fm.doc

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Keberhasilan banyak proses operasi kimia tergantung pada effektifitas

pengadukandan pencampuran dari fluida. Pengadukan yang dilakukan akan

menyebabkan suatu material akan bergerak secara spesifik ( tertentu ), sedangkan

pencampuran adalah pendistribusian yang acak ke dan melalui satu atau yang lainnya

dari dua atau lebih phase. Suatu material yang homogen, seperti air dingin dalam

tanki yang penuh dapat diaduk tetapi tidak dapat dilakukan pencampuran sebelum

ditambahkannya beberapa material lain ke dalam tanki. Jadi jelaslah bahwa Agitasi

( pengadukan ) tidaklah sama dengan mixing ( pencampuran ).

Tidak seperti unit pengoperasian yang lainnya, proses pencampuran

dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti pemompaan, perpindahan panas,

perpindahan massa secara cepat.

Peralatan pencampuran yang digunakan untuk kepentingan komersial

sangatlah banyak seperti pencampuran yang digunakan pada produksi bahan kimia,

makanan, obat – obatan dan lain – lain. Tugas dari mixer ( pencampur ) itu sendiri

adalah :

1. Mencampur cairan yang dapat bercampur ( miscible )

2. Mengkontakkan cairan – cairan yang tak dapat bercampur, ex : proses extraksi

solvent

3. Proses emulsi untuk menghasilkan produk yang stabil

4. Melarutkan padatan kasar pada cairan dengan vickositas rendah

5. Dispersi padatan halus dalam cairan dengan viskositas yang tinggi

6. Dispersi gas dalam cairan, ex : proses fermentasi

7. Mengkontakkan gas/padatan/cairan pada reaksi katalitik

Tetapi yang menjadi masalah bahwa tidak satupun alat yang apat melakukan

fungsi dari pencampuran secara menyeluruh dan effisien karena disebabkan biaya

pengoperasian yang sangat tinggi.

Secara umum alat pencampur fluida ( Fluid Mixing Apparatus ) dapat dibagi

menjadi dua kategori yaitu :

1. Mixer dengan berbagai tipe impeller yang juga disebut agitator ( pengaduk ),

yang terdiri atas propeller dan flat paddle.

2. Mixer yang tidak bergerak yang biasanya dipasangkan langsung pada pipa.

Pada percobaan yang dilakukan, digunakan pencampuran kategori pertama

yaitu mixer dengan berbagai tipe impeller yang umum yang digunakan dalam

berbagai industri.

Agitasi dan pencampuran dapat dilakukan dengan beberapa objek :

1. Pencampuran liquid yang dapat dicampur

2. Penceraiberaian liquid yang tidak dapat dicampur

3. Penceraiberaian gas – gas dalam liquid

4. Suspensi partikel solid dalam Lumpur pelarut

5. Penambahan pertukaran panas antara liquid dan batas container

6. Penambahan perpindahan massa antara fase – fase yang dihancurkan

Keseragaman dari pencampuran multi fase dapat dihitung dari pencontohan

beberapa bagian yang diagitasi. Beberapa jenis bagian teknik dapat digunakan :

1. Warna dimasukkan dan waktu untuk mencapai keseragaman warna dicatat

2. Larutan garam ditambahkan sebagai tracer dan konduktifitas dicatat ketika

komposisi telah seragam

3. Perubahan warna pada indicator ketika netralisasi komplit pada injeksi asam

atau basa

4. Distribusi residence time dihitung dengan memonitor konsentrasi keluar pada

tracer yang dapat dianalisa untuk ketepatan

1.2. Tujuan

1. Untuk mengetahui prinsip dan cara kerja fluid mixing apparatus

2. Untuk mengetahui factor yang mempengaruhi perbedaan pola akiran

3. Untuk mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran

4. Untuk mengetahui bentuk-bentuk impeller

5. untuk mengetahui perhitungan fluid mixing

6. Untuk mengetahui aplikasi dari fluid mixing apparatus

1.3. Permasalahan

Dalam proses pengoperasian teknik kimia, sebagian besar memerlukan suatu

campuran yang homogen sebelum memasuki tahapan selanjutnya seperti reaksi

campuran dalam keadaan homogen. Homogenitas umumnya dapat dicapai dengan

melakukan pencampuran menggunakan impeller.

Dari percobaan yang dilakukan ditemukan berbagai permasalahan antara lain :

1. Pengaruh penggunaan impeller yang berbeda terhadap kualitas pencampuran

yang dihasilkan ( type propeller dan paddle )

2. Faktor – factor yang mempengaruhi pola aliran dalam proses pencampuran

3. Pengaruh penggunaan baffle dalam proses pencampuran

4. Pengaruh penggunaan kecepatan putaran impeller yang berbeda dalam proses

pencampuran

5. Pengaruh penggunaan bahan dalam proses pencampuran

6. Pengaruh kecepatan putar impeller terhadap konduktifitas larutan garam

1.4. Hipotesa

1. Semakin besar kecepatan putaran impeller yang digunakan, semakin cepat

terjadinya homogenitas

2. Semakin kecil ukuran padatan yang akan dicampur atau dilarutkan, semakin

cepat terjadinya homogenitas

3. Semakin kecil viskositas cairan yang digunakan, semakin cepat terjadinya

homogenitas

4. Semakin banyak blade pada impeller, semakin cepat terjadinya homogenitas

5. Semakin cepat perputaran impeller semakin tinggi tingkat konduktifitas dari

larutan garam

6. Semakin cepat perputaran impeller, makin cepat waktu yang dibutuhkan

untuk mencapai konduktifitas yang stabil

7. Dengan penggunaan baffle maka aliran yang terjadi adalah turbulent, hingga

proses pencampuran akan lebih cepat, jika tanpa baffle alirannya cenderung

untuk laminar

1.5. Manfaat

1. Dapat mengetahui prinsip dasar dari pertcobaan fluid mixing apparatus

2. Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh dua buah

impeller yang berbeda ( propeller dan turbin )

3. Dapat mengetahui factor – factor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda

seperti, padatan yang digunakan, viskositas cairan yang digunakan, kecepatan

putaran dari impeller, dll

4. Mengetahui daya hantar listrik suatu larutan dengan pengaruh kecepatan

BAB III

METODOLOGI

III.1. Alat dan Bahan

Satu unit fluid mixing apparatus yang dilengkapi

dengan impeller berbeda dengan baffle dan tan baffle.

Pasir

Air

garam

III. 2. Prosedur Percobaan

1. siapkan fluid mixing apparatus tanpa baffle sehingga dapat

digunakan sebagaimana mestinya.

2. ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller dari

dasar vessel, lebar bilah impeller.

3. masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid mixing apparatus,

kemudian pasang impeller yang dikehendaki.

4. hidupkan fluid mixing apparatus dan aturlah kecepatan putaran

impeller 50 rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, lakukan secara bergantian.

5. amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikan

kecepatan putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut.

6. ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan fluid

mixing apparatus dengan baffle.

Keterangan gambar :

A. Bejana Silinder Tanpa Buffle

Tipe aliran : Laminar

Jenis impeller : Turbin

Gambar 1 :

Kecepatan impeller : 50 rpm (radian per menit)

Tinggi cairan : 273 cm

Belum terbentuk vortex (arus putar)

Pasir ukuran kecil sudah menyebar sedangkan ukuran besar masih diam.

Gambar 2 :

Kecepatan impeller : 100 rpm


Terbentuk vortex dengan ketinggian 264 cm (ujung vortex yang terbentuk

dengan dasar bejana silinder).

Pasir ukuran kecil menyebar dan berputar dengan cepat, namun pasir ukuran

besar masih diam.

Gambar 3 :



Terbentuk vortex dengan kedalaman vortex sekitar 40 cm dari permukaan

cairan).

Pada tumpukan pasir ukuran besar, bagian sisinya mulai bergerak.

Gambar 4 :



Terbentuk vortex dengan kedalaman 80 cm dari permukaan cairan.

Pasir ukuran besar sudah mulai menyebar.

Gambar 5 :



Terbentuk vortex dengan kedalaman 200 cm dari permukaan cairan.

Pasir ukuran besar sudah menyebar dan berputar dengan cepat, namun masih

terdapat tumpukan pasir di bagian dasar vessel.

B. Bejana silinder/vessel dengan baffle

Tipe aliran : Turbulen

Jenis impeller : Turbine

Gambar 1 :



Tidak terbentuk vortex karena arus putar dipecah dengan adanya baffle.

Pasir berukuran kecil dan besar mulai bergerak dan berputar lambat.

Gambar 2 :



Tidak terbentuk vortex karena terdapat baffle/pemecah arus

Pasir berukuran kecil dan besar, bergerak dan berputar agak cepat.

Gambar 3 :


Tingi cairan : 259 cm

Tidak terbentuk vortex karena terdapat baffle.

Pasir berukuran kecil dan besar mulai menyebar hampir diseluruh bagian

cairan didalam vessel.

Gambar 4 :



Tidak terbentuk vortex karena terdapat baffle.

Pasir berukuran kecil dan besar bergerak menyebar ke seluruh bagian cairan

didalam vessel.

Gambar 5 :



Terbentuk vortex dengan kedalaman 16 cm dari permukaan cairan karena

putaran turbin yang sangat cepat sehingga baffle tidak mampu meredam

seluruh vortex yang terbentuk.

Pasir berukuran kecil dan besar mulai berputar dengan cepat dan seluruh pasir

menyebar secara sempurna didalam cairan didalam vessel.

BAB V

PEMBAHASAN

Hasil pengamatan pada percobaan ini memperlihatkan adanya perbedaan-

perbedaan pola aliran yang ditunjukkan oleh alat fluida mixing apparatus, dimana

pengadukan dilakukan dengan kecepatan yang bervariasi, dengan menggunakan

baffle dan tidak menggunakan baffle.

Pada fluida mixing apparatus, apabila tidak menggunakan baffle akan terdapat

vortex dalam aliran, dimana vortex ini sangat merugikan karena menghambat proses

pencampuran. Hal ini disebabkan karena propeller terletak vertikal dan persis berada

dipusat tanki sehingga komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus

tangensial mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekeliling poros dan

menimbulkan vortex pada permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran

laminar, maka cendrung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya

longitudinal antara lapisan-lapisan itu. Pada percobaan ini digunakan pasir dan garam

sebagai partikal padat pada fluid mixing apparatus, dan arus sirkulasi cendrung

melemparkan partikel-partikel itu dengan gaya sentifugal keluar dan dari situ

bergerak kebawah dan sampai kedasar tanki, lalu ke pusat. Karena itu disini

bukanlah pencampuran yang berlangsung, tetapi terjadinya pengumpulan. Jadi karena

dalam aliran sirkulasi zat cair bergerak menurut arah gerakan daun impeller.

Kecepatan relatif antara daun dan zat cair berkurang, dan daya yang dapat diserap zat

cair menjadi terbatas. Dalam bejana yang tidak bersekat, aliran putaran itu dapat

dibangkitkan oleh segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi

jika putaran zat cait itu cukup kuat pola aliran didalam tanki itu dapat dikatakan tetap,

bagaimanapun bentuk rancang impeller. Pada kecepatan impeller tinggi, vortex yang

terbentuk sedemikian dalamnya sehingga mencapai impeller dan gas dari atas

permukaan zat cair akan tersedot kedalam zat cair itu. Biasanya hal demikian tidak

dikehendaki. Pada saat menggunakan baffle pola aliran tampak tidak membentuk

vortex, sehingga pengadukan dan pencampuran lebih merata atau homogen. Karena

tidak ada vortex aliran tampak lebih membesar daripada menggunakan baffle. Jadi

pada fluid mixing apparatus dimana mempunyai agitator vertikal cara yang baik

untuk mengurangi vortex yang tidak dikehendaki yaitu dengan memasang sekat-

sekat(baffle) yang berfungsi menghalangi rotasi tanpa mengganggu aliran radial

fluida atau aliran longitudinal. Sekat yang sederhana namun efektif dapat dibuat

dengan memasang bilah-bilah vertikal terhadap dinding tanki.

Pada impeller turbin dan flate paddle yang menggunakan baffle didapatkan

hubungan antara kecepatan perputaran pengaduk dan konduktivitas larutan dengan

waktu yang berbeda-beda. Sebagai indikator untuk konduktivitas maka digunakan

garam dapur (NaCl), karena NaCl didalam air akan melepaskan ikatan ionnya dan

berpisah menjadi ion-ion, sehingga larutan dapat dihitung konduktivitasnya.

Pada percobaan ini, seharusnya menhitung harga konduktivitas, namun hal ini

tidak dilakukan.

BAB VI

KESIMPULAN & SARAN

8.1. Kesimpulan

Istilah pengadukan dan pencampuran sebenarnya tidaklah sinonim satu sama

lain. Pengadukan menujukkan gerakan tereduksi menurut cara tertentu dalam suatu

bejana, dimana gerakan tersebut membentuk pola sirkulasi. Pencampuran adalah

peristiwa penyebaran bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar

dalam bahan yang lain, sedangkan sebelumnya keduanya terpisah dalam dua fase atau

lebih.

Dari percobaan dapat diambil beberapa kesimpulan :

1. Dengan baffle dapat menghindari adanya vortex dan proses pencampuran akan

berlangsung lebih cepat.

2. Bila zat cair berviskositas rendah didalam bejana tidak bersekat (baffle), partikel-

partikelnya mungkin menjalani lintasan kecil-kecil selamanya dan mungkin

tidak bercampur sama sekali. Hanya sedikit energi yang diberikan untuk

pencampuran tetapi jika pada bejana dipasang sekat (baffle) maka energi yang

dibutuhkan lebih besar.

3. Untuk menghindarkan adanya vortex, maka dapat dilakukan dengan

menggunakan baffle, mengurangi kecepatan, memperbesar tinggi vessel.

8.2. Saran

Adapun saran yang diberikan dari hasil percobaan ini bahwa untuk

memperoleh kehomogenan yang merata dan cepat tercapai yang merata dan cepat

tercapai, maka alat pencampuran atau fluid mixing apparatus lebih baik

menggunakan baffle dan dipakai pada kecepatan yang tinggi.

BAB VII

DAFTAR PUSTAKA

McCabe, Warren l, dkk, Operasi Teknik Kimia, Jilid 1, PT. Gelora Aksara

Pratama, Jakarta, 1991.

Treybal, Robert E, Mass Transfer Operations, Third Edition, McGraw-Hill

Book Company, New York, 1976.

TUGAS KHUSUS

1. Sebutkan akibat yang ditimbulkan akibat Vortex ?

2. Aplikasi fluid mixing pada industri kimia !

3. Apa pengaruh impeller terhadap pengadukan ?

Jawab

1. Kerugian yang ditimbulkan akibat vortex adalah vortex ini sangat

merugikan karena menghambat proses pencampuran. Hal ini disebabkan

karena propeller terletak vertikal dan persis berada dipusat tanki sehingga

komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan.

2. Aplikasi fluid mixing dalam idustri adalah pada proses pembuatan saus

pada industri makanan (bagian seasoning). Pembuatan methyl amina yaitu

dengan mencampur methanol liquid dengan gas NH3 didalam mixing tank

sebelum masuk kedalam reactor. Pembuatan beton semen yaitu dengan

mencampur pasir, kerikil, semen dalam drum berputar

3. Ada beberapa tipe impeller yang mempunyai tingkat effisiensi yang

berbeda terhadap proses pencampuran, oleh karena itu, maka jenis-jenis

impeller akan memberikan pengaruh terhadap pencampuran. Pada

propeller akan memberikan aliran aksial, sedangkan pada paddle akan

menghasilkan aliran secara radial dan tangensial. Apabila berbagai jenis

impeller ini digunakan untuk satu macam larutan, maka akan memberikan

pola aliran yang berbeda.

BAB VII

GAMBAR ALAT

Keterangan : 1 = Penyangga tabung2 = Tabung air3 = Stirred4 = Pompa5 = Katup pembuang

fm.doc

Documents

Transcript of fm.doc