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