LABORATORIUM PILOT PLANT
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015
MODUL : MIXING (PENCAMPURAN) PEMBIMBING : Bu Rintis Manfa’ati, S.T.
Oleh : Kelompok : VI
Nama : 1. Sandra Sopian 121411 2. Fidihana Noviyanti 121411
Kelas : 2 B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2014
Praktikum : 20 Maret 2014 Penyerahan : 28 Maret 2014 (Laporan)
PENCAMPURAN (MIXING)
I. TUJUAN
1) Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dala tangki 2) Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk 3) Mencampur dua cairan yang saling melarut
4) Melarutkan padatan dalam cairan II. DASAR TEORI
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Pencampuran adalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau lebih. Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran.
2.1 Bejana
Syarat tertentu bejana:
1. Biasanya bagian bawahnya (bottomend) berbentuk melengkung (bulat/lonjong) untuk mencegah penumpukan disudut bejana (staghnasi), sehingga pengadukan terjadi dengan sempurna.
2. Diameter bejana hampir sama dengan tinggi permukaan fluida. (h ≈ d) 3. Harus mempunyai ruang kosong yang tidak dipenuhi oleh fluida, hal ini
untuk mengatasi pergolakan fluida akibat adukan, khususnya untuk fluida yang cenderung fuming (berbusa) bila diaduk. h = 2/3 ht atau h = 3/4 ht
2.2 Jenis-jenis Pengaduk
Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secara umum, yaitu pengaduk baling – baling, pengaduk turbin, dan pengaduk dayung.
2.2.1 Pengaduk jenis baling-baling (propeller)
Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.
Gambar 6
Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.
2.2.2 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.
Gambar 7
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.
2.2.3 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.
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.
2.3 Kebutuhan Daya Pengaduk 2.3.1 Bilangan Reynold
Bilangan 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.
2.4 Laju dan Waktu Pencampuran
Waktu 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
Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti : a. Jarak pengaduk terhadap dasar tangki b. 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)
Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap waktu pencampuran.
Waktu pencampuran secara umum, diberikan oleh Norwood dan Metzner adalah : 6 / 1 2 2 / 1 2 2 / 1 6 / 1 3 / 2 2
)
(
a t T t a T tD
n
g
H
Dt
D
Da
nt
D
H
g
nD
t
f
...(1)Untuk pengaduk propeler,
6 / 1 2 2 / 1 2 / 3 2 / 1 6 / 1 3 / 2 2
)
(
a t T t a T tD
n
g
H
Dt
D
Da
nt
D
H
g
nD
t
f
...(2) Dimana :Da = Diameter pengaduk (m) Dt = Diameter tangki (m) H = Tinggi tangki (m) ntT = Mixing time faktor g = Percepatan grafitasi (m/dt2) n = Kecepatan putar (rpm) ft = Blending time factor
III. PERCOBAAN 3.1Alat dan Bahan
Alat Stopwatch Piknometer Viscometer Tachometer Termometer Gelas kimia 250, 1000 ml Gelas ukur 50 ml Bahan Tepung kanji Aquades NaOH 2 M H2SO4 2 M Phenolphtalin (indikator PP)
3.2Langkah Kerja
Kalibrasi Kecepatan Pengadukan
Waktu Pengadukan
1,5 Liter air dimasukkan ke
dalam bejana/tangki
pengaduk dinyalakan dengan
kecepatan putar pada skala 2.0 ;
3.0 ; dan 4.0
kecepatan pengaduk (RPM)
diukur dengan tachometer
untuk setiap skala
menimbang tepung kanji sebanyak 500 gram dan melarutkan kanji kedalam ember yang berisi 2 liter air
panas
memasukkan larutan kanji kedalam bejana
pengaduk dan menambahkan indikator pp sebanyak 5 mL. mengukur suhu larutan menggunakan termometer. menetralkan campuran dengan menambahkan 30 mL H2SO4 2 M. catat waktu penetralan mencatat waktu perubahan warna campuran. menambahkan 30 mL NaOH 2 M kedalam bejana pengaduk. menentukan densitas dan viskositas larutan
Ulangi percobaan dengan kecepatan putar yang berbeda
IV. DATA PENGAMATAN
Dimensi Tangki Pengaduk
Tipe pengaduk yang digunakan : Tree Blade / marine Propeller
Diameter tangki (Dt) : 35 cm (atau 0.35 m)
Diameter pengaduk (Da) : 20 cm (atau 0.2 m)
Tinggi tangki (H) : 90 cm (atau 0.9 m)
1. Kalibrasi Alat
Menggunakan Larutan Kanji
Skala Putar Kecepatan (Rpm)
2,0 179,4
3,0 252,6
4,0 327,7
2. Waktu Pengadukan (larutan kanji)
Skala Rpm t1 (s) t2 (s) T (oC) 2,0 179,4 13,66 10 25 3,0 252,6 18,90 7,25 26 4,0 327,7 8,30 8,20 28 - Densitas Larutan Kanji = 0,96 gr/mL
- Viskositas Larutan Kanji = 7,8 Cp Menggunakan Air
Skala Putar Kecepatan (Rpm)
2,0 119,8
3,0 173,4
*Menghitung viskositas larutan dengan vikometer dengan spindle 3 dan 100 Rpm (factor pengalinya adalah 20).
Angka yang terbaca = 0.39 Viskositas larutan = 0.39 x 20 cP
= 7.8 cP
V.
PENGOLAHAN DATA
1. Menghitung Densitas (
dengan pigno :
Berat cairan (plus pigno) = 46.12 Berat pigno kosong = 21.47 Jadi, berat total cairan = 46.12 – 21.47= 24.65
Densitas cairan = 24.65 gram / 25 mL = 0.986 gram/mL
2. Menghitung Nre
Larutan kanji pada kecepatan putaran 327.7 Rpm Nre =
= ⁄ = 1,657 x 106
3. Menghitung Blending Time Factor
Dari grafik diperoleh nilai ntT(mixing time factor) = 1,12 x 102 :
Larutan kanji pada kecepatan putaran 327.7 Rpm ft = ⁄ ⁄ ⁄ = ntT [ ] ⁄ [ ] ⁄ [ ] ⁄ = 1,12 x 102 [ ] ⁄ [ ] ⁄ [ ] ⁄ = 0,564 menit
VI. PEMBAHASAN
Pembahasan oleh Fidihana Noviyanti (121411043)
Dalam praktikum mixing (pencampuran) ini praktikan mempelajari dan membuktikan faktor-faktor yang mempengaruhi pengadukan. Secara garis besar, faktor yang mempengaruhi pengadukan dalam proses ini antara lain:
Properties dari fluida yang akan diaduk,
Dimensi alat yang digunakan.
Properties fluida yang diaduk diantaranya adalah kekentalan (viskositas) larutan dan densitas larutan yang digunakan. Dalam praktikum ini digunakan 2 jenis larutan yang berbeda. Yaitu air dan larutan kanji. Air digunakan untuk mengkalibrasikan alat yang akan digunakan. Dengan menggunakan skala putar 2,0 ; 3,0 ; dan 4,0 akan didapatkan nilai kecepatan putar dari pengaduk. Pengkalibrasian ini dilakukan secara duplo. Setelah dilakukan kalibrasi alat, kemudian praktikan mengganti air dengan larutan kanji yang memiliki nilai kekentalan lebih tinggi dari air.
Faktor kedua adalah dimensi alat. Faktor ini meliputi kecepatan pengaduk, jenis pengaduk dan bentuk reaktor. Dalam praktikum ini, kecepatan pengaduk dijadikan variabel manipulasi. Dengan kecepatan pengaduk yang berbeda akan diketahui blending time dari proses mixing ini.
Larutan kanji yang telah dimasukkan kedalam bejana pengaduk kemudian ditambahkan indikator pp agar dapat bereaksi dengan asam/basa, dalam proses ini digunakan basa NaOH 2 M. Indikator akan memberikan warna merah muda dalam larutan. Sehingga warna merah muda yang terbentuk akan segera bercampur dengan larutan ketika diaduk. Sehingga dapat diketahui waktu yang diperlukan untuk menghomogenkan larutan kanji yang telah ditambahkan basa NaOH 2 M tersebut. Setelah larutan kanji homogen,kemudian ditambahkan asam sulfat H2SO4 2 M. Penambahan asam sulfat bertujuan untuk menetralkan larutan kanji yang basa. Sehingga dapat diketahui pula waktu yang digunakan untuk menetralkan larutan kanji. Penetralan ini ditandai dengan kembali putihnya warna larutan kanji seperti sebelum ditambahkan basa NaOH.
Berdasarkan hasil praktikum, didapatkan data sebagai berikut:
No Keterangan Nilai 1 Densitas Kanji 0,96 gr/mL 2 Viskositas Kanji 7,8 cP 3 Densitas cairan (menggunakan pigno) 0,986 gr/mL 4 NRe 1,657x106
LAMPIRAN
Memasukkan larutan kanji kedalam bejana pengaduk
Warna larutan kanji setelah ditambahkan NaOH 2 M
