Post on 26-Feb-2023
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan atas Kehadirat Tuhan
Yang Maha Esa yang telah memberi petunjuk dan kekuatan
sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul
“AGITASI DAN MIXING”.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa susunan dan materi
yang terkandung di dalam makalah ini belumlah sempurna. Untuk
itu saran dan kritik yang sifatnya membangun selalu penulis
harapkan dengan senang hati dari semua pihak demi kesempurnaan
makalah ini.
Insya Allah makalah ini dapat membawa pemahaman dan
pengetahuan bagi kita semua tentang tata cara pengolahan
limbah plastik sebagai modal pembelajaran dalam mata kuliah
pengolahan limbah pabrik kimia.
Malang, 07 Mei 2014
Penulis
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.....................................................iDAFTAR ISI........................................................ii
BAB I PENDAHULUAN..................................................31.1. Latar Belakang..............................................3
1.2. Tujuan......................................................31.3 Rumusan Masalah..............................................3
BAB II PEMBAHASAN..................................................42.1 Pengadukan...................................................4
2.3 Jenis-Jenis Pengaduk.........................................42.3.1 Pengaduk Jenis Baling-Baling (Propeller).....................4
2.3.2 Pengaduk Dayung (Paddle)...................................52.3.3 Pengaduk Turbin..........................................5
2.3.4 Pengaduk Helical-Ribbon..................................62.4 Posisi Sumbu Pengaduk Dan Pola Aliran........................7
2.5 Kecepatan Pengaduk...........................................82.5.1 Kecepatan putaran rendah.................................8
2.5.2 Kecepatan Putaran Sedang.................................82.5.3 Kecepatan Putaran Tinggi.................................8
ii
2.6 Jumlah Pengaduk..............................................92.7 Kebutuhan Daya Pengaduk......................................9
2.7.1 Bilangan Reynold.........................................92.7.2 Bilangan Fraude.........................................10
2.8 Pencampuran (Mixing)........................................102.9 Laju dan Waktu Pencampuran..................................12
DAFTAR PUSTAKA....................................................14
iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar BelakangPengadukan (agitation) adalah pemberian gerakan tertentu
sehingga menimbulkan reduksi gerakan pada tersebut mempunyai
pola sirkulasi. Akibat yang ditimbulkan dari operasi
pengadukan adalah terjadinya pencampuran (mixing) dari satu
atau lebih komponen yang teraduk. Ada beberapa tujuan yang
ingin diperoleh dari komponen yang dicampurkan, yaitu membuat
suspensi, blending, dispersi dan mendorong terjadinya transfer
panas dari bahan ke dinding tangki.
Pada industri kimia seperti proses katalitik dari
hidrogenasi, pengadukan mempunyai beberapa tujuan sekaligus.
Pada bejana hidrogenasi gas hidrogen disebarkan melewati fasa
cair dimana partikel padat dari katalis tersuspensi.
Pengadukan juga dimaksudkan untuk menyebarkan panas dari
reaksi yang dipindahkan melalui cooling coil dan jaket.
Contoh lain pemakaian operasi pengadukan dalam industi adalah
pencampuran pulp dalam air untuk memperoleh “larutan” pulp.
Larutan pulp yang sudah cukup homogen disebarkan ke mesin
pembuat kertas menjadi lembaran kertas setelah proses filtrasi
vakum dan dikeringkan.
1.2. Tujuan
1. Mencampur dua cairan yang saling melarut
2. Melarutkan padatan dalam cairan
3. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung
4. untuk mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan
koil pemanas dan jacket pada dinding bejana
4
5. Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk
dalam tangki.
6. Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan
putaran pengaduk.
7. Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan.
1.3 Rumusan Masalah1. bagaimana bentuk pola aliran yang dibentuk oleh berbagai
pengaduk dalam tangki.
2. Bagaimana bentuk pola aliran dalam berbagai kecepatan
putaran pengaduk
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Agitsi (Pengadukan)Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya
gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-
zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).
gambar 1. (Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk)
5
Dimana : C = tinggi pengaduk dari dasar tangki
D = diameter pengaduk
Dt = diameter tangki
H = tinggi fluida dalam tangki
J = lebar baffle
W = lebar pengaduk
2.3 Jenis-Jenis PengadukSecara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa
digunakan secara umum, yaitu pengaduk baling – baling, pengaduk
turbin, pengaduk dayung dan pengaduk.
2.3.1 Pengaduk Jenis Baling-Baling (Propeller) Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan.
Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.
Gambar 5. 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.
2.3.2 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.
6
Gambar 6. Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua
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.
2.3.3 Pengaduk TurbinPengaduk 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.
7
Gambar 7. Pengaduk Turbin pada bagian variasi.
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.
Gambar 8. Pengaduk Turbin Baling-baling.
2.3.4 Pengaduk Helical-Ribbon Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada
kekentalan yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah
pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti pita) dibentuk
dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling
helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan
bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam
bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.
8
Gambar 9. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral
2.4 Posisi Sumbu Pengaduk Dan Pola Aliran
Pada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan
menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki. Posisi ini
memiliki pola aliran yang khas. Pada tangki tidak bersekat dengan
pengaduk yang berputar ditengah, energi sentrifugal yang bekerja
pada fluida meningkatkan ketinggian fluidapada dinding dan
memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola ini biasa
disebut dengan pusaran dengan pusat pada sumbu pengaduk. Pusaran ini
akan menjadi semakin besar seiring dengan peningkatan kecepatan
putaran yang juga meningkatkan turbulensi dari fluida yang diaduk.
Pada sebuah proses dispersi gas-cair, terbentuknya pusaran tidak
diinginkan. Hal ini disebabkan pusaran tersebut
bisa menghasilkan dispersi udara yang menghambat dispersi gas ke
cairan dan sebaliknya.
9
Gambar 3. (Posisi Center dari sebuah Pengaduk yang menghasilkan Vortex
Salah satu upaya untuk menghilangkan pusaran ini adalah dengan
merubah posisi sumbu pengaduk. Posisi tersebut berupa posisi sumbu
pengaduk tetap tegak lurus namun berjarak dekat dengan dinding
tangki (off center) dan posisi sumbu berada pada arah diagonal
(incline). Perubahan posisi ini menjadi salah satu variasi dalam
penelitian yang dilakukan. Viskositas dari cairan adalah salah
satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis
pengaduk.
Gambar 10. Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda,
(a) Impeller,
(b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon
Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk
adalah :
1. Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas
fluida di bawah Pa.s (3000 cP)
2. Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di
bawah 100 Pa.s (100.000 cp)
10
3. Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk
jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500
Pa.s (500.000 cP)
4. Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk
viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga
viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 -
5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan
karena hanya terjadi pusaran kecil.
2.5 Kecepatan PengadukSalah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan
pencampuran adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan.
Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa memberikan gambaran
mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang
dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara
umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu
: kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.
2.5.1 Kecepatan Putaran RendahKecepatan rendan 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 busa. Jenis pengaduk ini
meghasilkan pergerakan batch yang empurna dengan sebuah
permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau
mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik
yang sama.
2.5.2 Kecepatan Putaran SedangKecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan
1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan
11
untuk larutan sirup kental dan minyak pernis. Jenis ini paling
sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas
yang rendah, mengurangi waktu pencampuan, mencampuran larutan
dengan viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan
atau mendinginkan.
2.5.3 Kecepatan Putaran TinggiKecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan
1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan
untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air. Tingkat
pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada
viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran
sangat lama atau perbedaan viskositas sangat besar.
2.6 Jumlah PengadukPenambahan 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 1.
Tabel 1. Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk
12
2.7 Kebutuhan Daya PengadukDalam mencari kebutuhan daya pengaduk dapat menggunakan
bilangan dibawah ini.
2.7.1 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
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.
13
2.7.2 Bilangan FraudeBilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan
antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude
dapat dihitung dengan persamaan berikut :
dimana :
Fr = Bilangan Fraude
N = kecepatan putaran pengaduk
D = diameter pengaduk
g = 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.
2.8 Mixing (Pencampuran)Pencampuran adalah 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 sebuah tangki. 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 yaitu dan.
Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki14
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. 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. Kapasitas tangki yang
dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu
pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida
15
dalam kapasitas tertentu ditempatkan pada sebuah wadah dengan
besarnya diameter tangki sama dengan ketinggian fluida.
Rancangan ini ditujukan untuk mengoptimalkan kemampuan
pengaduk untuk menggerakkan dan membuat pola aliran fluida
yang melingkupi seluruh bagian fluida dalam tangki.
Persamaan (1) merupakan rumus dari volume sebuah tangki
silinder. Sehingga salh satu pertimbangan awal untuk merancang
alat ini adalah dengan mencari nilai dari diameter yang sama
dengan tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam
pengadukan dan pencampuran. Diameter tangki ditentukan dengan
persamaan (2). Tangki dengan diamter yang lebih kecil
dibandingkan ketinggiannya memiliki kecendrungan menambah
jumlah pengaduk yang digunakan.
dengan D = t
Rancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan
perbandingan terhadap komponen-komponen yang menyusunnya
ditunjukkan pada gambar 1. Hubungan dari dimensi pada gamba 1
adalah :
Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinya
yaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran
pengaduk. Geometri dimana terjadinya biasanya berbentuk sudut
ataupun lipatan dari dinding dindingnya.
16
2.9 Laju dan Waktu PencampuranWaktu 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
- Ledudukan pengaduk pada tangki, seperti :
*Jarak pengaduk terhadap dasar tangki
*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)
17
Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang
dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor
terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap waktu
pencampuran.
18
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” 5 rd., hal 257- 260,
McGraw-Hill, Singapore
19