BAB I
PENDAHULUAN
I.1. PENGERTIAN
Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan sering amat bergantung pada efektifnya pengadukan dan pencampuran zat cair dalam prose situ. Istilah pengadukan dan pencampuran seringkali dianggap sama. Padahal sebenarnya mempunyai arti yang berbeda.
Pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan didalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi. Sedangkan Pencampuran (mixing) merupakan salah satu proses penting dalam industri kimia. yaitu peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain demikian pula sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam keadaan dua fase atau lebih yang akhirnya membentuk hasil yang lebih seragam (homogen). Suatu bahan tunggal tertentu, misalnya air satu tangki dapat diaduk, tetapi tidak dapat dicampur, kecuali jka ada suatu bahan lain yang ditambahkan pada air itu (mis: air panas, minyak tanah atau serbuk padat). Pada proses pencampuran diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan bahan-bahan sehingga didapat hasil yang homogen. Gaya mekanik diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun dihasilkan oleh alat pencampur. Beberapa peralatan yang biasa digunakan untuk mencampur zat cair dapat juga digunakan untuk mencampur zat padat atau pasta, dan demikian juga sebaliknya.
Pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk yang utuh (berupa campuran) dari beberapa bahan, artinya bahan-bahan tersebut saling menyebar secara acak dan merata. Campuran yang rata dinamakan campuran homogen. Bahan yang dicampur bisa berbentuk cair dengan padat, cair dengan cair, bahkan cair dengan gas. Berbagai proses pencampuran banyak dilakukan di industri pangan, seperti pencampuran susu dengan cokelat, minyak dengan tepung, dan sebagainya. Kegiatan pencampuran ini melibatkan berbagai jenis alat pencampur atau mixer.
I.2. TUJUAN
Tujuan Pengadukan
Tujuan pengadukan antara lain:
Untuk membuat suspensi partikel zat padat
Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible, umpamanya metil alkohol dan air)
Untuk menyebarkan (disperse) gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil
Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus
Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor
Tujuan Pencampuran Bahan
Dalam pencampuran,dua jenis bahan atau lebih yang sebelumnya dalam keadaan terpisah dihimpun dan disatukan sehingga diperoleh campuran yang homogen dan mempunyai komposisi bahan seperti yang dikehendaki.
Homogen berarti untuk volume campuran yang sangat kecil pun, komposisi tersebut sesuai dengan perbandingan bagian antar bahan yang dimasukkan.
Pencampuran merupakan salah satu itu proses terpenting dalam industri kimia. Di samping bahan-bahan yang diproses, sering pula bahan-bahan-bahan-bahan bakar harus ditambahkan ke dalam campuran, contohnya bahan bakar dan udara.
Beberapa tujuan yang perlu diperhatikan pada proses pencampuran antara lain:
Menghasilkan campuran bahan dengan komposisi tertentu dan homogen.
Mempertahankan kondisi campuran selama proses kimia dan fisika agar tetap homogen
Menghilangkan perbedaan konsentrasi dan perbedaan suhu, mempertukarkan panas
Mengeluarkan secara merata gas-gas dan uap-uap yang timbul.
Menghasilkan bahan setengah jadi agar mudah diolah pada proses selanjutnya, atau menghasilkan produk akhir (produk komersial) yang baik.
Proses pencampuran yang banyak dilakukan di industri pangan antara lain: (1) Pengadukan, (2) Pendispersian, (3) Pengemulsian, dan (4) Pengadonan.
Beberapa contoh operasi pencampuran :
Klasifikasi Pencampuran Proses yang digunakan Contoh Bahan terlarut Bahan tidak terlarut Pengadukan Pengadukan Pengemulsian
- melarutkan gula, sirup
- menambahkan asam pada susu - flavouring pada soft drink - mencegah pemisahan krim susu dalam tangki susu
- mencampur uap air dan minyak pada pembuatan bahan untuk margarin - salad dressing - milk dressing - mayonnaise Padatan di dalam larutan
Pendispersian - mencampur kristal gula dalam susu kental manis
- mendispersikan tepung (susu atau coklat) kedalam cairan
Pasta Pengadonan - pengadukan untuk membuat adonan cake
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pencampuran, waktu pencampuran dan energi yang diperlukan untuk pencampuran adalah :
- Aliran
- Ukuran partikel - Kelarutan
- Beberapa faktor lain yang mcmpengaruhi proses pencampuran adalah misalnya: viskositas campuran (campuran yang viskos mengkonsumsi energi yang besar), jenis bahan, urutan pengumpanan bahan, bahan penolong.
Sebagai hasil pencampuran dapat terbentuk campuran heterogen. koloid atau larutan sejati.
Jika sebagian bahan tidak larut dalam bahan kedua yang homogen, maka campuran tersebut dinamakan dispersi dan proses pencampuran disebut pendispersian. Dalam dispersi terdapat bahan terdispersi yang disebut fasa dispersi dan bahan pendispersi yang disebut fasa kontinu. Proses untuk memperkecil ukuran fasa dispersi disebut homogenisasi.
Macam-Macam Aliran Fluida Aliran fluida dapat dikategorikan: 1. Aliran laminar
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan
2. Aliran turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.
3. Aliran transisi
Gambar I.1.Macam-macam aliran fluida
Konsep Dasar Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen.
• Bilangan Reynolds pada pipa lurus
D = Diameter pipa (m)
v = Kecepatan fluida dalam pipa (m/s) ρ = densitas fluida dalam pipa (kg/m3)
μ = Viskositas fluida dalam tangki (Pa.s atau kg/m.s) • Bilangan Reynolds pada tangki berpengaduk
Dimana Da = Diameter pengaduk (m) Dt = Diameter tangki (m)
N = kecepatan putar pengaduk (putaran/s) ρ = densitas fluida dalam tangki (kg/m3)
μ = Viskositas fluida dalam tangki (Pa.s atau kg/m.s) W = ketebalan pengaduk
BAB II
II.1. Pencampuran Bahan Cair-Cair
Pencampuran cairan dengan cairan digunakan untuk mempersiapkan atau melangsungkan proses-proses kimia dan fisika serta juga untuk membuat produk akhir yang komersial.
Contoh:
Membuat larutan atau membuat tetesan-tetesan cairan supaya tetap terdispersi dalam sistem untuk berlangsungnya reaksi-reaksi kimia.
Membuat campuran heterogen sementara untuk perpindahan massa (misalnya ekstraksi dari cairan). Membuat produk akhir (misalnya sirop, larutan injeksi, obat tetes).
Alat yang digunakan untuk pencampuran bahan cair-cair dapat berupa tangki atau bejana yang dilengkapi dengan pengaduk. Tangki atau bejana biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal, bagian atas bejana itu bisa terbuka saja ke udara atau dapat pula tertutup. Ujung bawah tangki itu biasanya agak membulat, jadi tidak datar saja, maksudnya agar tidak terdapat terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulit ditembus arus zat cair. Kedalaman zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki. Di dalam tangki itu dipasang pengaduk (impeller) pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor, yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu, namun biasanya dihubungkan melalui peti roda gigi untuk menurunkan kecepatannya
Tangki yang dilengkapi dengan pengaduk biasanya digunakan untuk mencampur bahan yang terlarut, baik cair-cair maupun padat-cair. Bahan cair, yang biasanya berjumlah lebih banyak, dimasukkan terlebih dulu kedalam tangki kemudian pengaduk dijalankan. Setelah bahan cair tadi berputar atau teraduk baru dimasukkan bahan yang akan dicampurkan. Pengadukan diteruskan sampai semua bahan tercampur rata / larut sempurna.
Untuk mencampur cairan, propeller mixers adalah jenis alat yang paling umum digunakan dan paling baik hasilnya. Alat ini terdiri dari tangki silinder yang dilengkapi dengan propeller / blades beserta motor pemutar. Bentuk pengaduk didesain sedemikian rupa sehingga proses pencampuran dapat berlangsung cepat dan menghasilkan campuran yang rata
Gambar II.1. Alat pencampuran cair-cair
Gambar II.2. Posisi agitator dalam tangki dan arah aliran cairan
Proses pelarutan dapat dipercepat terus dengan memperluas bidang kontak antar cairan atau dengan mengusahakan timbulnya aliran turbulen di dalam bahan.
Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan cairan ialah menghembuskan turbulensi di dalam bejana pengaduk dengan alat pengaduk atau dengan pencampur getar.
Metode lainnya adalah misalnya: mencampur dengan penyemprot, dengan pompa, dengan menghembuskan gas ke dalam cairan (melalui penyemprot atau sumbat gelas berporos di dasar bejana dengan pendidihan (pada refluks) atau dengan mesin pengecil ukuran (misalnya mesin penghomogen torak).
Pada jenis alat pencampur ini diusahakan untuk menghindari aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki karena dapat memperlambat proses pencampuran. Untuk itu kadang-kadang letak pengaduk harus diputar sedikit sehingga tidak persis simetri terhadap dinding tangki. Penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan pengaruh pengadukan,
yaitu mencegah timbulnya vortex dan mempercepat terjadinya homogenisasi pencampuran. namun menimbulkan masalah karena sulit membersihkannya.
Gambar II.3. Baffle/sekat
Pemilihan jenis pengaduk banyak didasarkan pada tingkat kekentalan cairan. Jenis pengaduk / agitator dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar II.4. Jenis-jenis alat pengaduk (agitator)
Homogenizer biasanya digunakan untuk mencampur bahan cair dengan cair yang tidak saling melarutkan, misalnya minyak dengan air. Homogenizer menghancurkan bagian yang tidak terlarut (minyak) menjadi partikel-partikel yang sangat halus dan kemudian mendispersikannya dengan kecepatan tinggi ke seluruh bagian cairan yang lain (air). Jumlah minyak/lemak biasanya lebih sedikit dibandingkan dengan air. Misalnya pada pembuatan salad dressing, es krim, homogenisasi susu, dan lain-lain.
Pada proses pembuatan produk industri kimia yang siap untuk diperdagangkan dan pada pengolahan produk setengah jadi, seringkali bahan-bahan padat harus dicampurkan dengan sejumlah kecil cairan. Di sini dapat terbentuk bahan padat yang lembab atau campuran yang sangat viskos seperti pasta atau adonan. Seringkali cairan harus juga ditambahkan ke dalam pasta, adonan atau massa yang plastis tersebut.
Contoh - Mencampur serbuk dengan cairan untuk membuat butiran-butiran (granulat) - Mencampur pasta pada industri farmasi dan kosmetik dengan bahan-bahan aktif.
Mencampur masa sintetik yang plastis dengan bahan-bahan penolong (misalnya bahan pelunak, stabilisator, bahan pewarna).
Pada saat pencampuran bahan-bahan yang sangat viskos, artinya bahan yang sukar mengalir. Dibutuhkan gaya (gaya geser) yang besar untuk mencabik-cabik bahan. Bagian bahan yang satu harus saling digesekkan dengan bagian yang lain, kemudian disatukan kembali. Proses demikian dinamakan menguli.
Untuk maksud tersebut digunakan alat yang disebut penguli. Biasanya penguli memiliki perkakas campur, bantalan dan penggerak yang sangat kekar. Rumah alat penguli seringkali mempunyai kemungkinan untuk dipanaskan dan didinginkan (pemlastisan, pembuangan panas gesekan), dan juga dapat dibuka atau digulingkan (untuk pembersihan, pengosongan).
Penguli dibuat dalam berbagai kapasitas. Sebagian dengan mesin penggerak yang dapat diatur. Jenis-jenis tertentu dapat juga digunakan untuk pencampuran padat/padat, cair/ padat dan cair/cair. Yang merugikan adalah bahwa kerja yang diperlukan untuk mengosongkan dan membersihkan penguli umumnya besar.
Keselamatan : Berbahaya untuk memasukkan anggota badan ke dalam penguli yang sedang dioperasikan atau memperbaiki mesin-mesin yang tidak bekerja namun tidak dilengkapi dengan pengaman terhadap penghidupan kembali.
Alat yang digunakan dapat berupa tangki atau bejana vertikal yang berbentuk silinder, bahan digilas dan diuli oleh satu atau dua perkakas campur yang mirip pengaduk.
Gambar II.6. Alat pencampur padat-cair
Hand mixer digunakan untuk mencampur bahan cair dengan bahan padat yang dapat larut atau yang tidak dapat larut. Padatan yang dicampur dapat berbentuk tepung atau butiran-butiran yang halus. Prinsip pencampurannya adalah penghancuran, pendispersian, dan pengadukan. Mula-mula bahan cair diaduk dengan hand mixer didalam suatu wadah kemudian padatan (tepung) ditambahkan. Pengaduk yang bentuknya pipih akan mnghancurkan gumpalan gumpalan tepung, kemudian dengan putarannya yang cepat tepung tersebut disebarkan kedalam cairan. Hand Mixer juga dapat digunakan untuk mencampur minyak dengan air, misalnya pada pembuatan mayonaise.
Selain itu pada industri pangan juga digunakan pengadon untuk mencampur bahan-bahan padat dengan bahan cair membentuk campuran yang sangat kental, kenyal dan ulet, misalnya adonan mie atau adonan roti. Alat pengadon bekerja dengan cara memotong /menyobek/menarik, menekan dan membalik. Contoh alat pengadon adalah dough mixer untuk membuat adonan roti. Pemilihan pengaduk pada proses pencampuran ini didasarkan pada tingkat kekentalan pasta atau adonan yang dibuat.
Gambar II.7. Jenis-jenis pengaduk untuk pasta
II.3. Pencampuran Bahan Padat-Padat
Pencampuran dua atau lebih dari bahan padat banyak dijumpai yang akan menghasilkan produk komersial industri kimia.
Contoh :
Pencampuran bahan pewarna dengan bahan pewarna lainnya atau dengan bahan penolong untuk menghasilkan nuansa warna tertentu atau warna yang cemerlang.
Proses pencampuran sering dilakukan setelah proses pengecilan ukuran. Dalam hal ini alat penggiling dan alat pencampur dapat dijadikan satu dalam suatu alat yang lebih besar. Proses pemberian bentuk dan pengisian sering dirangkaikan sesudahnya.
Untuk mendapatkan derajat pencampuran yang tinggi dan waktu pencampuran yang singkat, bahan-bahan padat yang akan dicampur hendaknya mempunyai ukuran partikel yang kecil, dapat ditaburkan dan dapat digulirkan sehingga bergerak secara turbulen. Aglomerat besar yang mungkin
ada dapat dikecilkan pada saat pencampuran atau sebelumnya. Jika suatu bahan dalam jumlah yang sedikit akan dicampur dengan bahan lain dalam jumlah besar, dianjurkan untuk melakukan pencampuran pendahuluan antara bahan yang sedikit dengan sebagian bahan yang banyak.
II.4. Pencampuran Bahan Cair-Gas
Untuk proses kimia dan fisika tertentu gas harus dimasukkan ke dalam cairan, artinya cairan dicampur secara sempurna dengan bahan-bahan berbentuk gas. Gas bisa dimasukkan melalui pipa yang dipasang pada dinding tangki atau melalui pengaduk yang berbentuk menyerupai pipa untuk mengalirkan gas kedalam tangki. Pengaduk dimasukkan ke dalam pipa. Cocok untuk proses yang kontinyu, atau jika fluida dalam tangki harus dipindahkan kedalam tangki lain selama proses pencampuran.
Contoh :
- Proses hidrogenasi, khlorinasi dan fosfogensi
- Oksidasi cairan oleh udara (fermentasi, memasukkan udara kedalam lumpur dalam instalasi penjernih biologis)
- Meningkatkan kadar (melarutkan) gas dalam cairan (misalnya HCL dalam air, oksigen dalam cairan-cairan)
III.4. Pemilihan Alat Pencampur
Pemilihan alat pencampur dan juga metode pencampuran terutama didasarkan pada: · Jenis-jenis bahan yang akan dicampur
· Jenis campuran yang akan dibuat · Jumlah campuran yang akan dibuat · Derajat pencampuran yang ingin dicapai · Maksud pembuatan campuran
· Sistem operasi (kontinu, terputus-putus)
Selain hal-hal tersebut diatas, salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan peralatan yang harus digunakan dalam pencampuran adalah fase dari bahan yang akan dicampur. Berikut akan dibahas pencampuran berdasarkan fase dari bahan yang dicampur.
III.5. Merawat Alat Pencampur
Untuk mendapatkan kerja yang efisien, bukan hanya kebutuhan daya yang merupakan hal terpenting tetapi juga laju pencapaian derajat pencampuran yang diinginkan serta perawatan yang terjadwal. Telah dibuktikan bahwa sangat sukar untuk mendapatkan derajat pencampuran yang diingikan pada suatu waktu, dan keputusan untuk menentukan kapan material tersebut sudah
tercampur masih tergantung kepada perkiraan, pengalaman dan keputusan operator serta kegiatan perawatan yang terus menerus dilakukan.
Beberapa metode perawatan perlu diperhatikan agar pengadukan efektif adalah berdasarkan : 1. Laju dispersi pada suatu elektrolitnya
2. Laju distribusi pada campuran pasir dalam air, dan 3. Laju dissolusi padatan dalam zat pelarut yang berbeda.
Perawatan dilakukan sebagai berikut :
- Pengaduk dikondisikan dapat berputar sesuai dengan kondisi operasi yang diinginkan yaitu dengan jalan memberikan pelumas pada tangki pengaduk
- Semua peralatan dijaga jangan cepat berkarat terutama yang terbuat dari logam besi dengan jalan membersihkan dari karat dengan mengamplas dan memoles.
- Pengoperasian alat dehumidifier untuk mengurangi kelembaban udara dalam ruangan yang di dalamnya menyimpan peralatan pencampuran yang rentan terhadap serangan korosi. Peralatan-peralatan pencampuran yang rawan terhadap pengaruh korosi perlu disimpan di ruang tertutup, jauh dari kemungkinan pencemaran udara akibat terlepasnya bahan-bahan korosif ke lingkungan.
- Menutup alat sewaktu tidak dipergunakan untuk menghindari masuknya debu-debu ke dalam alat. Perlu diketahui bahwa debu dapat tertempeli polutan korosif yang apabila terbang terbawa udara dapat masuk ke dalam alat dan menempelkan dirinya ke permukaan komponen-komponen elektronik di dalam alat tersebut.