Agitasi dan Pencampuran

LAPORAN TETAP SATUAN OPERASI

AGITASI DAN PENCAMPURAN

Oleh

KELOMPOK 2:

HAFIFA MARZA                              ( 061330400317 )

LIAN ELVANI                        ( 061330400320 )

MIRANDA ARISTY               ( 061330400323 )

NINI NADILA                         ( 061330400326 )

OPTIMISMA SITUNGKIR     ( 061330400330 )

SITI RAHMA YANTI             ( 061330400333 )

VIRTA PUSPITA SARI          ( 061330400336 )

KELAS : 3KB

Instruktur  : Ir. NYAYU ZUBAIDAH, M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIAYA

TAHUN AKADEMIK 2013/2014

AGITASI DAN PENCAMPURAN

       I.            Tujuan

·         Menjelaskan hubungan antar variable proses dalam pencampuran

·         Memahami pola sirkulasi pengadukan

    II.            Bahan dan  Alat 

Ø  Alat yang digunakan:

·         Stopwatch                                            : 1 buah

·         Viscometer                                          : 1 buah

·         Piknometer                                          : 1 buah

·         Thermometer                                       : 2 buah

·         Pemanas                                              : 2 buah

·         Gelas Kimia 1000 ml, 250 ml              : masing – masing 1 buah

·         Gelas ukur  50 ml                                : 1 buah

·         Seperangkat Alat Pengaduk Tipe Turbin          : 1 perangkat

Ø  Bahan yang digunakan:

·         Tepung kanji                                        : 100 gr

·          Aquadest                                            : 17 liter

·         NaOH 2M                                            : 100 ml

·         H₂SO₄ 2M                                            : 5 ml

·         Indicator pp                                         : 100 ml

 III.            Dasar Teori

Pengadukan (agitation) adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan reduksi gerakan pada bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana. Gerakan hasil reduksi 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.

   Proses pengolahan zat sangat tergantung pada pengadukan dan pencampuran. Kedua istilah tersebut sering dianggap sama, meskipun kenyataannya satu sama lain berbeda. Pencampuran (mixing) merupakan peristiwa perubahan bahan-bahan secara acak bahan yang satu menyebar kebahan yang lain dan sebaliknya. Pengadukan (agitasi) menunjukkan gerakan yang terinduksi dengan cara tertentu pada suatu bahan didalam bejana. Gerakan tersebut biasanya mempunyai pola sirkulasi tertentu. Pengadukan sendiri dilakukan untuk berbagai tujuan, antara lain :

·   Membuat campuran homogen

·   Melarutkan partikel-pertikel padat dalam cairan

·   Mempertahankan reaksi yang terjadi karena perpindahan momentum dari pengadukan

Bagian-Bagian Alat Pencampur antara lain :

·         Tangki/vessel , merupakan wadah untuk pencampuran berbentuk silinder dengan bagian bawah melengkung/dome atau datar

·         Penyekat/buffle, Berbentuk batang yang diletakkan dipinggir tangki berguna untuk menghindari vortex dan digunakan untuk mempoloakan aliran menjadi turbulen. Jumlah baffle biasanya 3, 4 atau 6 buah dengan ukuran 1/12 diameter tangki.

·         Pengaduk/impeller, digunakan untuk mengaduk campuran, jenis dari impellerberagam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan dicampurkan.

Fungsi system agitasi:

·         Agar pencampuran merata.

·         Meningkatkan laju perpindahan massa menembus film pembatas cairan dan gelembung udara.

·         Memberikan kondisi “shear” yang dibutuhkan untuk memecah gelembung udara.

Macam-macam Pengaduk :

Berbagai macam pengaduk mempunyai kegunaan berbeda, juga aliran dan pola yang ditimbulkannya, misalnya :

·         Turbin

Pengaduk turbin mempunyai jangkauan viskositas dari viskositas rendah sampai sedang (1 sampai dengan 5 x 10⁵ Centi Poise). Bentuk pengaduk turbin biasanya berdaun banyak, putaran dengan kecepatan tinggi, bentuk daun lurus, melengkung dan tidak bersudut. Pola aliran yang ditimbulkan berbentuk radial.

·         Jangkar :

Bentuk ini menimbulkan pola aliran tangensial dengan jumlah putaran rendah, daerah operasi dekat dengan dinding tangki, efektif untuk larutan dengan viskositas tinggi (10³-10⁵) Centi Poise.

Waktu Pencampuran

      Pencampuran zat cair yang mampu bercampur (miscible) dalam tangki berlangsung sangat cepat dalam turbulen. Impeller dapat menghasilkan kecepatan tinggi dan fluida bercampur dengan baik disekitar impeller karena adanya aliran turbulen yang kuat. Bila aliran berjalan lambat mengalir kearah dinding, maka terjadi pergolakan besar yang berubah menjadi kecil, akan terjadi sirkulasi kearah pusat impeller sehingga terjadi pencampuran. Perhitungan atas dasar cara tersebut menunjukkan pencampuran hamper 99% yang dapat dicapai bila tangki mengalami sirkulasi 5 kali. Waktu pencampuran dapat diperkirakan dari korelasi aliran total yang dihasilkan dari beberapa jenis impeller. Untuk turbin berdaun enam standar, waktu pencampuran adalah :

q = 0,92 n Da³ (Dt/da)

T_t = 5 v / Σ = 5(n²H/4) (1/0,92 n Da² Dt)

nT_t = (Da/Dt)² (Dt/H) = konstan = 4,3

Digunakan untuk tangki dan impeller tertentu, atau untuk berbagai system yang secara geometri serupa. Waktu pencampuran diperkirakan berbanding terbalik dengan kecepatan pengaduk. Digunakan untuk turbin dengan (Da/Dt) = 1/3 dan (Dt/H) = 1, dan HT_t = 36

Korelasi umum untuk menentukan waktu pencampuran diberikan oleh “Norwood dan Metzer” adalah :

f_t = T_T (nDa²)^2/3 q^3/6 Da^1/2 = n_a (Da/Dt)² (Da/Dt)^1/2 (q/n²Da)^1/6

H^1/2 Dt^3/2

Untuk propeller adalah :

f_t = T_T (nDa²)^2/3 q^1/6 = n_a (Da/Dt)^3/2 (Da/Dt)^1/2 (q/n²Da)^1/6

H^1/2 Dt

Untuk Da/Dt = 0,07 – 0,18

3.1  Tangki Pencampuran (Mixing)

Alat pencampur fasa padat ke fasa cair jenis ini diperuntukkan untuk memperoleh campuran dengan viskositas rendah, biasanya berupa tangki pencampur beserta perlengkapannya. Dimensi tangki/vessels, jenis pengaduk/impeller, kecepatan putar pengaduk, jenis pengaduk, jumlah penyekat/buffle, letak impeller beserta dimensinya bergantung dari kapasitas dan jenis dari bahan yang dicampurkan.

3.2. Bagian-Bagian Alat Pencampur

Bagian –Bagian dari unit alat pencampur ini terdiri dari:

Tangki/vessel , merupakan wadah untuk pencampuran berbentuk silinder dengan bagian bawah melengkung/dome atau datar

Penyekat/buffle, Berbentuk batang yang diletakkan dipinggir tangki berguna untuk menghindari vortex dan digunakan untuk mempoloakan aliran menjadi turbulen. Jumlah baffle biasanya 3, 4 atau 6 buah dengan ukuran 1/12 diameter tangki.

Pengaduk/impeller, digunakan untuk mengaduk campuran, jenis dari impellerberagam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan dicampurkan. Jenis-jenis impeller yang umumnya digunakan adalah : Tree-blades/ marine impeller digunakan untuk pencampuran dengan bahn dengan viscositas rendah dengan putaran yang tinggi, Turbine with flat vertical blades impeller digunakan untuk cairan kental dengan viscositas tinggi, horizontal plate impeller digunakan untuk zat berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan, Turbine with blades are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi jaket pemanas, curve bade Turbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa pemotongan dengan viskositas rendah, flate plate impeller digunakan untuk pencampuran emulsi, cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk pemotongan dan penyobekan, anchore paddle impeller digunakan campuran dengan viscositas sangat tinggi berupa pasta.

2.3. Ukuran dan letak ( impeller)

Ukuran impeller biasanya berkisar antara 0,3-0,6 kali diameter tangki sedangkan letak impeller tergantung pada dimensi vessel viscositas campuran yang diaduk.

  IV.            Prosedur Percobaan

1.      Menimbang 500 gr tepung kanji, lalu melarutkannya dalam 2 liter air.

2.      Memasukkan 15 liter air ke dalam bejana kemudian disarig.

3.      Larutan kanji dipindahkan ke tangki berpengaduk (tangki pencampuran) dan  menambahkan 5 ml indicator pp.

4.      Menentukan berat jenis, suhu, dan viscositas larutan.

5.      Menambahkan 30 ml NaOH 2M dan mengatur kecepatan motor bersamaan dengan pengaduk 80 rpm.

6.      Mencatat waktu bila perubahan warna campuran telah merata.

7.      Menetralkan campuran dengan menambahkan 30 ml larutan H2SO4 2M bersamaan dengan menjalankan stopwatch, mencatat waktu penetralan.

8.      Menentukan harga berat jenis, viscositas, dan temperature campuran.

9.      Mengulangi percobaan 1-6 dengan kecepatan pengaduk pada 100 rpm, 120 rpm, 140 rpm dan 160 rpm.

Gambar 1. (Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk)

Gambar 2. (Posisi Center dari sebuah Pengaduk  yang menghasilkan Vortex

Gambar 3. (Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan kualitas pencampuran)

Gambar 4. Pengaduk jenis Baling-baling (a),Daun Dipertajam (b),Baling-baling kapal (c)

Gambar 5. Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua

Gambar 6. Pengaduk Turbin pada bagian variasi.

Gambar 7. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral

Gambar 8. Pengaduk Turbin Baling-baling.

Gambar 9. Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller,

(b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon

V.   Gambar Alat (Terlampir)

VI.  Data Pengamatan

Sampel	Kecepatan (rpm)	Viskositas (Pa.S)	Densitas (gr/ml)	Ft	Waktu Perubahan (s)		Suhu (oC)
					NaOH	H2SO4
1	80	0,13019	1,0135	46,85	25	6	31
2		0,1040	1,0119	46,80	20	4
3		0,0608	0,974	46,79	18	8

VII.     PERHITUNGAN

·         Penentuan Berat Jenis

Dik        :         m Piknometer kosong              = 31,05 gr

                        m Piknometer + air                  = 55,47 gr

                        m Piknometer + larutan                        = 54,84 gr

                        Berat air           = ( Piknometer + air ) – ( Piknometer kosong )

                                                = ( 55,47 – 31,05 ) gr

                                                = 24,42 gr

                        V_air                   =  =  = 24,42 ml

Vair = Vpiknometer

                       

·         Sampel 1

Piknometer + sampel 1            = 55,80 gr

            m sampel         = ( Piknometer + sampel ) – ( Piknometer kosong )

                                    = (55,80 – 31,05)

                                    = 24,75 gr

            Berat jenis        =  =  = 1,015 gr/ml

·         Sampel 2

Piknometer + sampel 2            = 55,76 gr

            m sampel         = ( Piknometer + sampel ) – ( Piknometer kosong )

                                    = (55,76 – 31,05)

                                    = 24,71 gr

            Berat jenis        =  =  = 1,0219 gr/ml

·         Sampel 3

Piknometer + sampel 3            = 54,84 gr

            m sampel         = ( Piknometer +    sampel ) – ( Piknometer kosong )

                                    = (54,84 – 31,05)

                                    = 23,79 gr

            Berat jenis        =  =  = 0,974 gr/ml

·         Penentuan viskositas

Diketahui           :  -     diameter bola    = 1 cm

-          jari – jari bola    = 0,5 cm

-          berat bola          = 14,96 gr

-          tinggi viscometer           = 12 cm

·         Sampel 1

Volume larutan kanji   =  

                                    =  

                                    = 14,76 ml

Massa Larutan Kanji    = volume x berat jenis

                                    = 14,76 ml x 1,0135 gr/ml

                                    = 14,95 gr

Kecepatan                    =  =  = 0,8 cm/s = 0,008 m/s

 =  = 130,19 gr/ms = 0,13019 kg/ms = 0,13019 Pa.S

·         Sampel 2

Volume larutan kanji   =  

                                    =  

                                    = 14,78 ml

Massa Larutan Kanji    = volume x berat jenis

                                    = 14,78 ml x 1,0119 gr/ml

                                    = 14,95 gr

Kecepatan                    =  =  = 1 cm/s = 0,01 m/s

 =  = 104 gr/ms = 0,104 kg/ms = 0,104 Pa.S

·         Sampel 3

Volume larutan kanji   =  

                                    =  

                                    = 15,35 ml

Massa Larutan Kanji    = volume x berat jenis

                                    = 15,35 ml x 0,974 gr/ml

                                    = 14,95 gr

Kecepatan                    =  =  = 1,71 cm/s = 0,0171 m/s

 =  = 60,8 gr/ms = 0,0608 kg/ms = 0,0608 Pa.S

Penentu Waktu Pencampuran

            ft = ntT

·         Sampel 1

ft = 1,83 s­^-1 x 34,27 s

ft = 62,71 x 0,25 x 2,23 x 1,34

ft = 46,85            

·         Sampel 2

ft = 1,83 s­^-1 x 34,24 s

ft = 62,65 x 0,25 x 2,23 x 1,34

ft = 46,80

·         Sampel 3

ft = 1,83 s­^-1 x 34,27 s

ft = 62,64 x 0,25 x 2,23 x 1,34

ft = 46,79

VII. ANALISA PERCOBAAN

            Percobaan kali ini mengenai Agitasi dan Pencampuran dimana agitasi merupakan suatu gejala yang menunjukan gerakan yang terinduksi dengan cara tertentu pada suatu bahan yang ada didalam benjana. Sedangkan pencampuran (mixing) merupakan peristiwa penyebaran bahan-bahan secara acak namun belum tentu campuran akan homogen. Pada proses ini dibutuhkan alat pengaduk untuk cairan-padatan yang disebut agitator. Pada percobaan ini agitator yang digunakan yaitu agitator jangkar karena sesuai dengan tipe campuran yang diinginkan. Agitator jangkar diopeasikan dengan kecepatan rendah dan beroperasi dekat dengan dinding tangki.

            Operasi pertama dilakukan dengan kecepatan 80 rpm pada penambahan 30 ml NaOH dengan konsentrasi 2 M maka waktu yang dibutuhkan untuk pencampurannya yaitu 25 detik yang berubah menjadi warna merah jambu. Namun pada saat penambahan 30 ml H₂SO₄ 2 M dengan kecepatan sama  yakni 80 rpm membutuhkan waktu pencampuran 6 detik dengan warna larutan putih kembali. Penambahan H₂SO₄ ini bertujuan untuk penetralan karena campuran seelumnya bersifat basa kuat.

            Operasi kedua dilakukan dengan kecepatan masih 80  rpm dan penambahan 30 ml NaOH 2 M sehingga waktu yang dibutuhkan untuk pencampuran yaitu selama 20 detik sedangkan pada penambahan 30 ml H₂SO₄ 2M  waktu yang dibutuhkan yaitu 4 detik dengan kecepatan 80 rpm. Serta pada operasi terakhir didapat bahwa penambahan 30 ml NaOH 2 M membutuhkan waktu untuk pencampuran yaitu selama 18 detik sedangkan pada penambahan 30 ml H₂SO₄ 2M waktu yang dibutuhkan yaitu 8 detik dilakukan dengan kecepatan 80 rpm. Semua perubahan warna campuran sama seperti operasi pertama yaitu dari putih menjadi merah jambu dan dari merah jambu menjadi putih lagi.

IX. KESIMPULAN

            Dari percobaan yang kami lakukan dapat disimpulkan bahwa :

·         Agitasi adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan reduksi gerakan pada bahan-bahan yang biasanya terjadi pada suatu bejana.

·         Pencampuran atau mixing merupakan peristiwa penyebaran bahan-bahan secara acak, bahan yang satu menyebar ke bahan yang lain dan sebaliknya.

·         Pengaduk yang digunakan pada percobaan kali ini adalah jangkar, yaitu yang menimbulkan pola aliran tangensial dengan jumlah putaran rendah.

·         Penambahan H₂SO₄ dengan konsentrasi dan jumlah yang sama dengan NaOH membuat viskositas dan densitas menurun karena adanya proses penetralan antara kedua zat tersebut.

·         Waktu perubahan warna saat ditambahkan larutan NaOH yaitu 25s, 20s, 18s dan pada saat penambahan larutan H₂SO₄ yaitu 6s, 4s, dan 8s.

DAFTAR PUSTAKA

            2011. Jobsheet Petunjuk Pratikum Satuan Operasi. Jurusan teknik kimia. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang