LABORATORIUM SATUAN OPERASI
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013
MODUL
: Pengadukan dan Pencampuran Pencampuran
PEMBIMBING PEMBIMBING
: Rintis Manfaati, S.T.
Praktikum
: 25 April 2013
Penyerahan
: 2 Mei 2013
(Laporan)
Oleh : Kelompok
: V (lima)
Nama
: 1. Hana Afifah Rahman
NIM.111411045 NIM.111411045
2. Yudha Fitriansyah
NIM.111411059 NIM.111411059
Kelas
: 2B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2013
PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN AGI TATI TATI ON AND M I XING) (AGI
I.
II.
TUJUAN 1) Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dala t angki
2)
Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk
3)
Mencampur dua cairan yang saling melarut
4)
Melarutkan padatan dalam cairan
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
(bottomend)
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 cenderung fuming (berbusa) (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 45 o, 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 10 4 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 :
2.
-
Center, vertikal
-
Off center, vertical
-
Miring (inclined) dari atas
-
Horisontal
Jumlah daun pengaduk
Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk
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 : 2
f t
t T ( nDa ) 2 / 3 g 1 / 6 H 1 / 2 Dt
2
Da Dt nt T Dt H
1/ 2
g 2 n Da
1/ 6
...........................(1)
Untuk pengaduk propeler, 2
f t
t T ( nDa ) 2 / 3 g 1 / 6 H 1 / 2 Dt
Da nt T D t
3/ 2
Dt H
1/ 2
g 2 n Da
1/ 6
...............................(2)
Dimana : Da
= Diameter pengaduk (m)
Dt
= Diameter tangki (m)
H
= Tinggi tangki (m)
nt T
= Mixing time faktor
g
= Percepatan grafitasi (m/dt2)
n
= Kecepatan putar (rpm)
f t
= Blending time factor
Mixing time faktor dapat diperkirakan dari gambar grafik dibawah
III.
PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan
Alat
Stopwatch
Piknometer
Viscometer
Tachometer
Termometer
Gelas kimia 250, 1000 ml
Gelas ukur 50 ml
Bahan
Tepung kanji
Aquades
NaOH 2 M
H2SO4 2 M
Phenolphtalin (indikator PP)
3.2 Langkah Kerja Kalibrasi Kecepatan Pengadukan 1,5
Liter air dimasukkan ke dalam bejana/tangki
pengaduk dinyalakan dengan kecepatan putar pada skala 230 dan 290
kecepatan pengaduk (RPM) diukur dengan tachometer untuk setiap skala
Pada setiap skala kecepatan pengaduk ditambahkan 5 mL PP, 30 mL NaOH 2 M dan 30 mL H2SO4 2 M
Catat waktu ketika warna cairan berubah dari merah muda menjadi bening kembali
Waktu Pengadukan
IV.
500 gram tepung kanji ditimbang kemudian dilarutkan dalam 2 liter air panas mendidih dalam ember
±Larutan kanji disaring
Campuran dinetralkan dengan ditambahkan 30ml larutan H2SO4 2M, catat waktu
waktu dicatat bila perubahan warna campuran telah merata
Tentukan densitas, suhu, dan viskositas larutan
Ulangi percobaan dengan kecepatan putar yang berbeda
dan dimasukkan ke dalam bejana pengaduk kemudian ditambahkan 5ml indikator PP
massa jenis, suhu, dan viskositas larutan diukur
Kecepatan motor diatur dan 30 mL NaOH 2M ditambahkan secara bersamaan
DATA PENGAMATAN Dimensi Tangki Pengaduk
Tipe pengaduk yang digunakan
: Tree Blade / marine Propeller
Diameter tangki (Dt)
: 32,2 cm (0,322 m)
Diameter pengaduk (Da)
: 10,73 cm (0,1073 m)
Tinggi tangki (H)
: 65 cm (0,65 m)
Kecepatan Putar pengaduk yang digunakan adalah
Skala putar
Kecepatan putar (RPM)
2.30
88,6
2.90
113,3
x 32,2 cm)
(
Waktu Pengadukan
Berat tepung tapioka
= 368 gram
(karena tepung tapioka habis, tidak cukup 500gram) Berat piknometer kosong
Air Skala
= 29,13 gr
t1 (s)
t2 (s)
T ( C)
88,6 230 113,3 290 Larutan Kanji
11,12 6,87
14,34 7,57
25 25
o
Skala
RPM
t1 (s)
t2 (s)
T ( C)
230 290
88,6 113,3
27,47 21,62
07,11 6,91
29 27
Analisis T,
Air
ρ air (1atm, 25oC) massa pikno kosong massa pikno + air massa air Volume piknometer
= 0,9971 gram/ml = 29,13 gram = 52,42 gram = 23,36 gram = volume air penuh
Volume air penuh
=
= = 23,43 mL
Penentuan massa jenis larutan kanji (
Massa pikno kosong
= 29,13 gram
Massa pikno + sampel
= 55,46 gram
Massa sampel
= 26,33 gram
Volume sampel
= 23,43 mL
o
RPM
=
=
= 1,1238 gr/mL = 1123,8 kg/m
3
Viskositas (cP) cP Poise 1,8 0,018 1,2 0,012
Viskositas (cP) cP Poise 2,9 0,029 2,4 0,024
V.
PENGOLAHAN DATA
a. Menghitung Reynold Number pengaduk Air :
88,6 RPM
( ) 941,78
113,3 RPM
( ) 1806,49
Larutan kanji :
88,6 RPM
( ) 658,83
113,3 RPM
( )
b. Menghitung blending time Air
88,6 RPM nt T dari grafik dengan NRe= 941,78 adalah 1250 f t
* + * + * + = 1250 * + * + * + 3/2
= nt T
1/2
3/2
1/6
1/2
1/6
= 80,56 Untuk 113,3 RPM nt T dari grafik dengan NRe= 1806,49 adalah 800 f t
* + * + * + + * + * = 800 * + 3/2
= nt T
1/2
3/2
1/6
1/2
1/6
= 47,54
Larutan kanji :
Untuk 88,6 RPM nt T dari grafik dengan NRe= 658,83 adalah 2000 f t
* + * + * + + * + * = 2000 * + 3/2
= nt T
1/2
3/2
1/6
1/2
1/6
= 128,90 Untuk 113,3 RPM nt T dari grafik dengan NRe= f t
adalah 1300
* + * + * + + * + * = 1300 * + = nt T
3/2
1/2
3/2
= 77,26
1/6
1/2
1/6
Tabulasi Hasil Pengolahan Data o
Air
Skala
RPM
t1 (s)
t2 (s)
NRe
f t
2.30 2.90
88,6 113,3
11,12 6,87
14,34 7,57
941,78 1806,49
80,56 47,54
Kurva t1 dan t2 terhadap NRe 2000 1800 1600 1400 1200 e R1000 N 800 600 400 200 0
t1 t2
0
5
10
15
20
t1 dan t2
Kurva ft terhadap NRe 2000 1800 1600 1400 1200 e R1000 N 800 600 400 200 0
ft
0
20
40
60 ft
80
100
Larutan Kanji Skala
RPM
t1 (s)
t2 (s)
NRe
f t
2.30
88,6 113,3
27,47 21,62
7,11 6,91
658,83 1018,02
128,90 77,26
2.90
Kurva t1 dan t2 terhadap NRe 1200 1000 800 e R N
600
t1
400
t2
200 0 0
5
10
15
20
25
30
t1 dan t2
Kurva ft terhadap NRe 1200 1000 800 e R N
600 ft
400 200 0 0
20
40
60
80 ft
100
120
140
VI.
PEMBAHASAN
Dalam praktikum Agitasi dan Mixing (Pengadukan dan Pencampuran), praktikan mempelajari sekaligus membuktikan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses pengadukan dan juga belajar cara mengoperasikan alatnya dengan benar. Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi pengadukan, yaitu jenis impeller, letak impeller, bentuk reaktor, viskositas dan densitas larutan. Akan tetapi, berhubung jenis dan letak impeller juga bentuk reaktornya tetap karena keterbatasan alat, jadi praktikan hanya dapat melihat pengaruh dari viskosotas dan densitas larutan dalam proses pengadukan. Adapun jenis pengaduk yang digunakan berjenis baling-baling kapal dan letaknya tegak lurus. Dengan pengadukan dengan kecepatan tinggi, kemungkinan terjadinya vortex akan sangat besar. Vortex merupakan pola yang dihasilakan dari energi sentrifugal yang dapat meningkatkan ketinggian fluida pada dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Akan tetapi bukan hal ini yang akan dibahas oleh praktikan, karena reaktor tersebut sudah memiliki baffle yang dapat mencegah terjadinya vortex.
Untuk membuktikan bahwa viskositas dapat mempengaruhi pengadukan, maka praktikan melakukan pengadukan pada 2 larutan yang berbeda, larutan 1 berisi air keran saja, sedangkan larutan 2 merupakan campuran 500gram kanji dalam 15 Liter air. Dalam hal ini, kanji digunakan untuk menaikkan viskositas dari larutan 2. Selain itu juga penambahan kanji tersebut juga berfungsi untuk menaikkan densitas. Sehingga diperoleh data sebagai berikut:
Larutan 1 (densitas = 1000 kg/m 3) Skala
RPM
t1(detik)
t2(detik)
T( C)
o
Nre
2,5
150,7
5,27
5,13
27
8675,26
3
177,9
3,82
3,09
27
10241,1
Larutan 2 (densitas = 995,7 kg/m 3) Skala
RPM
t1(detik)
t2(detik)
T( C)
o
Nre
2,5
145,6
8,3
7,44
27
1987,06
3
172,6
5,74
4,47
27
2300,75
Dari data diatas, sangat jelas sekali bahwa pada skala alat pengaduk yang sama, terjadi perbedaan RPM pada dua larutan yang berbeda, sehingga jelas terbukti bahwa benar, viskositas dan densitas mempengaruhi proses pengadukan. Selain itu juga dapat dilihat pada tabel diatas, terjadi perbedaan Bilangan Reynold. Dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan nilai dari Bilangan Reynold seiring dengan kenaikan kecepatan dari pengaduk. Selain itu juga, waktu pengadukan juga semakin cepat seiring semaking besarnya Bilangan Reynoldnya. Pada kesempatan ini juga praktikan melakukan penambahan PP baik pada larutan 1 dan larutan 2, kemudian secara bergantian , keduanya ditambahkan larutan Natrium Hidroksida (NaOH), sehingga warna larutan menjadi merah muda karena pada kondisi asam dan terdeteksi oleh PP. Lalu praktikan mencatat waktu yang dibutuhkan dalam perubahan tersebut. Kemudian praktikan menambahkan larutan Asam Sulfat kepada masing-masing dari Larutan 1 dan 2 tersebut sehingga warna larutan kembali menjadi bening (tidak berwarna), praktikan juga mencatat rentan waktu yang dibutuhkan dalam perubahan tersebut. Hal ini dilakukan untuk mencari nilai dari blending time dari masing-masing larutan dengan kecepatan putar yang berbeda. Berikut data yang dihasilkan. Larutan 1
Ft terhadap Nre 12000 ) e 10000 r N ( d l 8000 o n y e 6000 R n a 4000 g n a l i B 2000
Series1
0 0
2
4
6
8
10
12
Blending Time (Ft)
Larutan 2
Ft Terhadap Nre 2500 ) e r 2000 N ( d l o 1500 n y e R n 1000 a g n a l i 500 B
Series1
0 0
10
20
30
40
Blending Time (Ft)
Dari tebel diatas, didapat bahwa semakin tinggi maka waktu pengadukan semakin cepat sehingga nilai mixing time factor akan semakin kecil. Nilai mixing time factor akan berbanding lurus dengan nilai blending time factor sehingga akan berbanding terbalik dengan Reynold Number.
I.
Kesimpulan
Terbukti bahwa Viskositas dan Densitas dapat mempengaruhi proses pengadukan.
Mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor, tetapi berbanding
terbalik dengan Bilangan Reynold CONTOH PUNYA LETI
Pada 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
Nre
f t (menit)
80,8
10799,497
14,3
99,3
14415,305
13,3
120,4
20638,749
12,5
140,0
29356,444
11,8
160,2
43171,611
11,4
(RPM)
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. VII.
SIMPULAN
VIII. DAFTAR PUSTAKA Djauhari,A., 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” 5rd., hal 257-260, McGraw-Hill, Singapore
LAMPIRAN GAMBAR PRAKTIKUM
