

a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki

b. Pola pemasangan :

- Center, vertikal

- Off center, vertical

- Miring (inclined) dari atas

- Horisontal

Jumlah daun pengaduk

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)

Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk

mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap

waktu pencampuran.

Waktu pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan Metzner adalah :

f t=tT (nD

a2 )

2/3 g1/6

H1/2 Dt

=ntT [ DaDt

]2[ Dt

H ]1/2

[ gn2Da

]1/6

...........................(1)

Untuk pengaduk propeler,

f t=tT (nD

a2 )

2/3 g1/6

H1/2 Dt

=ntT [ DaDt

]3/2

[ DtH ]

1 /2

[ gn2 Da

]1/6

...............................(2)

Dimana :

Da = Diameter pengaduk (m) Dt = Diameter tangki (m)

H = Tinggi tangki (m) ntT = Mixing time faktor

g = Percepatan grafitasi (m/dt2) n = Kecepatan putar (rpm)

ft = Blending time factor

Mixing time faktor dapat diperkirakan dari gambar grafik dibawah

III. PERCOBAAN

III.1 Alat dan Bahan

Alat :

Stopwatch

Piknometer

Viscometer

Tachometer

Termometer

Gelas kimia250, 1000 ml

Gelas ukur 50 ml

Bahan :

Tepung kanji

Aquades

NaOH 2 M

H2SO4 2 M

Phenolphtalin (indikator PP)

3.1 Langkah Kerja

Kalibrasi Kecepatan Pengadukan

Waktu Pengadukan

1,5 Liter air dimasukkan ke dalam bejana/tangki

pengaduk dinyalakan dengan kecepatan putar pada skala 2.0 ; 3.0 ; dan 4.0

kecepatan pengaduk (RPM) diukur dengan tachometer untuk setiap skala

menimbang tepung kanji sebanyak 500 gram dan melarutkan kanji kedalam ember yang berisi 2 liter air panas

memasukkan larutan kanji kedalam bejana pengaduk dan menambahkan indikator pp sebanyak 5 mL.

mengukur suhu larutan menggunakan termometer.

menetralkan campuran dengan menambahkan 30 mL H2SO4 2 M. catat waktu penetralan

mencatat waktu perubahan warna campuran.

menambahkan 30 mL NaOH 2 M kedalam bejana pengaduk.

menentukan densitas dan viskositas larutan

Ulangi percobaan dengan kecepatan putar yang berbeda

4 DATA PENGAMATAN

Dimensi Tangki Pengaduk Tipe pengaduk yang digunakan : Tree Blade / marine Propeller

Diameter tangki (Dt) : 35 cm (atau 0.35 m)

Diameter pengaduk (Da) : 20 cm (atau 0.2 m)

Tinggitangki (H) : 90 cm (atau 0.9 m)

1. KalibrasiAlat

Menggunakan Larutan KanjiSkala Putar Kecepatan (Rpm)2,0 179,43,0 252,64,0 327,7

2. Waktu Pengadukan (larutan kanji)

Skala Rpm t1 (s) t2 (s) T (oC)

2,0 179,4 13,66 10 253,0 252,6 18,90 7,25 264,0 327,7 8,30 8,20 28

- t1 dan t2 menunjukan waktu perubahan warna dari mulai penambahan NaOH lalu Asam sulfat. (dalam detik)

- Densitas Larutan Kanji = 0,96 gr/mL- Viskositas Larutan Kanji = 7,8 Cp

Menggunakan AirSkala Putar Kecepatan (Rpm)2,0 119,83,0 173,44,0 222,7

PENGOLAHAN DATA

1. Menghitung Densitas (ρ ¿dengan pigno :

Berat cairan (plus pigno) = 46.12Berat pigno kosong = 21.47Jadi, berat total cairan = 46.12 – 21.47

= 24.65

Densitas cairan = 24.65 gram / 25 mL = 0.986 gram/mL

2. Menghitung viskositas larutan dengan viskometer dengan spindle 3 dan 100 Rpm

(factor pengalinya adalah 20).

Angka yang terbaca = 0.39

Viskositas larutan = 0.39 x 20 cP

= 7.8 cP

3. Menghitung Nre

Larutan kanji pada kecepatan putaran 327.7 Rpm

Nre = D2 Nρμ

= 0,22m2 x327.7 rpm x986.0

kg

m3

7.8 x10−3

= 1,657 x 106

4. Menghitung Blending Time Factor

Dari grafik diperoleh nilai ntT (mixing time factor) = 1,12 x 102 :

Larutan kanji pada kecepatan putaran 327.7 Rpm

ft =

tT (n D a

2)23 g

16

H12 Dt

= ntT[ DaDt ]

32 [ Dt

H ]12 [ g

n2 Da ]16

= 1,12 x 102 [ 0,20,35 ]

32 [ 0,35

0,9 ]12 [ 9,8

327.72 x0,2 ]16

= 0,564 menit

5 PEMBAHASAN

Pembahasan oleh Fidihana Noviyanti (121411043)

Dalam praktikum mixing (pencampuran) ini praktikan mempelajari dan membuktikan faktor-faktor yang mempengaruhi pengadukan. Secara garis besar, faktor yang mempengaruhi pengadukan dalam proses ini antara lain:

Properties dari fluida yang akan diaduk, Dimensi alat yang digunakan.

Properties fluida yang diaduk diantaranya adalah kekentalan (viskositas) larutan dan densitas larutan yang digunakan. Dalam praktikum ini digunakan 2 jenis larutan yang berbeda. Yaitu air dan larutan kanji. Air digunakan untuk mengkalibrasikan alat yang akan digunakan. Dengan menggunakan skala putar 2,0 ; 3,0 ; dan 4,0 akan didapatkan nilai kecepatan putar dari pengaduk. Pengkalibrasian ini dilakukan secara duplo. Setelah dilakukan kalibrasi alat, kemudian praktikan mengganti air dengan larutan kanji yang memiliki nilai kekentalan lebih tinggi dari air.

Faktor kedua adalah dimensi alat. Faktor ini meliputi kecepatan pengaduk, jenis pengaduk dan bentuk reaktor. Dalam praktikum ini, kecepatan pengaduk dijadikan variabel manipulasi. Dengan kecepatan pengaduk yang berbeda akan diketahui blending time dari proses mixing ini.

Larutan kanji yang telah dimasukkan kedalam bejana pengaduk kemudian ditambahkan indikator pp agar dapat bereaksi dengan asam/basa, dalam proses ini digunakan basa NaOH 2 M. Indikator akan memberikan warna merah muda dalam larutan. Sehingga warna merah muda yang terbentuk akan segera bercampur dengan larutan ketika diaduk. Sehingga dapat diketahui waktu yang diperlukan untuk menghomogenkan larutan kanji yang telah ditambahkan basa NaOH 2 M tersebut. Setelah larutan kanji homogen,kemudian ditambahkan asam sulfat H2SO4 2 M. Penambahan asam sulfat bertujuan untuk menetralkan larutan kanji yang basa. Sehingga dapat diketahui pula waktu yang digunakan untuk menetralkan larutan kanji. Penetralan ini ditandai dengan kembali putihnya warna larutan kanji seperti sebelum ditambahkan basa NaOH.

Berdasarkan hasil praktikum, didapatkan data sebagai berikut:

No Keterangan Nilai1 Densitas Kanji 0,96 gr/mL2 Viskositas Kanji 7,8 cP3 Densitas cairan

(menggunakan pigno)0,986 gr/mL

4 NRe 1,657x106

5 Blending Time Factor (ft) 0,564 menit

Pembahasan oleh Sandra Sopian (121411058)

Mixing atau pencampuran yang diikuti dengan pengadukan adalah salah satu cara untuk

membuat larutan yang hendak di mixing seragam atau homogen, juga yang secara prinsip

kinetika, akan mempercepat reaksi yang terjadi. Intinya, mixing bertujuan untuk membuat

suspense, pulp (bubur kertas), blending, disperse dan yang lainnya.

Pada praktikum ini kami mengamati pola aliran yang dihasilkan oleh impeller jenis tri

blades atau marines impeller dengan tangki yang berbentuk silinder yang mempunyai sudut

tertentu di bawah tangkinya (gambar tangki terlampir). Karena penentuan impeller

(pengaduk) dan jenis tangki yang digunakan akan sangat mempengaruhi proses mixing.

Namun pada umumnya, mixing akan sangat bergantung pada dua hal : properties dari fluida

(sifat fisik dan kimiawi) dan dimensi dari alat atau pengadukannya, termasuk Rpm pun akan

berpengaruh. Setelah mengetahui pola aliran, kami menentukan waktu pencampuran yang

efektif (blending time) dengan persamaan Norwood and Metzner, sehingga kami menentukan

terlebih dahulu viscositas hasil mixing, densitas dan kecepatan putaran dari impellernya.

Karena Rpm sangat berpengaruh terhadap proses mixing, maka sebelumnya kami

melakukan kalibrasi terlebih dahulu untuk menentukan Rpm dari skala putar yang ada di alat,

yaitu pada skala putar 2.0, 3.0, dan 4.0 dengan menggunakan aquadest dan larutan kanji,

diperoleh kalibrasi Rpm untuk aquadest adalah berturut-turut 119,8 Rpm, 173,4 Rpm dan

222,7 Rpm. Sementara untuk yang dengan larutan kanji, diperoleh berturut-turut angka Rpm

nya untuk skala putar yang sama adalah 179,4 Rpm, 252,6 Rpm dan 327,7. Itu artinya larutan

kanji viskositasnya lebih rendah dibanding aquadest, karena dengan skala putar yang sama

Rpmnya sangat cepat (pada akhir praktikum, diketahui bahwa densitas

larutan kanji adalah 0.98 gr/mL).

Waktu pencampuran efektif atau blending time diperoleh dari pencampuran bahan

tertentu (NaOH dan Asam sulfat) dari mulai pemberian reaktan hingga larutannya tercampur

merata. Untuk memperjelas homogenitas larutan yang dicampur ditambahkan indicator PP

sehingga kami bisa dengan mudah mengamati homogenitasnya hanya dari perubahan warna.

Untuk penambahan NaOH, warna yang teramati adalah merah muda. Sementara untuk

penambahan asam sulfat, warna larutan kembali menjadi putih kembali. Dari pengamatan

dengan skala putar yang berbeda, untuk penambahan NaOH dan Asam sulfat yang masing-

masing sebesar 30 mL, diperoleh bahwa semakin cepat putaran pengaduknya, maka waktu

homogenitas pencampuran larutan (dengan NaOH ataupun dengan Asam sulfat) akan relative

sebentar, seperti yang terlihat di table pengamatan dibawah ini :

Skala Rpm t1 (s) t2 (s) T (oC)

2,0 179,4 13,66 10 253,0 252,6 18,90 7,25 264,0 327,7 8,30 8,20 28

Ket : t1 dan t2 menunjukan waktu perubahan warna dari mulai penambahan NaOH lalu Asam sulfat. (dalam detik).

Selain waktu, dengan Rpm yang berbeda menunjukan suhu larutan yang berbeda pula.

Semakin cepat Rpm nya, suhu larutan yang teramati akan semakin besar. Hal ini bisa

dipahami mengingat semakin cepat pengaduknya akan memberikan energi kinetik pada

larutan yang diaduk semakin besar, dan dengan energi kinetik yang besar akan menyebabkan

perubahan suhu. Suhu sebanding dengan energy kinetic (dari persamaan gas ideal).

Walaupun pengamatan terhadap suhu ini bisa dibilang tidak terlalu presisi, karena ada jeda

waktu antara pengukuran di tangki dengan pengukuran di luar tangki. (kami mengukur suhu

tangki setelah sebelumnya diangkat terlebih dahulu termometernya keluar tangki agar bisa

terlihat. Kemungkinan jeda waktu tersebut sangat mempengaruhi suhu sebenarnya).

Viskositas dan densitas yang kami ukur hanya pada larutan kanji yang terakhir, yaitu

ketika 327,7 Rpm dengan 3 kali penambahan NaOH dan 3 kali penambahan Asam sulfat.

Sehingga blending time dan bilangan reynoldsnya juga hanya pada Rpm tersebut. Sementara

pada Rpm yang lainnya tidak sempat kami hitung. Adapun bilangan reynoldsnya, adalah

1,657 x 106 (Tanpa dimensi / satuan) dengan blending time factor-nya adalah 0.564 Menit.

6 KESIMPULAN

Dari praktikum ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

a. Pola aliran yang terbentuk adalah Turbulen (dengan jenis tangki bersudut setengah

lingkaran dibawahnya dan jenis impeller tri blades atau Marines impeller).

b. Semakin cepat putaran pengaduknya semakin terlihat jelas pola aliran turbulennya.

Alirannya membuat proses pencampuran merata di segala titik tangki.

c. Semakin cepat putaran pengaduknya, semakin cepat juga waktu yang dibutuhkan

untuk mencampurkan larutan yang ada di dalam tangki (penambahan NaOH dan

Asam sulfat). Dan untuk setiap pencampuran, terjadi kenaikan suhu larutan di tangki

dengan semakin cepatnya putaran pengaduk.

d. Viskositas larutan kanji adalah 7.8 cP dengan densitasnya adalah 0.98 gr/mL. adapun

bilangan Reynolds-nya adalah 1,657 x 106 (Tanpa dimensi / satuan) dengan blending

time factor-nya adalah 0.564 Menit.

DAFTAR PUSTAKA

Djauhari, Agus., 2002, “peralatan kontak dan pemisah antar fasa”, Diktat kuliah, hal

55-59, Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

Buku petunjuk praktikum satuan operasi. 2004. “Agitasi dan pencampuran”, Jurusan

Teknik Kimia, Politeknik negeri Bandung.

McCabe, W. L, Smith, J.C and Harriot, P. 1993, “Unit operation of chemical

engineering” Edisi ke-5., Hal 257-260, McGraw-Hill, Singapore.

Levenspiel, Octave. 1999. “Chemical reaction engineering”. Edisi ketiga. Hal 72-73.

Jhon wiley & Sons, Inc. United states of America.

LAMPIRAN

Memasukkan larutan kanji kedalam bejana pengaduk

Warna larutan kanji setelah ditambahkan NaOH 2 M