Proses Pengadukan Tanpa Agitator

1. Pengadukan Tanpa Agitator

Pengadukan adalah operasi menciptakan gerakan didalam bahan yang

diaduk. Tujuan operasi pengadukan adalah terciptanya pencampuran.

Pencampuran merupakan operasi yang bertujuan untuk mengurangi

ketidaksamaan kondisi, suhu, atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan.

Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak di dalam bahan yang

menyebabkan bagian-bagian bahan bergerak satu terhadap yang lainnya, sehingga

operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk proses pencampuran.

Pencampuran fasa cair merupakan hal yang cukup penting dalam berbagai proses.

Pencampuran fasa cair dapat dapat dibagi dalam dua kelompok. Pertama,

pencampuran antara cairan yang saling bercampur (miscible), dan kedua adalah

pencampuran antara cair yang juga dikenal operasi pencampuran fasa cair yang

pekat seperti lelehan, pasta, dan sebagainya.

Secara umum, proses pencampuran dilakukan pada suatu bejana dengan

agitator sebagai pengaduk. Namun, dengan pertimbangan tertentu pencampuran

dapat dilakukan dengan tanpa menggunakan agitator sebagai pengaduk. Misalnya,

pada pencampuran antara dua bahan yang sukar bercampur (immiscible) dapat

menggunakan alat spray untuk menyemprotkan bahan dengan kecepatan tertentu

sehingga bahan yang sukar bercampur tadi dapat terdistribusi satu sama lainnya

dan masih ada lagi cara lain untuk mencampurkan bahan tanpa menggunakan

agitator atau alat pengaduk.

Pencampuran berdasarkan fase dari bahan yang dicampur yaitu

pencampuran bahan cair-cair, pencampuran bahan padat-cair, pencampuran bahan

padat-padat, dan pencampuran bahan cair-gas. Keadaan agregasi adalah bentuk

penampilan materi yang dapat berupa gas, cairan atau padat. Sehubungan dengan

itu campuran dapat memperlihatkan sifat-sifat yang sangat berbeda satu sama lain

dan memerlukan persyaratan tertentu pada pemilihan alat pencampur. Suatu

campuran bahan kimia dapat mengikuti jenis-jenis berikut ini : Campuran

heterogen, koloid, suspensi, dan larutan sejati atau campuran homogen. Pemilihan

alat pencampur didasarkan pada : jenis bahan-bahan yang akan dicampur

(keadaan agregasi, besarnya partikel,kerapatan bahan), jenis campuran yang akan

dibuat atau dihasilkan dari pencampuran, jumlah pencampuran, derajat

pencampuran yang ingin dipakai, tujuan pencampuran yang diinginkan, dan

sistem operasi dari pencampuran. Derajat pencampuran dipengaruhi oleh banyak

faktor antara lain :

1) Aliran. Aliran yang turbulen dan laju alir bahan yang tinggi biasanya

menguntungkan proses pencampuran. Sebalikanya aliran yang laminer dapat

menggagalkan pencampuran,

2) Ukuran partikel. Semakin luas permukaan kontak bahan-bahan yang harus

dicampur, yang berarti semakin kecil partikel dan semakin mudah gerakannya

didalam campuran, maka proses pencampuran akan semakin baik. Perbedaan

ukuran yang besar dalam proses pencampuran akan menyulitkan dalam

terciptanya derajat pencampuran yang tinggi,

3) Kelarutan. Semakin besar kelarutan bahan-bahan yang akan dicampur pada

pencampuran, maka akan semakin baik pencampurannya. Pada saat pelarutan

terjadi, terjadi pula peristiwa difusi. laju difusi dipercepat oleh adanya aliran.

Kelarutan sebanding dengan kenaikan suhu, sehingga dapat dikatakan bahwa

dengan naiknya suhu derajat pencampuran akan semakin baik pula,

4) Viskositas campuran,

5) Jenis bahan yang dicampur,

6) Urutan pencampuran,

7) Suhu dan Tekanan (pada gas),

8) Bahan tambahan pada pencampuran seperti emulgator.

1.1 Pencampuran dengan pipe-line (T-junction & Y-juction)

Pencampuran dengan menggunakan pipe-line adalah pencampuran antara

dua fluida yang sukar bercampur (immiscible) yang disebabkan oleh perbedaan

viskositas kedua bahan. Prinsip kerja pencampuran dengan menggunakan pipe-

line adalah mempertemukan dua bahan dengan kecepatan tertentu agar kedua

bahan terdistribusi satu sama lainnya.

Pada jenis T-junction bahan-bahan dialirkan dengan kecepatan tertentu

dari dua pipa yang saling berseberangan dan selanjutnya akan bertemu pada satu

titik pertemuan yang akan menuju satu pipa sehingga aliran fluida tersebut

bercampur satu sama lainnya.

Gambar 1.1 Aliran T-junction

(Sumber: Sabda, 2013)

Pencampuran dua fluida dengan menggunakan Y-junction tidak jauh

berbeda dengan metode T-junction. Perbedaannya terdapat pada posisi aliran

masuk kedua fluida. Pada pencampuran pipe-line jenis Y-junction fluida yang

masuk melewati pipa yang mengerucut menuju titik pertemuan kedua fluida.

Kemudian kedua fluida bercampur pada satu aliran pipa.

Gambar 1.2 Aliran Y-junction

(Sumber: Sabda, 2013)

1.2 Pencampuran dengan menggunakan spray

Pencampuran dengan menggunakan spray biasanya digunakan pada proses

fluid mixing antara liquid-gas. Fluida cair masuk dari bagian atas bejana

kemudian disemprotkan gas dari bagian bawah. Gas yang berkecepatan masuk

dari bagian bawah disemprotkan atau spray akan berturbulensi menyebar

sehingga terdistribusi dalam liquid.

\

Gambar 1.3 Spay Fluid Mixing

(Sumber: Spray, 2013)

Pada gambar diatas merupakan contoh dari proses fluid mixing liquid-gas

dengan menggunakan spray nozzle pada bagian bawah samping dan bejana

berbentuk tabung. Namun ada juga pencampuran dengan menggunakan bejana

tabung yang melintang dan nozzle spray yang lebih banyak. Dengan jumlah

nozzle yang lebih banyak menyebabkan waktu pencampuran lebih cepat karena

pendistribusian gas lebih cepat dan terjadinya turbulensi gas lebih besar.

Gambar 1.4 Spay Fluid Mixing

(Sumber: Spray, 2013)

1.3 Pencampuran dua fluida dengan metode gelembung

Pencampuran metode gelmbung adalah pencampuran liquid-liquid yang

mana salah satu fluida liquid dialirkan dengan kecepatan yang sangat tinggi

sehingga menjadi gelembung-gelembung. Gelembung-gelembung yang terbentuk

akan meningkatkan turbulensi fluida,sehingga fluida akan bercampur tanpa proses

pengadukan. Pencampuran liquid-liquid dengan metode gelembung dapat

diibaratkan seperti air terjun yang jatuh dari ketinggian karena kecepatannya yang

tinggi akan membentuk gelembung-gelembung di bawah ketika bertemu dengan

air pada permukaan.

1.4 Pencampuran dengan getaran

Alat ini terdiri atas sebuah cakram mendatar dengan lubang-lubang yang

berbentuk kerucut. Sebuah sumber getar elektromagnetik digantungkan dengan

pegas pada kerangka alat. Melalui sebuah batang penghubung, cakram digetarkan

vertikal oleh sumber getar. Akibat getaran tersebut, bahan ditekan untuk melewati

lubang-lubang cakram dari bawah ke atas atau sebaliknya. Dengan demikian

terjadi suatu aliran vertikal yang kuat di sekitar cakram, dan terjadi turbulensi

yang tinggi dalam seluruh bahan.

Pencampuran dengan getar biasanya digunakan untuk membuat larutan, suspensi

atau emulsi dengan viskositas yang rendah. Bejana yang dipakai seringkali

terbuka, dengan ukuran yang kecil hingga sedang. Intensitas getaran yang

berbanding lurus dengan derajat turbulensi. Ummnya dapat diatur secara elektrik.

Kerugikan dari pencampuran getar adalah kebisingan yang ditimbulkannya.

Selanjutnya pencampuran bahan cair-gas. Untuk proses kimia dan fisika tertentu

gas harus dimasukkan ke dalam cairan, artinya cairan dicampur sempurna dengan

bahan-bahan berbentuk gas. Contoh :

1) Proses hidrogenasi, khorinasi dan fosfogensi,

2) Oksidasi cairan oleh udara (fermentasi, memasukkan udara kedalam

lumpur dalam instalasi penjernih biologis),

3) Meningkatkan kadar (melarutkan) gas dalam cairan (misalnya HCL dalam

air, oksigen dalam cairan-cairan),

4) Membangkitkan basa (misalnya busa pemadam api).

Selain pencampuran pencampuran di atas ada pula beberapa cara pencampuran

yang sering dilakukan di industri industi yakni In-line Mixing dan jet mixing.

Dimana seperti namanya sendiri in-line artinya dalam pipa, sementara jet mixing

lebih mengacu suatu noozle dengan tekanan tinggi tekanan tinggi.

Pada instalansi-instalansi yang bekerja secara kontinyu, cairan-cairan yang

dapat saling melarut seringkali tercampur dengan sendirinya di dalam saluran-

saluran pipa. Akan tetapi karena pencampuran oleh turbulensi di dalam pipa tanpa

adanya alat pendukung lain tidak begitu besar, cairan dengan volume yang lebih

kecil seringkali dimasukkan bersama-sama cairan lain ke dalam pipa.

Sebuah mixer statis adalah sebuah perangkat yang direkayasa sedemikian rupa

untuk pencampuran bahan cairan secara terus-menerus. Biasanya cairan untuk

dicampur cair, tetapi mixer statis juga dapat digunakan untuk campuran aliran gas,

mendispersikan gas ke cair atau campuran cairan bercampur. Energi yang

dibutuhkan untuk pencampuran berasal dari pressure drop sebagai aliran cairan

melalui mixer statis. Salah satu desain mixer statis adalah mixer jenis piring dan

jenis perangkat lain yang umum dalam silinder (tabung). Ukuran mixer dapat

bervariasi dari sekitar 6 mm untuk diameter 6 meter. Bahan konstruksi khas untuk

komponen mixer statis termasuk stainless steel, polypropylene, Teflon, PVDF,

PVC, CPVC dan polyacetal.

Industri tekstil mulai menggunakan teknologi seperti pencampuran statis

(tidak bergerak) dan in-line (campuran kontinu) pencampuran untuk mengatasi

tantangan ini dan sekarang mulai memetik hasil dari investasi. Pelajaran dalam

industri tekstil dapat diterapkan untuk berbagai industri pengolahan kimia.

Artinya sudah banyak industri yang mulai memakai sistem dari in-line mixing ini

melihat masa lampau, dan inovasi dari industri tekstil.

Selama lebih dari 40 tahun, mixer statis (juga dikenal sebagai mixer

bergerak) telah berhasil digunakan untuk pencampuran atau pendispersi, reaksi

dan pemanasan atau pendinginan cairan viskositas tinggi dan rendah, lumpur,

padatan, gas dan mengontak multi-fase gas , padatan dan cairan. Mereka mampu

pencampuran bahan dengan viskositas yang sama atau sangat berbeda dan tingkat

aliran volumetrik. Desain mixer statis paling cocok untuk aplikasi tertentu

didasarkan pada operasi unit proses yang dipraktekkan.

Gambar 3. Proses umum static mixer

(Sumber : Stamixco,2015)

Seperti ditunjukkan pada gambar, mixer statis digunakan dalam proses

yang terus menerus di mana mereka menyeragamkan cairan tanpa bagian yang

bergerak. Pompa atau blower digunakan untuk memberikan komponen yang akan

dicampur pada tingkat aliran volumetrik yang diinginkan dan juga menyediakan

energi tekanan yang dibutuhkan untuk pencampuran.

Mixer statis standar menggunakan baffle untuk membagi bahan menjadi dua

aliran, tetapi beberapa pencampuran statis desain membagi hari bahan menjadi

empat sungai, menciptakan campuran lebih homogen. Misalnya, jika aliran air

dan aliran bahan kimia "A" yang dipompa ke dalam mixer statis, aliran air dan

aliran agen A masing-masing akan dibagi menjadi empat aliran. Keempat aliran

akan digabungkan dan dipaksa melalui mixer statis lagi. Keempat sungai akan

dibagi menjadi 16 aliran, dan sebagainya. Partikel-partikel yang lebih kecil

kemudian menimpa terhadap satu sama lain sesuai dengan Hukum Kedua

Newton: Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang

bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya; arah percepatan

dalam arah gaya total diterapkan.

Dalam pelat desain pencampuran dilakukan melalui turbulensi dalam

aliran. Pada elemen bertempat merancang mixer statis elemen terdiri dari

serangkaian baffle yang terbuat dari logam atau berbagai plastik. Demikian pula,

perumahan mixer dapat dibuat dari logam atau plastik. Keempat elemen desain

menggabungkan metode untuk dua aliran cairan ke dalam mixer statis. Sebagai

aliran bergerak melalui mixer, unsur-unsur non-bergerak terus menerus berbaur

dengan bahan. Pencampuran lengkap tergantung pada banyak variabel termasuk

sifat cairan, diameter tabung. Tetapi, elemen biasanya berbentuk heliks yang

keempat elemen mixer secara bersamaan dapat menghasilkan pola pembagian

aliran dan pencampuran radial.    

Pencampuran radial dalam kedua aliran atau laminar aliran turbulen,

sirkulasi secara rotasi dari bahan olahan sekitar pusat hidrolik sendiri di setiap

channel mixer menyebabkan pencampuran radial material. Pencampuran ini

dilakukan agar bahan menjadi homogen dengan energi yang minimal sementara

campurannya diharapkan akan menjadi rata. Bahan olahan bercampur untuk

mengurangi atau menghilangkan gradien radial suhu, kecepatan dan komposisi

bahan.