Tangki Berpengaduk..

22
DRAFT PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA 1 TANGKI BERPENGADUK GRUP : 8 1. RAKA ALDIAS 1231010030 2. TRI RIZKI AMALIA 1231010031 TANGGAL PERCOBAAN : 25 SEPTEMBER 2014 PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UPN “VETERAN” JAWA TIMUR

Transcript of Tangki Berpengaduk..

Page 1: Tangki Berpengaduk..

DRAFT PRAKTIKUM

OPERASI TEKNIK KIMIA 1

TANGKI BERPENGADUK

GRUP : 8

1. RAKA ALDIAS 1231010030

2. TRI RIZKI AMALIA 1231010031

TANGGAL PERCOBAAN : 25 SEPTEMBER 2014

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UPN “VETERAN” JAWA TIMUR

2014

Page 2: Tangki Berpengaduk..

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar belakang

Dalam proses kimia khususnya dalam zat cair atau fase cair, pengadukan

merupakan salah satu cara di dalam proses pencampuran komponen untuk

mendapatkan hasil yang diiginkan. Pengadukan adalah suatu operasi kesatuan yang

mempunyai sasaran untuk menghasilkan pergerakan tidak beraturan dalam suatu

cairan, dengan alat mekanis yang terpasang pada alat seperti propeller. Pola aliran

yang terjadi dalam cairan yang diaduk tergantung pada jenis pengaduk, karakteristik

fluida yang diaduk dan ukuran serta perbandingan ukuran antara tangki, pengaduk

dan sekat.

Tujuan dari pada operasi pengadukan terutama adalah terjadinya

pencampuran. Pencampuran merupakan suatu operasi yang bertujuan mengurangi

ketidaksamaan komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan.

Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak di dalam bahan itu yang

menyebabkan bagian-bagian bahan saling bergerak satu terhadap yang lainnya,

sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk operasi pencampuran.

Tangki pengaduk ( tangki reaksi ) adalah bejana pengaduk tertutup yang

berbentuk silinder, bagian alas dan tutupnya cembung. Tangki pengaduk terutama

digunakan untuk reaksi-reaksi kimia pada tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada

tekanan vakum, namun tangki ini juga sering digunakan untuk proses yang lain

misalnya untuk pencampuran, pelarutan, penguapan ekstraksi dan kristalisasi.

Percobaan ini ditujukan untuk memperkenalkan suatu cara melaksanakan

suatu proses pengadukan fluida dengan menggunakan tangki berpengaduk dan

menunjukkan pengaruh beberapa variabel operasi dari pengadukan itu sendiri

terhadap kerja sistem dalam operasi yang akan dilaksanakan.

Page 3: Tangki Berpengaduk..

I.2 Tujuan Percobaan

1. Untuk mempelajari proses pencampuran fluida dengan menggunakan

tangki berpengaduk.

2. Untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas

pencampuran.

3. Untuk membuat kurva hubungan antara Bilangan Power (Npo) dengan

Bilangan Reynold (Nre) dengan variasi jenis cairan dan ada tidaknya

baffle.

I.3 Manfaat Percobaan

1. Mengetahui proses pencampuran fluida dengan menggunakan tangki

berpengaduk.

2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran.

1. Dapat membuat kurva hubungan antara Bilangan Power (Npo) dengan

Bilangan Reynold (Nre) dengan variasi jenis cairan dan ada tidaknya

baffle.

Page 4: Tangki Berpengaduk..

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1. Pengadukan dan Pencampuran

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan

yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya

menyebar (terdispersi). Adapun tujuan dari pengadukan :

a. Mencampur dua cairan yang saling melarut.

b. Melarutkan padatan dalam cairan.

c. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung.

d. Mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan koil pemanas dan jacket

pada dinding bejana.

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 berpengaduk.

Hal ini dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam

aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. 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.

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. 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 densitas dan viskositas.

Page 5: Tangki Berpengaduk..

2. Tangki berpengaduk

Tangki berpengaduk (tangki reaksi) adalah bejana pengaduk tertutup yang

berbentuk silinder, bagian alas dan tutupnya cembung. Tangki pengaduk terutama

digunakan untuk reaksi-reaksi kimia pada tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada

tekanan vakum, namun tangki ini juga sering digunakan untuk proses yang lain

misalnya untuk pencampuran, pelarutan, penguapan ekstraksi dan kristalisasi.

Untuk pertukaran panas, tangki biasanya dilengkapi dengan mantel ganda

yang di las atau di sambung dengan flens atau dilengkapi dengan kumparan yang

berbentuk belahan pipa yang dilas. Untuk mencegah kerugian panas yang tidak

dikehendaki tangki dapat diisolasi. Hal penting dari tangki pengaduk, antara lain :

1.    Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silinder dan bagain bawahnya cekung.

2.    Ukuran : diameter dan tangki tinggi.

3.    Kelengkapannya, seperti :

a.    Ada tidaknya buffle, yang berpengaruh pada pola aliran didalam tangki.

b.    Jacket atau coil pendingin/pemanas, yang berfungsi sebagai pengendali suhu.

c.    Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu.

d.   Sumur untuk menempatkan termometer atau peranti untuk pengukuran suhu

e.    Kumparan kalor, tangki dan kelengkapan lainnya pada tangki pengaduk.

(http://tekimku.blogspot.com/)

3. Jenis pengaduk

Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan (cair, cair/padat, cair,cair/gas,

cair/padat/gas) di dalam bejana pengaduk. Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk

yang biasa digunakan, yaitu pengaduk berbentuk baling-baling ( propeller ), pengaduk

turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon.

a. Pengaduk jenis baling-baling (propeller)

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah

baling-baling berdaun tiga.

Page 6: Tangki Berpengaduk..

Gambar 1. 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.

b. 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 2. Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua.

c. 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.

Page 7: Tangki Berpengaduk..

Gambar 3. Pengaduk Turbin pada bagian variasi.

4. Kecepatan Pengaduk

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah

kecepatan putaran pengaduk yang digunakan.. Secara umum klasifikasi kecepatan

putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.

a. Kecepatan Putaran Rendah

Kecepatan rendah 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

b. Kecepatan putaran sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan

minyak pernis.

c. Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk viscositas rendah seperti

air.

5. Jumlah Pengaduk

Penambahan 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.

Page 8: Tangki Berpengaduk..

Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang

digunakan dapat dilihat dalam tabel dibawah ini :

Satu Pengaduk Dua Pengaduk

Fluida dengan viscositas rendah Fluida dengan viscositas tinggi

Pengaduknya menyapu dasar tangki Pengadukpada tangki yang dalam

Kecepatan balik aliran yang tinggi Gaya gesek aliran besar

Ketinggian permukaan cairan yang

bervariasi

Ukuran mounting nozzle yang minimal

6. Pola aliran dalam tangki berpengaduk

Pada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada

beberapa faktor antara lain geometri tangki, sifat fisik fluida dan jenis pengaduk itu

sendiri. Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial

sedangkan propeller cenderung membentuk aliran aksial. Pengaduk jenis helical

screw dapat membentuk aliran aksial dari bawah tangki menuju ke atas permukaan

cairan. Pola aliran yang dihasilkan oleh tiap-tiap pengaduk tersebut dapat dilihat pada

Gambar 4.

Gambar 4 Pola aliran fluida di dalam tangki berpengaduk

(a) flat-blade turbine (b) marine propeller (c) helical screw

Page 9: Tangki Berpengaduk..

7. Draft Tube

Draft tube merupakan silinder ramping yang mengelilingi pengaduk dengan

diameter lebih besar dari diameter pengaduk. Alat ini digunakan untuk

mengendalikan arah dan kecepatan alir fluida. Penggunaan draft tube menghasilkan

peningkatan yang sangat signifikan dari keseragaman aliran, terutama pada daerah

dekat permukaan cairan. Tetapi, daya yang dibutuhkan pada sistem pengadukan

dengan draft tube lebih besar daripada sistem open impeller. Posisi pengaduk dalam

draft tube ditentukan oleh jenis pengaduk yang digunakan.

Gambar 5 Tangki berpengaduk dengan draft tube

(a)pengaduk turbine (b) pengaduk propeller

(http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2012/05/tdk-tangki-

berpengaduk.pdf )

8. Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

Hidrodinamika fluida yang terjadi dalam tangki berpengaduk dapat

diturunkan dalam suatu korelasi empiris antara bilangan Reynolds, Fraude dan

Power.

a. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan

Page 10: Tangki Berpengaduk..

perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Untuk sistem dengan pengadukan :

N ℜ=n Da ρ

μ

dengan ρ = densitas fluida

μ = viskositas fluida

Da = diameter pengaduk

b. Bilangan Fraude

Bilangan Fraude menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya

gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :

N Fr=n2 Da

g

Bilangan Fraude bukan merupakan variable yang signifikan. Bilangan ini

hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan unbaffled. Pada sistem ini bentuk

permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi sehingga membentuk

vorteks. Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya

inersia.

c. Bilangan Power

Bilangan Power menunjukkan perbandingan antara perbedaan tekanan yang

dihasilkan aliran dengan gaya inersianya. Perubahan tekanan akibat distribusi pada

permukaan pengaduk dapat diintegrasikan menghasilkan torsi total dan kecepatan

pengaduk.

Po=P

ρ n3 Da5

Korelasi antara bilangan Power dengan Reynold serta Fraude ditunjukkan

pada persamaan-persamaan berikut:

Untuk sistem tanpa baffle : Po = a . Reb. . Prc (13)

Untuk sistem dengan baffle : Po = a . Reb (14)

dengan :

Po = bilangan Power

Re = bilangan Reynold

Pr = bilangan Prandtl

a, b, c = konstanta eksperimental

Page 11: Tangki Berpengaduk..

Persamaan pertama dapat diubah menjadi:

ln Po = ln a + b ln Re

9. Merancang Bejana Bersekat dan Tanpa Sekat

Seorang perancang bejana sangat memperhatikan tipe dan lokasi impeller,

ukuran bejana, ukuran baffle dan sebagainya. Masing-masing keputusan sangat

mempengaruhi kecepatan dari fluida, besarnya viscositas dan power yang di

perlukan. sebagai titik awal untuk desain pada masalah pengadukan, sebuah turbin

pengadukan untuk tangki bersekat ditunjukkan pada gambar 6

Gambar 6. Pengukuran Turbin

Da

D t

=13

HDt

=1 JDt

= 112

CDa

=1 WDa

=15

LDa

=14

Dimana :

C  = tinggi pengaduk dari dasar tangki ( ft )

Page 12: Tangki Berpengaduk..

Da  = diameter pengaduk ( ft )

Dt = diameter tangki ( ft )

H  = tinggi fluida dalam tangki ( ft )

J  = lebar baffle ( ft )

W = lebar pengaduk ( ft )

Sedangkan untuk tangki tanpa sekat, pada Nre di bawah 300, kurva angka

daya untuk tangki yang mempunyai sekat atau tidak bersekat adalah identik. Pada

NRe yang lebih tinggi kurva memisah. Di daaerah Nre demikian, yang biasanya di

hindarkan dalam praktek dengan tangki tanpa sekat, terbentuk vortex dan angka

Froude akan terpengaruh.

M=a−log b NReb

Berbagai faktor bentuk dalam persamaan tersebut ditentukan oleh jenis dan

susunan alat. Ukuran-ukuran penting untuk bejana dengan pengaduk turbin yang

umum disajikan pada Gambar 6. Faktor-faktor bentuk yang berhubungan dengan

dimensi bejana, sekat, dan impeller tersebut adalah: S1 = Da/Dt, S2 = E/Da, S3 =

L/Da, S4 = W/Da, S5 = J/Dt dan S6 = H/Dt. Faktor-faktor tersebutlah yang biasanya

dikorelasikan dengan bilangan-bilangan tak berdimensi dan diplot dalam grafik-

grafik korelasi.

Page 13: Tangki Berpengaduk..

Gambar 7. Grafik Korelasi Np vs NRe

Selain memperhatikan ukuran bejana, seorang perancang bejana hendaknya

juga mengetahui besarnya daya yang diperlukan dalam suatu proses pengadukan.

Besarnya kebutuhan daya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

N p=P gc

n3 Da5 ρ

Dimana :

N p = power number

P = power ( watt )

gc = gravitasi bumi ( ft/s )

N = jumlah putaran ( rpm)

Da = diameter pengaduk ( ft )

ρ = densitas ( lb/ft3)

( Mc Cabe , 242-251 )

Page 14: Tangki Berpengaduk..

DAFTAR PUSTAKA

McCabe.W.L.,Smith,J.C and Harriot,P.,1993, “Unit Operasional Of Chemical

Engineering’’,5th Edition, McGraw-Hill,Inc.,New York

Departemen Teknik Kimia ITB, 2012.Paduan pelaksanaan labolatorium instruksional,

http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2012/05/tdk-tangki-

berpengaduk.pdf ( Diakses pada tanggal 8 September 2014 pukul 14.09 WIB )

Kurniawan,rahmat.2011.Pengadukan dan Pencampuran.http://tekimku.blogspot.com/

( Diakses pada tanggal 8 Septmber 2014 pukul 13.30 WIB )