LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015Modul: MixingPembimbing : Emma Hermawati,Ir.,MTPraktikum: 04 Mei 2015Penyerahan: 11 Mei 2015

Oleh :Kelompok: 1 (Satu)Nama: 1. Aas Nurhasanah(131411001)2. Imtihani Fauziah(131411011)3. Sahara Tulaini(131411025)4. Rima Agustin M(131411061)Kelas: 2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015

1. PENDAHULUAN1.1. Latar BelakangPengadukan (agitation) adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkanreduksigerakan pada bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana. Gerakan hasil reduksitersebut 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.

1.2. Tujuan Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki. Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk. Membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu yang diperluakn dalam pencampuran sampai homogen. Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan.

2. LANDASAN TEORIPengadukanadalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan gerakan reduksi pada bahan, biasanya terdapat pada suatu tempat atau wadah seperti bejana atau operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Pencampuranadalah 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.Alat-alat yang diperlukan dalam proses mixing adalah :

1. Wadah (Tangki/Bejana)Biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas tangki bisa terbuka maupun tertutup. Bagian bawah (bottom end) dibuat melengkung (cembung) agar tidak terjadi stagnasi (penumpukan di sudut bejana) dan agar tidak terdapat terlalu banyak daerah yang sulit ditembus arus zat cair. Kedalaman zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki (h d). Syarat tangki antara lain :a. Bahan tangki tidak bereaksi dengan bahan yang digunakanb. Ukuran tangki pengadukc. Harus bisa memuat volume bahand. Ketahanan bahane. 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 htf. Bahan bejana terbuat dari bahan inert dan cukup kuat.Di dalam tangki dipasang impeller pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor. Tangki itu biasanya diperlengkapi pula dengan lubang masuk dan lubang keluar, dan sumur untuk menempatkan thermometer.Syarat tertentu bejana :

dthhtKet : ht : tinggi tangki dt : diameter tangki h : tinngi cairan

2. Pengaduk (Agitator) Agitator terdiri dari 3 komponen, yaitu :a. Motor, berkaitan dengan kebutuhan daya untuk mendorong impeller, yang berfungsi sebagai penggerak porosb. Sumbu (shaft). karena fungsinya untuk menahan momen daya, maka sumbu harus kuat dan bahannya harus inert.c. Impeler (sudu), jenis impeler bermacam-macam.

Jenis-jenis PengadukSecara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secaraumum, yaitu pengaduk baling baling, pengaduk turbin, dan pengaduk dayung. Pengaduk jenis baling-baling(propeller)Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.Gambar 6Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

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 7Pengaduk 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.

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.Gambar 8Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar45o, 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.

(e)(d)(c)(b)(a)

Ket :(a). propeller(b).turbin(c). paddle (jenis jangkar)(d). Paddle (jenis dayung)(e).RibbonKriteria mixer yang baik adalah : Hasilnya homogen (prioritas utama) Waktu pengadukan untuk menghasilkan campuran yang homogen singkat Daya listrik yang rendahYang juga perlu diperhatikan adalah mengenai ukuran mixer dan jumlah mixer yang dibutuhkan.3. Alat Bantu lain (Bufflet atau sirip)Bufflet digunakan supaya dalam tangki terjadi pengadukan yang intensif juga menghilangkan stagnasi.

Kebutuhan Daya PengadukBilangan 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 = dnsitas fluida = viskositas fluidaDalam 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 hingga104dan transisi berada diantara keduanya.

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 Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangkib. Pola pemasangan : Center, vertikal Off center, vertical Miring(inclined)dari atas Horisontal Jumlah daun pengaduk Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk2. 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.

3. PERCOBAAN3.1 Alat dan BahanTabel 3.1.1 Alat, Spesifikasi dan Jumlah yang akan digunakanAlatSpesifikasiJumlah

Stopwatch-1 buah

Piknometer-1 buah

Viscometer-1 buah

Tachometer-1 buah

Termometer-1 buah

Gelas kimia250 mL1 buah

Gelas kimia2000 mL1 buah

Gelas ukur501 buah

Stopwatch-1 buah

Tabel 3.1.2 Bahan dan Jumlah yang akan digunakanBahanJumlah

Tepung kanji500 gram

Aquades-

NaOH 2 M30 mL

H2SO4 2 M30 mL

Phenolphtalin (indikator PP)-

Cengkeh/Kacang HijauSecukupnya

3.2 Prosedur Percobaan3.2.1 Pola Aliran Dari Pengadukan

3.2.2 Waktu Pengadukan

3.3 Tabel DataPola Aliran Hasil PengadukanTipe pengaduk yang digunakan: marine propeller 1/3Diameter Pengaduk (Da): 11 cmDiameter Tangki (Dt): 30 cmTinggi Tangki (H): 90 cm RPM :

Tampak AtasTampak Samping

Skala 1

Skala 3

Skala 4,5

Skala 6Skala 2

Skala 4

Skala 5

Skala 1

Skala 3

Skala 4,5

Skala 6Skala 2

Skala 4

Skala 5

Dari hasil regresi tersebut, dapat menentukan skala putaran untuk setiap putaran yang sudah ditentukan. Skala putaran dan putaran yang dihasilkan dari perhitungan hasil regresi adalah sebagai berikut. N (rpm)Skala

8026

10059

12092

140124

160157

4.1.2 Waktu Pengadukan Massa piknometer kosong= 21,63 grMassa piknometer + air= 46,03 grMassa air= 24,4 grMassa piknometer + slurry= 48,41 grMassa slurry= 26.78 grSuhu= 27 CAcuanDensitas (kg/m3)Viskositas (Pa.s)

Air9760,108

Slurry1071,20,140

N (Rpm)T1 (C)(kg/m3)(Pa.s)t1 (detik)T2 (C)(kg/m3)(Pa.s)t2 (detik)

802710720,150182710720,15036

1002710760,170152610760,17034

120261080,80,18014261080,80,18032

140261082,80,19013261082,80,19024

160261087,20,20012261087,20,20022

4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Data Pengamatan4.1.1 Pola Aliran Hasil PengadukanTipe pengaduk yang digunakan: marine propeller 1/3Diameter Pengaduk (Da): 11 cmDiameter tangki (Dt): 30 cmTinggi tangki (H): 90 cmData pengamatan untuk putaran dan skala putaran adalah sebagai berikut.SkalaRPM

61,90

70,910

77,920

82,430

9040

93,150

99,560

y = 1.6322x - 104.24Dari hasil regresi tersebut, dapat menentukan skala putaran untuk setiap putaran yang sudah ditentukan. Skala putaran dan putaran yang dihasilkan dari perhitungan hasil regresi adalah sebagai berikut. N (rpm)Skala

8026

10059

12092

140124

160157

4.1.2 Waktu Pengadukan Massa piknometer kosong= 21,63 grMassa piknometer + air= 46,03 grMassa air= 24,4 grMassa piknometer + slurry= 48,41 grMassa slurry= 26.78 grSuhu= 27 CAcuanDensitas (kg/m3)Viskositas (Pa.s)

Air9760,108

Slurry1071,20,140

N (Rpm)T1 (C)(kg/m3)(Pa.s)t1 (detik)T2 (C)(kg/m3)(Pa.s)t2 (detik)

802710720,150182710720,15036

1002710760,170152610760,17034

120261080,80,18014261080,80,18032

140261082,80,19013261082,80,19024

160261087,20,20012261087,20,20022

Keterangan:T1, t1 setelah penambahan NaOHT2, t2 setelah penambahan NaOH dan H2SO41. Menghitung bilangan Reynold kecepatan putaran 80 rpm

115,01

RPMt1 (t NaOH) (detik)t2 (t H2SO4)(detik)Nre

801836115,01

1001534127,89

1201432145,31

1401324160,67

1601222175,62

2. Menghitung Blending time factor kecepatan putaran 80 rpm

ft= 580= 580 x 0,22 x 0,57 x 0,49= 35,64RPMt1 (t NaOH) (detik)Waktu pengadukant2 (t H2SO4)(detik)Blending timeNre

80185803635,64115,01

100155603432,30127,89

120145003226,96145,31

140134302422,11160,67

160124102220,05175,62

3. Menghitung bilangan Reynold t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm

115,01 kecepatan putaran 100 rpm

127,89 kecepatan putaran 120 rpm

145,31 kecepatan putaran 140 rpm

160,67 kecepatan putaran 160 rpm

175,62RPMt1 (t NaOH) (detik)t2 (t H2SO4)(detik)Nre

801836115,01

1001534127,89

1201432145,31

1401324160,67

1601222175,62

4. Menghitung Blending time factor

t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm

ft= 580= 580 x 0,22 x 0,57 x 0,49= 35,64 kecepatan putaran 100 rpm

ft= 560= 560 x 0,22 x 0,57 x 0,46= 32,30 kecepatan putaran 120 rpm

ft= 500= 500 x 0,22 x 0,57 x 0,43= 26,96

kecepatan putaran 140 rpm

ft= 430= 430 x 0,22 x 0,57 x 0,41= 22,11 kecepatan putaran 160 rpm

ft= 410= 410 x 0,22 x 0,57 x 0,39= 20,05RPMt1 (t NaOH) (detik)Waktu pengadukant2 (t H2SO4)(detik)Blending timeNre

80185803635,64115,01

100155603432,30127,89

120145003226,96145,31

140134302422,11160,67

160124102220,05175,62

4.2 PembahasanPada percobaan kali ini dilakukan proses pencampuran dan pengadukan. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui pola aliran yang terbentuk didalam tangki oleh pengaduk, membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu pengadukan (ntT) dan blending time (ft), dan menentukan daerah rezim aliran operasi 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 biji cengkeh ke dalam tangki untuk melihat pola aliran yang terbentuk dengan menggunakan jenis pengaduk marine propeller atau three blades.Praktikum dibagi menjadi dua bagian, pertama adalah untuk mengetahui pola aliran dari pengadukan dan yang kedua adalah untuk mengetahui watu pegadukan dan pencampuran pada alat pengaduk. Masingmasing bagian itu dilakukan pada beberapa variasi, dengan perbedaan kecepatan pengaduk pada setiap variasinya.Pada percobaan mixing dilakukan pada tujuh variasi kecepatan putaran pengaduk (rpm). Dari hasil perobaan dapat terlihat bahwa semakin besar kecepatan putaran yang digunakan maka semakin cepat proses pencampuran berlangsung dan pola aliran semakin tidak beraturan. 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 kemudian 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. Berdasarkan data-data yang didapat dari pengamatan, kemudian dilakukan perhitungan Bilangan Reynolds. Hasil dari perhitungan bilangan Reynolds tersebut kemudian dimasukan kedalam grafik mixing time factor vs Reynolds numbers menggunakan grafik propeller Da/Dt = 1/3 , sehingga akan didapatkan nilai dari mixing time factor sesudah proses penambahan NaOH dan asam sulfat. Setelah didapatkan harga mixing time factor tersebut kemudian dilakukan perhitungan waktu pencampuran dengan menggunakan persamaan yang diberikan oleh Norwood dan Metzner. Nre menunjukan seberapa cepat putaran pengadukan. Semakin besar Nre maka semakin cepat putaran pengaduk dan medekati rezim aliran turbulen. Grafik yang dibentuk adalah perbandingan antara mixing time factor dengan bilangan Reynolds. Dari grafik tersebut didapat bahwa semakin besar Nre maka waktu yang diperlukan untuk pencampuran dan homogenisasi semakin cepat. Dari dua grafik tersebut dapat dilihat bahwa mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor. Semakin besar Nre maka semakin semakin cepat mixing time factor dan blending time factor yang digunakan.Dari grafik dapat disimpulkan bahwa semakin besar Nre maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk proses pencampuran. 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.

5. SIMPULAN Semakin besar kecepatan pengadukan maka bilangan Reynolds nya semakin besar. Semakin besar kecepatan pengadukan maka waktu pengadukannya semakin kecil. Semakin besar kecepatan pengadukan maka blending time nya semakin kecil. Semakin cepat putaran pengaduk maka semakin singkat waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi homogen. Semakin besar nilai Bilangan Reynolds maka semakin singkat pula waktu dibutuhkan untuk mencapai kondisi homogen. Aliran pengadukannya termasuk rezim aliran turbulen karena nilai NRe yang diperoleh dari perhitungan lebih besar dari 10

DAFTAR PUSTAKADjauhari, A., 2002,Peralatan Kontak dan Pemisah Antar Fasa , Diktat Kuliah, hal 55-59, Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.Jobsheet Praktikum Satuan Operasi modul agitasi dan mixing. Politeknik Negeri Bandung: Bandung. 2003.Kurniawan, Rahmat. 2013. Pengadukan dan Pencampuran. http://tekimku.blogspot.com/2011/08/pengadukan-dan-pencampuran.html. Diunduh pada 10 Mei 2015.McCabe, Warren L dkk. 1999. Operasi Tenik Kimia Jilid 1. Erlangga: Jakarta.

LAMPIRANNoGambarKeterangan

1.Percobaan untuk menentukan pola aliran dari pengadukan

2.Larutan kanji dimasukkan ke dalam bejana

3.Penambahan larutan NaOH ke dalam larutan kanji menyebabkan perubahan warna

4.Penambahan larutan H2SO4 ke dalam larutan kanji menyebabkan perubahan warna pada larutan kembali seperti semula

5.Motor Pengaduk

6.Skala kecepatan putaran pengaduk

Perhitungan1. Menghitung bilangan Reynold t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm

115,01 kecepatan putaran 100 rpm

127,89 kecepatan putaran 120 rpm

145,31 kecepatan putaran 140 rpm

160,67 kecepatan putaran 160 rpm

175,62

2. Menghitung Blending time factor

t 1 (t NaOH)dan t2 (t H2SO4) kecepatan putaran 80 rpm

ft= 580= 580 x 0,22 x 0,57 x 0,49= 35,64 kecepatanputaran 100 rpm

ft= 560= 560 x 0,22 x 0,57 x 0,46= 32,30 kecepatanputaran 120 rpm

ft= 500= 500 x 0,22 x 0,57 x 0,43= 26,96

kecepatanputaran 140 rpm

ft= 430= 430 x 0,22 x 0,57 x 0,41= 22,11 kecepatanputaran 160 rpm

ft= 410= 410 x 0,22 x 0,57 x 0,39= 20,05