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).
gambar 1. (Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk)
dimana :
C = tinggi pengaduk dari dasar tangki
D = diameter pengaduk
Dt = diameter tangki
H = tinggi fluida dalam tangki
J = lebar baffle
W = lebar pengaduk
Gambar 2. (Seperangkat Alat Tangki Berpengaduk)
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.
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. 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. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki 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. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan adalah densitas dan viskositas.
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.
Dimensi dan Geometri Tangki Kapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida 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 dead zone yaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran pengaduk. Geometri dimana terjadinya dead zone biasanya berbentuk sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya.
Posisi Sumbu Pengaduk
Pada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki (Center). 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 (vortex) 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.
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.
Sekat dalam Tangki
Sekat (Baffle) adalah lembaran vertikal datar yang ditempelkan pada dinding tangki. Tujuan utama menggunakan sekat dalam tangki adalah memecah terjadinya pusaran saat terjadinya pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbu pengaduk pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya pemakaian sekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada bertambahnya kebutuhan daya pengadukan. Sekat pada tangki juga membentuk distribusi konsentrasi yang lebih baik di dalam tangki, karena pola aliran yang terjadi terpecah menjadi empat bagian. Penggunaan ukuran sekat yang lebih besar mampu menghasilkan pencampuran yang lebih baik.
Gambar 4. (Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan kualitas pencampuran)
Pada saat menggunakan empat sekat vertikal seperti pada gambar 4 biasa menghasilkan pola putaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan sebaiknya berukuran 1/12 diameter tangki.
Pengaduk
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.
Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secara umum, yaitu pengaduk baling – baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon.
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. 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 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.
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.
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.
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.
Gambar 9. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral
Kecepatan Pengaduk
Salah 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.
Kecepatan putaran rendah
Kecepatan 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.
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.
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.
Kecepatan putaran tinggi
Kecepatan 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.
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. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang digunakan
dapat dilihat dalam tabel 1.
Tabel 1. Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk
Pemilihan Pengaduk
Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. 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)
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.
Gambar 10. Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon
Kebutuhan Daya Pengaduk
Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk 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.
Bilangan Fraude
Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :
dimana :
Fr = Bilangan Fraude
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.
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
· Ledudukan 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.
JENIS PERALATAN PENCAMPURAN
Posted by PuputBeta Nett at 22:241. Dry Blending
Prinsip Kerja :
Ribbon blender terdiri dari palung horisontal berbentuk U dan agitator yang terbuat dari inner dan outer helical ribbon yang menggerakkan bahan pada arah yang berlawanan. Desain blender ini sangat efisien dan efektif untuk pencampuran kering seperti pencampuran cake dan muffin, tepung, sereal, teh, kopi dan campuran minuman lain termasuk minuman coklat dan minuman berenergi. Ketika produk makanan pencampuran kering, sejumlah sedikit cairan ditambahkan ke padatan dengan tujuan untuk melapisi atau mengabsorbsi warna, pembumbuan, minyak dan cairan tambahan lainnya. Bahan cair ditambahkan melalui charge port pada cover atau spray nozzle untuk aplikasi kritis.
2. High Shear Mixers
Prinsip Kerja :
High Shear Mixer menggunakan pemasangan rotor atau stator yang membangkitkan kebutuhan shear yang kuat untuk bahan padat murni dalam persiapan dressing, saus dan pasta. Jenis alat ini juga digunakan dalam industri makanan untuk produksi larutan sirup, emulsi dan dispersi minuman.
3. Ultra-High Shear Mixing (Proses Kontinyu)
Prinsip Kerja :
Mempunyai kecepatan putar sampai 18000 ft/s, ultra-high shear mixer ideal untuk emulsi dan dispersi yang membutuhkan homogenizer. Aplikasinya antara lain pada saus, bumbu, dressing, konsentrat jus dan emulsi bumbu.
Kelebihan alat ini :
- Menyederhanakan proses, mengurangi pembersihan, penjalanan, dan penyeimbangan homogenizer.
- Pengontrokan shear
4. High Viscosity Batch Mixing
Prinsip Kerja :
Menggunakan dual shaft dan triple shaft mixer dan digunakan pada industri makanan pada proses batch dari aplikasi dari viskositas sedang sampai viskositas tinggi seperti sirup permen, minuman, nutraceutical, saus, pasta, mentega kacang, dan lain-lain. Untuk viskositas lebih tinggi, dibutuhkan tambahan agitator untuk memperbaiki aliran bulk, mengantarkan bahan ke alat berkecepatan tinggi dan secara konstan membuang produk dari dinding vessel untuk transfer panas lebih baik.
4. Double Planetary Mixing
Prinsip Kerja :
Ketika viskositas produk terus naik, sistem mixing multi agitator akan secepatnya menghasilkan aliran yang dapat dikarakterisasi oleh anchor atau dengan zona suhu tunggi dekat disperser dan pemasangan rotor atau stator. Aplikasi makanan lainnya yang diproses melalui double planetary mixer termasuk sirup, gel, makanan hewan, permen, dan formula viskos lainnya.
5. High Speed Planetary Mixing
Prinsip Kerja :
Keuntungan beberapa bahan berviskositas tinggi dari hybrid planetary mixer dimana menggabungkan mixing tradisional teliti dari planetary mixer dengan menambahkan keuntungan disperser berkecepatan tinggi. Contoh aplikasi yang diproses dalam hybrid planetary mixer adalah sosis berbungkus gel, larutan getah viskos dan campuran tepung.
MODEL PENGADUKAN
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.
· Jenis-jenis Pengaduk
Secara umum, terdapat empat jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu pengaduk baling– baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle), dan pengaduk
helical ribbon.
1. Pengaduk jenis baling-baling (Propeller)
Prinsip Kerja :
Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.
2. Pengaduk Dayung (Paddle)
Prinsip Kerja :
Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan 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.
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, 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.
3. Pengaduk Turbin
Prinsip Kerja :
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, 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.
4. Pengaduk Helical-Ribbon
Prinsip Kerja :
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 helikopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.
5.Pengaduk (Agitator) tipe Jangkar /Anchor Prinsip Kerja :
Pengaduk ini mirip dengan jangkar kapal, maka di sebut pengaduk jangkar, Impeler tipe jangkar mampu menyapu permukaan dinding secara menyeluruh dan meng-agitasi sebagian besar batch cairan melalui kontak fisik.
Dinding pencakar atau scraper dapat dipasang pada baling impeller jangkar yang berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas melalui dinding tangki pengolahan dan
mencegah tidak lengketnya bahan baku pada dinding tangki.
untuk menambah ratanya sistim pencampuran dapat di kombinasikan dengan agitator ulir Pengaduk Jangkar yang dekat dengan impeler ini dapat disesuaikan dengan kontur permukaan tangki pengolahan. Pengaduk Jangkar dapat di pakai pada pencampuran dalam kondisi aliran laminar dan ditemui dalam aplikasi viskositas tinggi
Pencampuran Bahan Kimia (MIXING PROCESS)
PENCAMPURAN BAHAN KIMIA A. MIXING (PENCAMPURAN) 1. Defenisi Pencampuran (mixing)
Pencampuran diartikan sebagai suatu proses menghimpun dan membaurkan bahan-bahan. Dalam hal ini diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan alat pencampur supaya pencampuran dapat berlangsung dengan baik
2. Tujuan pencampuran
- Menghasilkan campuran bahan dengan komposisi tertentu dan homogen
- Mempertahankan kondisi campuran selama proses kimia dan fisika agar tetap homogen, mempunyai luas permukaan kontak antar komponen yang besar, menghilangkan perbedaan konsentrasi dan perbedaan suu, 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 yang baik
Derajat pencampuran adalah ukuran tercampurnya dengan merata bahan-bahan yang ada dalam suatu campuran pada saat pembentukan campuran yang homogeny.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi pencampuran
Derajat pencampuran dipengaruhi oleh banyak faktor antara lain : - Aliran
Aliran yang turbulen dan laju alir bahan yang tinggi basanya menguntungkan proses pencampuran. Sebalikanya aliran yang laminer dapat menggagalkan pencampuran - Ukuran Partikel
Semakin luas permukaan kontak bahan-bahan yang harus dicampur, yang berarti semakin kecil partikel dan semakin mudah gerakannya didalam campuran, maka proses pencampuran akan semakin baik. Perbedaan ukuran yang besar dalam proses pencampuran akan
menyulitkan dalam terciptanya derajat pencampuran yang tinggi. - Kelarutan
Semakin besar kelarutan bahan-bahan yang akan dicampur pada pencampuran, maka akan semakin baik pencampurannya. Pada saat pelarutan terjadi, terjadi pula perstiwa difusi laju difusi dipercepat oleh adanya aliran. Kelarutan sebanding dengan kenaikan suhu, sehingga dapat dikatakan bahwa dengan naiknya suhu derajat pencampuran akan semakin baik pula. - Viskositas campuran
- Jenis bahan yang dicampur - Urutan pencampuran
- Suhu dan Tekanan (pada gas)
- Bahan tambahan pada pencampuran seperti emulgator.
4. Keadaan Agregasi pada pencampuran
Keadaan agregasi adalah bentuk penampilan materi yang dapat berupa gas, cairan atau padat. Sehubungan dengan itu campuran dapat memperlihatkan sifat-sifat yang sangat berbeda satu sama lain dan memerlukan persyaratan tertentu pada pemilihan alat pencampur.
5. Jenis – jenis campuran
Suatu campuran bahan kimia dapat mengikuti jenis-jenis berikut ini : - Campuran heterogen
- Koloid - Suspensi
- Larutan sejati atau campuran homogen 6. Pemilihan Alat Pencampur
Pemilihan alat pencampur didasarkan pada :
- Jenis bahan-bahan yang akan dicampur (keadaan agregasi, besarnya partikel,kerapatan bahan)
- Jenis campuran yang akan dibuat atau dihasilkan dari pencampuran - Jumlah pencampuran
- Derajat pencampuran yang ingin dipakai - Tujuan pencampuran yang diinginkan - Sistem operasi dari pencampuran Pencampuran padat-padat
Pada pencampuran padat-padat, pencampuran biasanya dilakukan setelah proses sizing dan grinding. Dalam hal ini alat penggiling dan alat pencampur dapat dijadikan satu dalam suatu alat yang lebih besar. Proses pemberian bentuk dan pengisian sering dirangkai sesudahnya. Pengecilan ukuran dimaksudkan agar derajat pencampuran yang dihasilkan lebih tinggi, dengan waktu pencampuran lebih singkat dan sistem pencampuran lebih sederhana dan mudah. Pada industri pencampuran bahan padat biasanya menggunakan alat pengguliran dengan bejana-bejana berkedudukan tetap tetapi mempunyai perlengkapan pencampur yang berputar.
Faktor-faktor yang tidak menguntungkan pada proses pencampuran diantaranya adalah : - Kadar kelembaban yang tinggi di dalam bahan atau yang sangat berbeda diantara bahan dapat mengakibatkan penggumpalan. Bahan tidak lagi dapat ditaburkan tetapi melekat pada dinding bejana atau pada bagian pencampur lainnya, atau juga membentuk gumpalan-gumpalan yang ikut berputar.
- Muatan elektrostatik pada bahan juga dapat menyebabkan penggumpalan, khususnya pada partikel-partikel yang amat kecil (< 20µm) - Perbedaan mencolok dalam ukuran butir atau kerapatan bahan mempersulit pencampuran. Pola aliran yang kurang menguntungkan akan menyebabkan campuran terpisah kembali. - Ukuran butir yang sangat kecil mengakibatkan tahanan gesek yang tinggi sehingga waktu pencampuran semakin lama. - Fraksi volume terisi yang terlalu besar (>2/3 volume bejana) tidak memungkinkan pengguliran bahan secara intensif.
- Frekuensi putaran bejana atau alat pencampur yang terlalu tinggi mengakibatkan bahan hanya berputar dalam bentuk lingkaran saja. Gerakan yang diinginkan (misalnya gerakan jatuh) tidak tercapai.
Beberapa alat pencampur bahan padat-padat a. Pencampur tromol
Pencampur ini berupa sebuah bejana silindris yang horizontal berputar pada sumbu panjangnya. Dengan putaran ini, bahan terangkat sepanjang bagian dalam dinding dan kemudian jatuh kembali.
Karena sebagian besar aliran berarah vertikal, diperlukan waktu campur yang lama. Pencampur tromol yang besar seringkali diberi bentuk kerucut pada penyangga saluran keluaran. Adapun persyaratan untuk pencampuran dengan menggunakan alat ini adalah derajat pencampuran yang dihasilkan haruslah tidak terlalu kental.
Pencampur ini berupa bejana silindris berputar mengelilingi suatu sumbu diagonal. Prinsip kerjanya adalah bahan diangkat dan kemudian dijatuhkan lagi kebawah. Pada saat jatuh bahan terdistribusi dan termampatkan. Pencampur jenis ini akan baik untuk memperoleh derajat pencampuran yang tinggi, tetapi proses yang berlangsung tidak efektif karena bahan yang dicampurkan harus dalam jumlah yang sedikit.
c. Pencampur kerucut
Berupa sebuah bejana dengan sebelah atau kedua belah sisi berbentuk kerucut berputar mengelilingi sumbu yang melintang. Prinsip kerja dan keuntungan pencampur ini sama seperti pencampur Pusar
d. Pencampur V
Berupa sebuah bejana dengan sebelah atau kedua belah sisinya berbentuk V berputar mengelilingi sumbu yang melintang. Sama seperti pencampur kerucut, pencampur ini tidak efesien digunakan dalam industri.
e. Pencampur Kocok (pencampur Turbula)
Berupa sebuah bejana yang dipasang pada sutu sistem pemegang, digoyangkan hingga memberikan gerakan kocok tiga dimensi. Dengan gerakan tersebu bahan mengalir kian kemari bercampur aduk. Pencampur ini digunakan untuk pencampuran < 1m3 yang cepat dan intensif.
f. Pencampur Pedal
Berupa sebuah bejana silindris yang mendatar yang didalamnya terdapat beberapa pedal yang dapat berputar pada sumbu horizontal. Pencampur jenis ini dapat mencampur bahan dalam jumlah yang relatif banyak.
g. Pencampur Spiral Ganda
Berupa bejana silindris mendatar yang didalamnya terdapat dua buah pita spiral yang
mempunyai jari-jari berlawanan. Pita-pita jari-jari ini berputar secara horizontal dan bertikal secara bersamaan.
h. Pencampur spiral Planet (Pencampur Nauta)
Berupa bejana berbentuk kerucut yang didalamnya terdapat spiral yang dapat berputar dan menyusuri dinding bejana. Karena putaran spiral, bahan diangkat dan kemudian jatuh kembali kebawah mengikuti aliran spiral tersebut. Pencampur ini sesuai untuk digunakan dalam mencapur bahan dalam jumlah yang besar.
i. Pencampur Unggun Denyut
Berupa seuah bejana yang bagian atasnya berbentuk silinder dan bagian bawah berbentuk kerucut. Dibagian bawah terdapat cincin berongga yang dilengkapi dengan penyembur gas.
Jadi bahan dipusarkan oleh aliran gas. Pencampur ini tidak begitu populer karena prinsip kerjanya yang rumit dan bahaya penggunaannya cukup besar.
Pencampuran Padat-Cair
Pembentukan bahan-bahan kimia umumnya memerlukan air dalam pencamprannya. Disini dapat terbentuk bahan padat yang lembab atau campuran yang sangat viskos seperti pasta atau adonan. Pada saat pencampuran bahan-bahan yang sangat viskos dibutuhkan gaya yang besar untuk memisah-misahkan bahan. Bagian bahan yang satu harus saling digesekkan dengan bahan yang lain, kemudian disatukan kembali. Proses ini dinamakan menguli. Untuk tujuan inilah dibuat suatu alat penguli yang memudahkan dalam proses pencampuran. Beberapaalat penguli umum yaitu :
a. Penguli Bak Ganda
Berupa sebuah bejana persegi yang mempunyai bagian bawah berbentuk sepasang setengah-silinder yang berdampingan. Didalamnya berputar dua perkakas campur yang terletak horizontal dan umumnya berbentuk seperti huruf Z. bahan secara terus menerus dicabik-cabik, ditekan ke dinding dan disatukan kembali oleh kedua perkakas tersebut.
b. Penguli Spiral
Satu atau dua perkakas campur yang biasanya berbentuk spiral berputar dalam rumah penguli yang horizontal dan panjang. Rumah dan spiral seringkali dilengkapi dengan komponen pengganggu berupa gigi-gigi, rusuk-rusuk, cakram-cakram penahan. Bahan yang bergerak maju dalam arah memanjang dicabik-cabik dan disatukan kembali oleh aliran balik dan gaya geser yang kuat.
c. Penguli Aduk
Didalam sebuah bejana vertikal yang berbrntuk silinder atau kerucut, bahan digilas dan diuli oleh satu atau dua perkakas campuryang mirip pengaduk. Pengaduk dapat dipasangkan di dalam bejana dari sebelah atas ataupun dari bawah, baik secara vertikal ataupun miring. Untuk menunjang proses pencampuran dan untuk membangkitkan efek gaya geser sering diperlukan perkakas pengikis atau perkakas pengganggu lainnya. Penguli aduk digunakan untuk mencampur dan menguli bahan dengan viskositas menengah.
d. Penguli Gilas
Sejumlah rol penggilas disusun sejajar dalam jarak yang dekat satu sama lain. Rol-rol berputar dengan kecepatan yang berbeda, secara searah atau berlawanan. Bahan secata terus menerus di cabik-cabik oleh geseran antara roda dan kemudian disatukan kembali. Penguli ini terutama digunakan untuk mencampur bahan-bahan yang sangat lengket.
Pencampuran bahan padat dengan gas terjadi misalnya pada proses pengeringan,
pemanggangan ataupun pembakaran bahan-bahan padat. Permukaan kontak bahan padat dengan gas selalu diusahakan seluas mungkin. Untuk maksud ini bahan padat dialiri,
ditembus atau dihanyutkan oleh gas, disemprotkan atau difluidisasikan. Lat yang digunakan untuk tujuan ini seringkali dikenal dengan bejana unggun terfluidisasikan.
Pencampuran Cair-Padat
Pada persiapan atau pelaksaan proses kimia dan fisika serta juga pada pembuatan produk akhir komersial, seringkali cairan harus dicampur dengan bahan padat. Pencampuran cairan dengan padatan akan menghasilkan suspensi. Tetapi bila kelaruta padatan dalam cairan tersebut cukup besar akan terbentuk larutan.
Pelarutan adalah suatu proses mencampurkan bahan padat kedalam cairan. Pelarutan dan kelarutan bahan umumnya dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut yaitu :
- Luas permukaan bahan - Konsentrasi
- Suhu
- Tekanan (khusus pada gas) - Efek ion senama
- Efek ion asing
Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan padatan adalah dengan menggerakkan cairan di dalam bejana secara turbulen. Gerakan turbulen dapat dihasilkan oleh pengaduk ataupun pencampur getar.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pencampuran Cair-Padat : 1. Bejana Pengaduk
Dalam industri kimia, bejana pengaduk merupakan tangki pengaduk ataupun autoklaf. Penggunaan bejana ini disesuaikan dengan maksud dan tujuan pencampuran. Misalnya untuk operasi kontinyu seringkali dipergunakan tanki pengaduk, sedangkan untuk maksud
pencampuran bertekanan digunakan autoklaf.
Wadah pengaduk biasanya adalah berbentuk silinder terbuka atau tertutup sedikit sesuai jenis reaksi yang akan dilangsungkan. Kebanyakan dari wadah pengaduk dibuat dari bahan isolator ataupun semi konduktor.
Tangki pengaduk atau tanki reaksi biasanya didesain untuk melakukan reaksi-reaksi pada tekanan diatas tekanan atmosfir, namun seringkali juga digunakan untuk proses lain seperti pencampuran, pelarutan, penguapan, ekstraksi ataupun kristalisasi.untuk pertukaran panas, tanki biasanya dilengkapi dengan mantel ganda yang dilas atau disambung dengan flens, atau dilengkapi dengan kumparan berbentuk pipa yang di las. Untuk mencegah kerugian panas yang tidak dikehendaki, tanki dapat diisolasi.
Perlu diingat bahwa tanki pengaduk didesain sesuai dengan keperluan, misalnya untuk reaksi dalam beberapa sistem operasi (terisolasi, terbuka ataupun tertutup), proses kerja dan
keperluan pengerjaan. Oleh karena itu kadangkala tangki dilengkapi dengan berbagai lubang khusus. Lubang-lubang khusus ini misalnya : sumbu pengaduk/penyekat, pipa penyuling, alat ukur pengendali, saluran pemasukan dsb.
Autoklaf adalah salah satu jenis bejana pengaduk yang dapat melangsungkan reaksi pada tekanan diatas 2 bar.
2. Pengaduk
Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan didalam bejana pengaduk yang digunakan. Alat pengaduk ini biasanya terdiri atas sumbu pengaduk dan sirip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Alat pengaduk dibuat dan didesain sesuai dengan keperluan
pengadukan. Jenis pengaduk harus disesuaikan dengan faktor berikut ini yakni : - Jenis dan ukuran pengaduk
- Jenis bejana pengaduk
- Jenis dan jumlah bahan yang dicampur
Pemilihan alat pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang ada hanya dapat dilakukan melalui percobaan dan pengalaman. Untuk masalah pencampuran yang tertentu dari bahan campur dan bejana pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat dipilih melalui pengalaman saja.
Alat pengaduk yang paling sering digunakan untuk masalah pencampuran cairan dengan padatan ataupun untuk cairan dengan cairan antara lain adalah :
1. Alat pengaduk jangkar
Alat pengaduk ini terdiri dari sebuah batang yang dilengkungkan sehingga menyerupai sebuah jangkar. Kelengkungan disesuaikan dengan bentuk bejana pengaduk. Pengaduk jangkar memiliki diameter yang besar (misalnya 95% dari diameter bejana) dan berputar lambat. Bejana ini dapat digunakan untuk bahan-bahan yang sangat viskos atau bahan-bahan dengan berat spesifik yang tinggi seperti suspensi. Pengaduk ini memungkinkan terjadinya pertukaran panas, mencegah terjadinya pengendapatn atau pelekatan padatan pada dasar bejana. Pengaduk ini menghasilkan derajat pencampuran yang cukup besar.
2. Alat Pengaduk Bingkai
Pengaduk ini terdiri dari sebuah bingkai persegi atau dua buah lengan jangkar yang dipasang bersusun. Pengaduk ini mempunyai diameter 2/3 dari diameter bejana tersebut dan berputaran lambat.
3. Alat Pengaduk Palet
Pengaduk ini tersusun atas sebuah bingkai atau dua pelat yang dipasang bersusun. Bagian atasnya berbentuk persegi, bagian bawah terpotong miring sehingga sesuai denan bentuk bejana, memiliki diameter ½ kali diameter bejana.
4. Alat pengaduk Impeler
Pengaduk ini terdiri atas tiga daun yang melengkung. Biasanya daun tersebut agak bengkok keatas sehingga sesuai dengan bentu dasar bejana. Pengaduk impeler mempunyai diameter sebesar 2/3 hingga ½ dari diameter bejana dan frekuensi putarannya 100-200 rpm
Pengaduk impeler dibuat dari satu atau beberapa bagian. Karena pengaduk ini dapat dilapisi email dengan baik, alat ini seringkali digunakan dalam bejana pengaduk yang beremail. Bersama dengan perangkat penggerak yang dapat dikontrol, pengaduk impeler dapat dimanfaatkan secara serba guna, misalnya untuk melarutkan, mensuspensikan atau
mengemulsikan padatan dalam cairan serta juga untuk reaksi-reaksi kimia dan proses-proses pertukaran panas.
5. Alat Pengaduk Propeler
Pengaduk ini terdiri atas sebuah propeler yang mirip dengan baling-baling pendorong kapal dengan dua atau tiga daun yang dipasang miring. Biasanya alat pengaduk propeler dibuat dalam dua bagian dan berputar dengan cepat.
Pengaduk propeler digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah (pada viskositas yang tinggi, biasanya bahan tidak dapat digerakkan oleh propeler).
6. Alat pengaduk Turbin
Jenis sederhana dari pengaduk ini terdiri atas sebuah cakram yang sisi bawahnya mempunyai beberapa sudu vertikal yang disususun secara radial. Pengaduk turbin lebih sering digunakan untuk bahan dengan viskositas yang rendah. Pengaduk ini seringkali disebut sebagai
pengaduk serba guna karena dapat digunakan untuk berbagai jenis keperluan. 7. Pencampur Getar
Alat ini terdiri atas sebuah cakram mendatar dengan lubang-lubang yang berbentuk kerucut. Sebuah sumber getar elektromagnetik digantungkan dengan pegas pada kerangka alat. Elalui sebuah batang penghubung, cakram digetarkan vertical oleh sumber getar. Akibat getaran tersebut, bahan ditekan untuk melewati lubang-lubang cakram dari bawah ke atas atau sebaliknya. Dengan demikian terjadi suatu aliran vertical yang kuat di sekitar cakram, dan terjadi turbulensi yang tinggi dalam seluruh bahan.
Pencampur getar sesuai misalnya untuk membuat larutan, suspensi atau emulsi dengan viskositas yang rendah. Bejana yang dipakai seringkali terbuka, dengan ukuran yang kecil hingga sedang. Intensitas getaran-yang berarti juga derajat turbulensi- ummnya dapat diatur secara elektrik. Yang merugikan dari pencampur getar adalah kebisingan yang
ditimbulkannya. Pencampuran Cair-Cair
Tujuan pencampuran cair-cair adalah untuk mempersiapkan atau melangsungkan proses-proses kimia dan fisika serta juga untuk membuat produk akhir yang komersil. Beberapa contoh pencampuran cair-cair adalah pada pembuatan sirop, obat tetes dan larutan injeksi. Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan cairan ialah dengan metode turbulensi didalam bejana pengaduk atau dalam suatu pencampur getar. Metode lainnya adalah misalnya dengan menyampur dengan penyemprot, dengan pompa, dengan menghembuskan gas kedalam cairan atau dengan mesin pengecil ukuran.
1. Pencampuran dengan alat pengaduk dan pencampur getar
Untuk persoalan pencampuran yang sederhana seperti untuk membuat larutan sejati, dapat digunakan pengaduk dengan putaran lambat seperti pengaduk jangkar, pengaduk bingkai, pengaduk palet dan pengaduk impeler. Untuk membuat emulsi halus dapat dipergunakan alat pengaduk dengan putaran cepat seperti alat pengaduk propeler, pengaduk turbin, pengaduk cakram gigi, ataupun pengaduk palet.
2. Pencampuran dengan alat semprot
Pada instalansi-instalansi yang bekerja secara kontinyu, cairan-cairan yang dapat saling melarut seringkali tercampur dengan sendirinya di dalam saluran-saluran pipa. Akan tetapi karena pencampuran oleh turbulensi di dalam pipa tanpa adanya alat pendukung lain tidak begitu besar, cairan dengan volume yang lebih kecil seringkali dimasukkan bersama-sama cairan lain ke dalam pipa.
3. Pencampuran dengan Alat Pompa
pencampuran yang sederhana. Pompa tersebut dipasang sebagai alat pendorong cairan pada saluran pipa. Untuk persoalan yang lebih sukar, efek pencampuran yang baik dapat dicapai dengan memutar bahan secara terus menerus secara sirkulasi. Bahan umumnya dihisap dari bejana campur dengan sebuah pompa sentrifugal dan disalurkan kembali.
Pencampuran Cair-Gas
Untuk proses kimia dan fisika tertentu gas harus dimasukkan kedalam cairan, artinya cairan dicampur secara sempurna dengan bahan-bahan berbentuk gas. Adapun contoh pencampuran cair-gas adalah pada proses hidrogenasi, chlorinasi dan fosfogenasi.
Metode yang paling sering dilakukan untuk mencampur cairan dengan gas adalah membuat gerakan turbulen di dalam bejana pengaduk dengan alat pengaduk atau dengan pencampur getar. Untuk hal-hal yang khusus misalnya pembuatan busa pemadam api, digunakan suatu injektor.
Pencampuran Gas-Padat
Pencampuran gas dengan bahan padat termasuk proses yang jarang dilakukan. Proses tersebut digunakan misalnya pada pengangkutan puing secara pneumatic, pada pembakaran serbuk pemadam api. Kebanyakan persoalannya adalah bagaimana mendistribusikan bahan padat itu secara merata kedalam gas yang mengalir kontinyu. Pada pencampuran gas dengan bahan padat akan terbentuk debu maupun asap.
Metode terpenting untuk mencampur gas dengan bahan padat adalah dengan menggunakan aat penakar bahan padat dan penyemburan dengan alat semprot.
Pencampuran Gas-Cair
Sama seperti pencampuran gas-padat, proses ini jarang dilakukan. Pencampuran ini misalnya digunakan pada alat pengering sembur, pembakaran minyak pada menara-menara linang (trickled tower). Persoalan dalam pencampuran ini umumnya ialah bagaimana
mendistribusikan cairan secara merata kedalam gas yang mengalir kontinyu. Pada pencampuran gas dengan cairan akan terjadi tetesan ataupun kabut.
Pencampuran Gas-Gas
Pencampuran gas dengan gas lain terutama dilakukan pada pembuatan campuran bahan bakar yang berbentuk gas dalam alat pembakar dengangas (misalnya campuran bahan bakar – udara). Metode terpenting untuk mencampur gas dengan gas adalah pencampuran dengan alat semprot atau injektor.
B. AGLOMERASI
Aglomerasi dapat diartikan secara luas sebagai penyatuan partikel-partikel kecil yag berbentuk padat atau cair menjadi bagian-bagian yang lebih besar (aglomerat).
Mengaglomerisasikan berarti memperbesar, jadi proses ini akan berlawanan dengan proses grinding.
Tujuan aglomerisasi diantaranya adalah menghasilkan aglomerat yg lebih baik dalam hal : - Lebih mudah untuk diolah, ditakar dan diangkat
- Lebih mudah digunakan pada produk akhir
- Lebih mudah untuk digunakan dalam pengolahan selanjutnya
Pembentukan Aglomerat pada dasarnya terbentuk dari tiga cara yakni :
- Pembentukan bagian yang lebih besar (misalnya granula,pellet) dengan bantuan cairan ataupun zat-zat pengikat
- Pemampatan dengan tekanan untuk menghasilkan bongkahan yang mempunyai bentuk (misalnya briket, tablet). Pemampatan dilakukan dengan atau tanpa zat pengikat.
proses thermal.
Proses aglomerisasi terpenting yang terutama dilakukan adalah pada industri farmasi seperti pembuatan butiran (granulasi), pembuatan tablet dan pembuatan pil berlapis gula (drage). Proses-proses ini dimaksudkan untuk menghasilkan bentuk penyajian yang khusus bagi produk farmasi
Proses Mixing
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
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.
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
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.
