PENGADUKAN DAN PENCAMPURANZAT CAIR

Pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi. Pencampuran ialah peristiwa menyebarnya bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih.

PENGADUKAN ZAT CAIRTujuan pengadukan adalah :1. Untuk membuat suspensi partikel zat padat2. Untuk meramu zat cair yang mampu-campur (miscible)3. Untuk menyebarkan (dispersi) gas di dalam zat cair dalam bentuk gelembung kecil4. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair yang lain5. Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan

Alat PengadukContoh alat pengaduk ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Di dalam tangki dipasang impeler pada ujung poros yang menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor. Tangki biasanya juga dilengkapi dengan lubang masuk dan keluar, kumparan kalor, mantel, dan sumur untuk menempatkan termometer atau peranti pengukuran suhu lainnya.

Impeler Ada 2 macam impeler pengaduk yaitu :- Impeler aliran aksial (axial flow impeller) : membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeler - Impeler aliran radial (radial flow impeller) : membangkitan arus pada arah tangensial atau radial

Menurut bentuknya, impeler dibagi 3 yaitu :

a. Propeler Propeler merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair berviskositas rendah. Propeler kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh yaitu 1150 atau 1750 put/min, sedangkan propeler besar berputar pada 400 sampai 800 put/min. Contoh gambar propeler : Gambar. (a)pengaduk jenis baling-baling (b)daun dipertajam (c)baling-baling kapal

b. Dayung Untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. Selain itu ada juga dayung yang disebut agitator jangkar (anchor agitator) yang diperlihatkan pada gambar.

c. Turbin Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas atau viskositas yang tinggi karena apabila digunakan pada cairan dengan viskositas yang rendah, maka menimbulkan arus yang sangat deras.

Gambar. Tipe-tipe pengaduk turbin.

Selain tiga jenis pengaduk di atas, ada juga jenis pengaduk yang lain yaitu pengaduk Helical-Ribbon. Pengaduk ini digunakan pada viskositas yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer

Gambar. Jenis-jenis pengaduk Helical-Ribbon

Pola Aliran dalam Bejana Pengaduk Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeler, karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki, sekat, dan aditator.

Gambar. Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda (a)impeler (b)propeler (c)paddle (d)helical-ribbon

Mencegah Arus Putar Aliran lingkar (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah dengan menggunakan tiga cara di bawah ini :a. Untuk tangki kecil, impeler dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik)b. Untuk tangki besar, memasang sekat-sekat (baffle)c. Untuk tangki berbentuk silinder vertikal, kedalaman zat cair harus sama dengan diameter tangki atau sedikit lebih besar dari itu

Tabung Jujut Untuk mengendalikan arah dan kecepatan aliran ke dalam isapan impeler digunakan tabung jujut (draft tube). Peranti-peranti ini sangat bermanfaat untuk menghendaki geser yang tinggi pada impeler itu sendiri. Tabung jujut menyebabkan gesekan fluida di dalam sistem bertambah dan untuk masukan daya tertentu. Tabung itu menyebabkan berkurangnya laju aliran, sehingga apabila tidak diperlukan benar, tabung jujut tidak diperlukan benar, tabung jujut tidak dipergunakan.

Rancangan Turbin Standar Dalam pemilihan, yang berpengaruh langsung adalah pada laju sirkulasi zat cair, pola kecepatan, dan daya yang digunakan. Sebagai titik tolak bagi rancangan pengadukan, dapat digunakan agitator turbin. Perbandingan ukuran biasanya ialah

SIRKULASI, KECEPATAN, DAN KEBUTUHAN DAYA DALAM BEJANA ADUK Dalam operasi pencampuran dan pengadukan, laju sirkulasi bukan merupakan satu-satunya faktor, dan bukan merupakan faktor yang penting. Keturbulenan merupakan akibat dari arus yang terarah baik serta gradien kecepatan yang cukupbesar dalam zat cair. Sirkulasi dan pembangkitan keturbulenan, keduanya memerlukan energi. Beberapa masalah pengadukan, menghendaki adanya aliran yang besar atau kecepatan rata-rata yang tinggi, sedang situasi lain yang memerlukan keturbulenan lokal yang tinggi atau pelepassan daya.

Angka Aliran Agitator turbin dan agitator propeler pada pokoknya adalah suatu pompa impeler yang beroperasi tanpa rumahan, dengan aliran masuk dan aliran keluar yang tidak terarah.

Pola Kecepatan dan gradien kecepatan Pola aliran, kecepatan lokal, dan total aliran yang dihasilkan oleh impeler bisa didapatkan dengan menggunakan kuar (probe) atau dengan pengukuran fotografi terhadap partikel-partikel . Gradien kecepatan di dalam bejana aduk sangat berbeda pada satu titik dengan titik yang lain. Gradien itu cukup besar di dekat tepi jet yang meninggalkan impeler karena disitu kecepatannya tinggi dan jetnya agak sempit.

Kebutuhan Daya Suatu pertimbangan yang sangat penting dalam merancang bejana aduk ialah kebutuhan daya untuk mendorong impeler. Bila aliran di dalam tangki turbulen, kebutuhan daya dapat ditaksir dari hasil-hasil aliran q yang didapatkan dari impeler dan energi kinetik per satuan volume fluida. Besaran-besaran itu ialah

q = ndan=

Korelasi Daya Untuk menaksir daya yang diperlukan untuk memutar impeler pada kecepatan tertentu, diperlukan suatun korelasi empirik mengenai daya (angka daya). Bentuk korelasi demikian bisa didapatkan dari analisis dimensi, bila ukuran-ukuran penting tangki daun impeler diketahui, demikian pula jarak impeler dari dasar tangki, kedalaman zat cair, dan ukuran-ukuran sekat bila menggunakan sekat.

Korelasi Daya Impeler Tertentu Faktor-faktor yang berkenaan dengan pencampuran ialah , ,

Pengaruh geometri Sistem1. Penurunan , yaitu rasio diameter impeler terhadap diameter tangki, akan meningkatkan bila sekatnya tidak banyak serta sempit dan akan menurunkan bila sekatnya sangat lebar.2. Pengaruh perubahan , yaitu ruang bebas yang bergantug pada jenis turbin3. Pada turbin berdaun lurus, pengaruh perubahan , yaitu rasio lebar daun terhadap diamter impeler, bergantung pada jumlah daunnya.4. Dua turbin berdaun lurus yang dipasangkan pada satu poros menggunakan daya sebesar 1,9 kali daya yang diperlukan oleh satu turbin, asal jarak antara kedua impeler itu sedikitnya sama dengan diameter impeler. Dua turbin yang dipasang berdekatan akan menggunakan daya sebesar 2,4 kali daya yang diperlukan oleh satu turbin saja5. Bentuk tangki tidak banyak pengaruhya terhadap

PENCAMPURAN Pola aliran kecepatan fluida di dalam bejana aduk sangat rumit, namun cukup jelas dan dapat direproduksi. Kriteria dari pencampuran antara lain :1. Visual 2. Laju berkurangnya fluktuasi konsentrasi setelah suatu pencampur diinjeksikan ke dalam aliran fluida.3. Variasi analisis cuplikan kecil yang diambil secara rambang dari berbagai bagian campuran itu.4. Laju perpindahan zat terlarut dari fase zat cair ke dalam fase lain, dan dalam campuran zat padat dan zat cair.5. Keseragaman suspensi.

Pencampuran Zat Cair yang Mampu-Campur Pencampuran zat cair yang mampu-campyr di dalam tangi merupakan proses yang berlangsung cepat dalam daerah turbulen. Impeler akan menghasilkan arus kecepatan tinggi, dan fluida itu mungkin dapat bercampur baik di daerah sekitar impeler karena adanya keturbulenan yang hebat. Untuk waktu pencampuran, dapat diperkirakan dari korelasi mengenai aliran total yang dihasilkan dari berbagi jenis impeler. Untuk tangki dan impeler tertentu, atau untuk berbagai sistem yang secara geometri serupa, waktu pencampuran diperkirakan akan berubah secara terbalik dengan kecepatan pengaduk. Waktu pencampuran akan lebih besar bila angka Reynolds berkisar antara 10 sampai 1000, walaupun konsumsi daya tidak banyak berbeda daripada keadaan turbulen.

Pencampuran dengan Jet Dalam tangki penimbun yang besar-besar, pencampuran kadang-kadang dilakukan dengan menyemprotkan jet zat cair dari samping. Proses bawa-ikut (entrainment) adalah proses dimana fluida akan mengalir ke dalam jet dan diserap, dipercepat dan dipadu ke dalam jet yang bertambah besar itu. Persamaan untuk jarak yang lebih besar dari 4,3 ialah : =

Aliran zat cair yang besar saja tidaklah memadai untuk mencapai pencampuran yang memuaskan.

Pencampuran Tanpa Gerak Pencampuran yang lebih sulit bisa dilakukan dengan menggunakan pencampuran tanpa gerak yaitu suatu peranti yang digunakan secara komersial dimana terdapat berganti-ganti elemen-elemen yang membagi dan menyatukan kembali bagian-bagian arus fluida.

Suspensi Partikel Zat Padat Suspensi partikel zat padat di dalam zat cair dibuat untuk berbagai tujuan umpamanya untuk membuat campuran yang homogen yang akan diumpamakan ke dalam unit pengolah, atau untuk melarutkan zat padat, untuk mempercepat reaksi kimia, atau untuk mempercepat pembentukan kristal di dalam larutan lewat jenuh. Berikut adalah derajat suspensi yang disusun dalam urutan keseragaman suspensi yang makin baik dan pemasukan daya yang makin tinggi.1. Mendekati suspensi penuh2. Partikel bergerak penuh3. Suspensi oenuh atau sespensi di luar dasar4. Suspensi seragam

Pembuatan Skala Terap Pendekatan untuk pembesaran skala terap yang dianjurkan oleh Connolly dan Winter ialah dengan mempertahankan keserupaan geometrik dan memperlakukan momen puntir yang sama per satuan volume suspensi, yang berarti menjaga agar kecepatan ujung impeler tetap.

OPERASI DISPERSI Dalam operasi dispersi (penyebaran), gas dalam zat cair atau zat cair dalam zat cair, ukuran gelembung atau tetes, luas antarmuka anatara fase dispersi danfase kontinu, selalu berubah sesuai dengan kondisi dan derajat agitasi.

Dispersi Gas; Perilaku Gelembung Bila gelembung menjadi cukup besar, gaya seret tidak kuat lagi menahan gelembung itu melekat pada tepi orifis, pada saat itu gaya-gaya yang berlawanan itu akan menjadi sama, dan gelembung itu melepaskan diri dari orifis. Diameter gelembung dapat dihitung dengan persamaan : = Pada laju yang sangat rendah, gelembung yang terbentuk agak lebih kecildari yangdiramalkan pada persamaan di atas, karena sebagian gas itu masih tinggal pada waktu gelembung melepaskan diri.

Dispersi Gas di Dalam Bejana Pengaduk Gas biasanya diumpamakan ke dalam bejana proses melalui lubang ujung pipa yang terbenam, atau melalui pemercik, atau keramik berpori, atau plat logam berpori. Kadang-kadang gas itu sendiri cukup untuk memberikan pengadukan yang dikehendaki zat cair, tetapi biasanya diperlukan impeler turbin yang digerakkan motor untuk menyebarkan gas dan mensirkulasikan zat cair dan gelembung di dalam bejana.

Konsumsi Daya Turbin Pendispersi Konsumsi dsaya impeler turbin yang digunakan untuk dispersi gas lebih kecil untuk turbin yang hanya mengaduk zat cair saja. Rasio daya dalam keadaan terdapat gas dan dalam keadaan tanpa gas bergantung pada kecepatan semu gas itu. Perbandingan daya biasanya agak berkurang bila kecepatan pengaduk bertambah.

Kapasitas Impeler Turbin dalam Penanganan Gas dan Pembebanannya Jika pemasukan gas ke dalam bejana yang diperlengkapi dengn pengaduk turbin berangsur-angsur ditingkatkan, akan tercapai suatu titik dimana impeler itu banjir artinya impeler itu diselubungi oleh gas sedemikian banyaknya sehingga tidak dapat lagi beroperasi secara efektif. Jika aliran gas ituagak dikurangi sedikit, agitator itu akan dapat lagi mensirkulasikan zat cair dan dapat menyebarkan gs kembali, titik ini disebut titik redispersi.

Dispersi Zat Cair dalam Zat Cair Dalam bejana pengaduk dan pipa pendispersi, ukuran tetes biasanya berkisar antara 0,1 sampai 1,0 mm, jauh lebih kecil dari ukuran gelembung gas di dalam air. Dispersi zat cair di dalam zat cair seperti itu biasanya tidak stabil karena tetes itu akan mengendap dan menjadi satu bila tidak ada pengadukan. Emulsi yang stabil yang terdiri dari tetesan-tetesan halus dapat dibuat di dalam penggiling koloid (colloid mill) atau peranti lain yang menghasilkan laju geser sangat tinggi.

Pembesaran Skala-Terap dalam Rancang Agiator Masalah pokok dalam merancang agiator adalah dalam mengalihkan skala penerapan dari laboratorium atau agiator unit percontohan menjadi unit komersial. Ratio yang optimum antara diameter impeler dan diameter bejana untuk suatu masukan daya terntentu merupakan faktor yang penting dalam membesarkan skala terap. Sifat dari pengadukan sangat mempengaruhi rasio ini. Pada umumnya, operasi yang bergantung pada besarnya gradien kecepatan dapat dilaksanakan dengan baik jika menggunakan impeler kecil yang berputar dengan kecepatan tinggi. Untuk operasi yang bergantung pada besarmya laju sirkulasi dan tidak pada gradien kecepatan, diperlukan impeler besar yang berputar pada kecepatan rendah. Waktu pencampuran biasanya jauh lebih pendek dalam bejana kecil daripada bejana besar. Hal ini disebabkan karena biasanya tidak praktis bila waktu pencampuran itu dibuat sama saja untuk segala ukuran bejana.