TANGKI BERPENGADUK
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam proses kimia khususnya dalam zat cair atau fase
cair, pengadukan merupakan salah satu cara di dalam proses pencampuran komponen
untuk mendapatkan hasil yang diiginkan.
Meskipun proses pengadukan ini telah lama dipakai atau
diterapkan dan sangat dibutuhkan dalam suatu proses industri, namun perancangan
system peralatan yang digunakan masih tetap membutuhkan data yang harus
dikumpulkan melaui beberapa tahap percobaan.
Percobaan ini ditujukan untuk memperkenalkan suatu
cara melaksanakan suatu proses pengadukan dan menunjukkan pengaruh beberapa
variabel operasi dari pengadukan itu sendiri terhadap kerja system dalam
operasi yang akan dilaksanakan.
Pencampuran pada fase cair dapat dibagi dalam dua
kelompok yaitu :
1.
Pencampuran antara cairan yang
tidak saling tercampur atau tercampur sebagian disebut zat cair yang tidak
mampu cair.
2.
Pencampuran dua macam atau lebih
zat cair yang mampu tercampur disebut zat cair mampu cair.
1.2
Tujuan Percobaan
Adapun tujuan percobaan tangki pengaduk ini adalah
mempelajari karakteristik dari system
pengadukan dalam tangki.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada proses pengolahan sering kali tergantung pada efektifnya pengadukan
dan pencampuran zat cair dalam zat itu. Istilah pengadukan dan pencampuran
sebenarnya tidaklah sama satu sama lain. Yang mana pengadukan itu sendiri
adalah operasi yang dapat menciptakan terjadinya gerakan dalam bahan yang akan
diaduk atau menunjukkan gerakan-gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu
pada suatu bahan yang ada dalam bejana. Tujuan dari operasi pengadukan ini
adalah agar terjadi pencampuran.
Untuk proses mixing atau pencampuran disini adalah peyebaran bahan-bahan
secara acak dimana bahan yang satu meyebar kedalam bahan yang lain dan
sebaliknya, sedang bahan-bahan itu terpisah dalam dua fase atau lebih. Satu
bahan tunggal tertentu, misalnya air satu tangki dapat diaduk tetapi tidak
dapat dicampur. Hal ini dilakukan jika ada bahan lain yang ditambahkan pada air
tersebut.
Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud tergantung dari
tujuan langkah pengolahan itu sendiri. Tujuan dari pengadukan antara lain :
- Untuk mencampur dua macam zat cair yang mampu campur.
- Melarutkan padatan seperti garam dan air.
- Untuk mendispersikan gas dalam zat cair yang menjadi gelembung-gelembung halus dalam suspensi agar suatu mikroorganisme untuk fermentasi atau untuk proses kerja Lumpur dalam proses pengolahan limbah.
- Untuk suspensasi padatan halus dalam zat cair seperti dalam hidrogenesasi katalik, dimana gas-gas hydrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-pertikel katalis padat dalam keadaan suspensi di dalam bejana hidrogenasi.
- Pengadukan fluida mempercepat proses perpindahan panas antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor dalam dinding bejana, dimana kalor reaksi diangkut melaui kumparan atau mantel.
Proses pencampuran dalam fase cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan
momentum didalam aliran turbulen pencampuran terjadi pada tiga skala yang
berbeda :
- Pencampuran sebagai akibat aliran cairan yang secara keseluruhan disebut mekanisme konveksi.
- Pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakkan dalam medan aliran dikenal sebagai eddies (pusaran)
- Pencampuran karena gerak molekul air yang merupakan pencampuran yang dikenal sebagai difusi ketiga mekanisme yang terjadi secara bersama-sama. Peralatan yang digunakan tergantung dari sifat alami bahan dan derajat pencampuran yang diminta.
Pencampuran sering dirangkaiakan dengan operasi lain seperti reaksi dan
transfer panas. Pencampuran padatan dan larutan sering diselesaikan pada
opersai batch. Faktor-faktor yang diperhatikan dalam penentuan dan pemilihan
alat pencampuran larutan adalah :
1.
Proses operasi, batch atau
kontinyu.
2.
Kealamian proses :
·
Mampu tidaknya zat cair
tercampur,
·
Tersedianya bahan,
·
Kemampuan terdispersinya
larutan yang tidak mampu campur.
3.
Derajat pencampuran yang diiginkan.
4.
Sifat fisis zat cair terutama
viskositas.
5.
Penggabungan operasi pencampuran
operasi lain seperti proses reaksi dan transfer panas.
2. 1
Tangki Pengaduk
Salah satu hal yang penting dari pada tangki yang
berpengaduk didalam penggunaanya adalah :
1.
Mempunyai bentuk yang pada umumnya
digunakan yang berbentuk selinder dan bagian bawahnya cekung.
2.
Dapat dilihat dari ukurannya yaitu
diameter dan tinggi tangki.
3.
Kelengkapan dari suatu bejana yaitu
:
·
Ada atau tidaknya buffle, yang berpengaruh
pada pola aliran di dalam tangki.
·
Jaket atau coil
pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu.
·
Letak lubang pemasukan dan
pengeluaran untuk proses kontinyu.
·
Tutup tangki.
4.
Pengaduk
Biasanya zat cair diaduk dalam suatu bejana yang biasa
berbentuk selinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas bejana ini
mungkin terbuka saja keudara atau dapat pula tertutup.
Pada ujung tangki membulat maksudnya
agar atau tidak terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulilt
ditembus arus zat cair. Kedalam zat cair biasanya hampir sama dengan diameter
tangki, dan di dalam tangki dipasang impeller pada ujung poros yang menggantung
artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros tersebut digerakkan oleh motor, yang
kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu.
2. 2
Alat Pengaduk
Zat cair
biasanya diaduk dalam suatu tangki atau bejana yang biasanya berbentuk selinder
dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas mungkin tertutup dan terbuka ke
udara. Ukuran dan proporsi tangki iti bermacam-macam, tergantung pada
pengadukan itu sendiri. Pada bagian ujung bawah tangki, biasanya agak membulat
agar tidak terlalu banyak sudut-sudut yang tajam atau daerah yang sulit didapat
atau ditemukan arus zat cair. Kedalam zat cair biasanya hampir sama dengan
diameter tangki. Didalam tangki dipasang pengaduk pada bagian ujung poros
dengan posisi mengantung. Pada poros digerakkan oleh motor, yang biasanya
dijalin atau dihubungkan langsung pada poros tersebut. Tangki biasanya
dilengkapi dengan lubang masuk dan lubang keluar, kumparan kalor, mantel serta
sumur untuk menempatkan termomer atau piranti pengukur lainnya.
Secara garis
besar alat-alat pengaduk dikelompokkan atas dua macam, yaitu pengaduk dengan
putaran lambat dan alat pengaduk dengan cara putaran yang cepat. Disamping perbedaan
frekwensi puritan, kedua kelompok tersenut juga memiliki perbedaan konstruksi
daun pengaduk dan pembentukan pola aliran yang umumnya berlaku :
1.
Pengaduk dengan putaran cepat,
diameter daun dari pengaduk, dan aliran terutama aliran aksial dan radial. Jenis
pengaduk yang termasuk di dalam kelompok ini adalah pengaduk propoler, dan
pengaduk turbin serta cakram gigi.
2.
Pengaduk dengan putaran lambat,
diametr dari daun pengaduk, besar dan alirannya yang terbentuk adalah aliran
tangensial. Jenis alat pengaduk yang termasuk dalam kelompok ini yaitu pengaduk
jangkar, pengaduk bingkai, pengaduk palet dan pengaduk impeler.
Pemilihan
pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang ada hanya dapat dilakukan
dengan cara percobaan atau dengan pengalaman. Untuk masalah dari pencampuran
tertentu, misalnya membuat suspensi atau mempertukarkan panas dari bahan yang
telah dicampur dan bejana pengaduk tertentu. Pengaduk yang optimal biasanya
hanya dapat dipilih melalui percobaa. Hingga saat ini belum ada alat pengaduk
yang universal.
2.3
Pola Aliran Dalam Bejana Pengaduk
Jenis aliran
dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeler, karakteristik
fluida dan ukuran serta perbandingan (propersi tangki), sekat (buffel) dan
agitator. Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga
komponen kecepatan dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu, juga
tergantung dari variasi ketiga komponen tersebut, dari satu lokasi kelokasi
yang lainnya. Ketiga dari komponen tersebut antara lain :
1.
Komponen radial yang bekerja pada
arah yang tegak lurus terhadap poros impeller.
2.
Komponen logitudinal yang bekerja
pada arah pararel dengan poros.
3.
Komponen tagensial atau ratosional
yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan lingkar pada sekeliling
poros.
Keadaan dimana poros itu vertical,
komponen radial tagensial berada pada suatu bidang yang horizontal dan komponen
logitidinalnya vertical. Komponen radial dan longitudinal sangat aktif dalam
memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu
vertical pada pusat tangki, komponen tagensial mengikuti satu arah lintasan
berbentuk lingkaran disekeliling poros dan akan menimbulkan voerteks pada
permukaan zat cair.
Ada
tiga cara untuk mencegah pusaran dan vorteks :
1.
Pengaduk dipasang off center atau
miring
2.
Pada dinding tangki dipasang sekat
vertical
3.
Permukaan diffuser ring pada
pengaduk jenis turbin.
2. 4
Waktu Pencampuran
Waktu
pencampuran merupakan lamanya operasi pada pengadukan sehingga diperoleh
keadaan yang serba sama. Pada operasi pencampuran dengan sebuah tangki pengaduk
waktu pencampuran dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu :
1.
Yang berkaitan dengan alat, yaitu
:
a)
Ada tidaknya baffle atau cruciform baffle.
b)
Bentuk dan jenis pengaduk (turbin,
propeller, dan padel)
c)
Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)
d)
Laju perputaran pengaduk.
e)
Kedudukan pengaduk dalam tangki :
§
Jarak terhadap dasar
tangki.
§
Pola pemasangan :
o
Center, vertical
o
Off center, vertical
o
Miring dari atas
o
Horizontal
f)
Jumlah daun pengaduk
g)
Jumlah pengaduk yang terpasang
pada bagian di poros pengaduk
2.
Yang berhubungan dengan cairan
yang diaduk :
a)
Perbandingan kerapatan (density)
cairan yang diaduk.
b)
Perbandingan viskositas yang
diaduk.
c)
Jumlah kedua cairan yang diaduk.
d)
Jenis cairan yang diaduk.
2.3 Alat pengaduk
Alat
pengaduk merupakan bagian dari sistem pengaduk, yang selain mencakup bagian
penggerak (biasanya elektro-motor sebagai penggerak tunggal) juga berbagai
rangkaian pengalih (roda gigi, kopling, bantalan) serta seringkali penyekat
sumbu pengaduk. Alat pengaduk yang sebagian telah distandarisasi untuk tangki
pengaduk dipasang pada tutup tangki dengan perantaraan pemegang. Pada bejana
pengaduk terbuka yang kecil seringkali digunakan alat pengaduk yang dapat diatur
posisinya (dapat diangkat dan diturunkan, sebagian juga dapat dibalikkan) atau
yang dapat dijepitkan pada dinding bejana).
Pengaduk
berfungsi untuk menggerakkan bahan (cair, cair / padat, cair / cair, cair /
gas, cair / padat / gas) di dalam bejana pengaduk. Biasanya yang berlangsung
adalah gerakan turbulen (misalnya untuk melaksanakan reaksi kimia, proses
pertukaran panas, proses pelarutan). Alat pengaduk terdiri atas sumbu pengaduk
dan strip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan atau dapat
dipisah-pisah menjadi 2 - 3 bagian (pengaduk yang dapat dipisah-pisahkan juga
dapat dibongkar pasang di dalam satu unit tangki pengaduk).
Alat
pengaduk dapat dibuat dari berbagai bahan yang sesuai dengan bejana
pengaduknya, misalnya dari baja, baja tahan karat, baja berlapis email, baja
berlapis karet. Suatu alat pengaduk diusahakan menghasilkan pengadukan yang
sebaik mungkin dengan pemakaian daya yang sekecil mungkin. Ini berarti seluruh
isi bejana pengaduk sedapat mungkin digerakkan secara merata,
biasanya
secara turbulen.
Kebutuhan
daya dan baik buruknya hasil pengadukan tergantung antara lain pada
faktor-faktor berikut :
-
Jenis alat pengaduk : Bentuk, ukuran, perbandingan
diameter daun pengaduk terhadap diameter bejana pengaduk, frekuensi putaran,
posisi dalam bejana pengaduk.
-
Jenis bejana pengaduk : Bentuk, ukuran,
perlengkapan di dalamnya, derajat keisian ( degree of fullness).
-
Jenis dan jumlah bahan : Viskositas, jenis
campuran (larutan sejati, suspensi kasar, suspensi halus, dan sebagainya),
kerapatan, perbedaan kerapatan dalam campuran, besar dan bentuk partikel padat
yang diaduk.
( Dr. Ir. Lienda Handojo,
M.Eng, Teknologi Kimia bag. 2, halaman
22-23, 1995)
Tangki itu biasanya diperlengkapi pula dengan
lubang masuk dan lubang keluar, kumparan kalor, mantel, dan sumur untuk
menempatkan termometer atau piranti pengukuran suhu lainnya. Impeler itu
membangkitkan pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan zat cair itu
bersirkulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeler. Ada dua macam
impeler pengaduk yaitu jenis pertama membangkitkan arus sejajar dengan sumbu
poros impeler, dan yang kedua membangkitkan arus pada arah tangensial atau
radial. Impeler jenis pertama disebut impeler aliran aksial ( axial flow
impeller ), sedang yang kedua ialah impeler aliran radial ( radial flow
impeller ).
Zat cair biasanya diaduk di dalam suatu tangki
atau bejana, biasanya yang berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal.
Bagian atas bejana itu mungkin terbuka saja ke udara, atau dapat pula tertutup.
Ukuran proporsi tangki itu bermacam-macam, bergantung pada masalah pengadukan
itu sendiri. Walaupun demikian, rancangan standar mungkin dapat digunakan dalam berbagai
situasi. 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 impeler 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.
Menurut bentuknya, pengaduk dapat di bagi menjadi tiga
golongan yang terdiri:
1. Propeler, merupakan
impeler aliran aksial berkecepatan
tinggi untuk zat cair berviskositas rendah atau viskositas dibawah 3 Pa. s (
3000 cp ). Propeler kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu
1.150 atau 1.750 put/min, sedangkan propeler besar berputar pada 400 sampai 800
put/min. Arus yang meninggalkan propeler mengalir melalui zat cair menurut arah
tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolam zat cair yang
berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeler dengan membawa ikut
zat cair stagnan yang dijumpainya dalam perjalanannya itu, dan zat cair stagnan
yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang dibawa kolom arus sebesar
itu kalau berasal dari nosel stationer. Daun-daun propeler merobekkan menyeret
zat cair itu. Oleh karena itu arus aliran ini sangat gigih, agitator sangat
efektif dalam bejana besar. Propeler yang berputar membuat pola heliks di dalam
zat cair itu, dan jika tidak ada gelincir antara zat cair dengan propeler itu,
satu putaran pada propeler akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada
jarak tertentu, menggantung pada sudut kemiringan pada daun propeler. Ratio
jarak ini terhadap diameter dinamakan jarak bagi (pitch) propeler itu.
Propeler yang mempunyai jarak bagi satu disebut mempunyai jarak bagi bujur
sangkar (squares pitch). Jenis paling banyak dipakai adalah propeler
kapal berdaun tiga dan berjarak bagi
bujur sangkar sedang propeler berdaun empat, bergigi, atau dengan rancang lain
hanya digunakan untuk tujuan-tujuan khusus. Propeler jarang diameternya lebih
dari 18 inci, berapapun besarnya tangki. Dalam tangki-tangki yang dalamnya
biasa dipasang dua propeler atau lebih pada suatu poros, biasanya mengarahkan
zat cair pada arah yang sama. Kadang-kadang dua propeler bekerja
pada arah berlawanan
atau secara tolak
tarik, sehingga menciptakan zone zat cair yang sangat turbulen
diantara dua propeler itu.
2. Padel, untuk tugas-tugas sederhana agitator
yang terdiri dari
satu dayung datar berputar pada poros vertikal merupakan
pengaduk yang cukup efektif. Kadang-kadang daunnya dibuat miring tapi biasanya
vertikal saja. Dayung ini berputar ditengah bejana dengan kecepatan rendah
sampai sedang dan mendorong zat cair
secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada impeler, kecuali bila daunnya agak
miring. Arus yang terjadi bergerak keluar, lalu membalik keatas kemudian
kebawah. Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung
pada suatu poros, dayung yang satu diatas yang lain. Dalam beberapa rancang
daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung,
piring, sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak yang sangat
dekat. Dayung jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator).
Jangkar ini sangat efektif untuk menjaga terbentuknya endapan atau kerak pada
permukaan penukar kalor, seperti umpamanya dalam bejana proses bermantel,
tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. Jangkar ini biasanya
dioperasikan dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain yang biasanya
berputar dengan arah yang berlawanan. Agitator yang digunakan industri biasanya
berputar dengan kecepatan antara 20 dan
150 put/min. Panjang total impeler dayung biasanya antara 50 sampai 80 persen
dari diameter - dalam bejana. Lebar daunnya seperenam sampai sepersepuluh panjangnya.
Pada kecepatan yang sangat rendah dayung, dayung dapat memberikan pengadukan
sedang didalam bejana tanpa sekat, pada kecxepatan yang lebih tinggi diperlukan
pemakaian sekat, sebab jika tidak zat cair itu akan berputar saja mengelilingi
bejana itu dengan kecepatan tinggi tetapi tanpa adanya pencampuran. Viskositas
untuk padel dengan jenis anchor agitator dapat digunakan dibawah 50 Pa.s
sampai 500 Pa.s (500000 cP)
3.
Turbin, kebanyakan turbin itu menyerupai agitator berdaun banyak dengan
daun-daun yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros
yang dipasang pada pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh juga
lengkung, sudut vertikal. Impelernya mungkin terbuka, setengah
terbuka atau terselubung. Diameter impeler baiasanya lebih kecil dari diameter
dayung yaitu berkisar antara
30 sampai 50
persen dari diameter
bejana. Turbin biasanya efektif
untuk jangkauan viskositas yang cukup luas. Turbin viskositasnya dapat
digunakan dibawah 100 Pa.s (100000 cP). Pada cairan yang berviskositas rendah
turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung pada keseluruhan
bejana mencapai kantong-kantong yang stagnan dan merusaknya. Di dekat impeler
itu terdapat zona arus yang sangat deras dan turbulen dengan geseran yang
sangat kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen
tangensialnya menimbulkan vorteks dan arus putar yang harus dihentikan dengan
menggunakan sekat atau difuser agar impeler itu menjadi efektif.
BAB III
PROSEDUR PERCOBAAN
3. 1 Alat
Adapun alat yang
digunakan dalam percobaan ini adalah :
1.
Tangki berpengaduk
2.
Impeller dengan jenis plate blade
turbin serta dengan propeller.
3.
Stopwatch
4.
Gelas ukur 1000 ml
5.
Adaptor.
6.
Buffle.
7.
Piknometer.
8.
Timbangan.
9.
Penggaris.
3. 2
Bahan
Adapun
bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah air.
3. 3
Prosedur Kerja
1.
Mula-mula dilakukan kalibrasi
putaran diudara.
2.
Masukkan air sebanyak 4000 ml
kedalam tangki, ukur ketinggian air dalam tangki, lalu catat arus dan waktu
yang digunakan pada tegangan5, 7, 9, dan 11 volt berdasarkan jumlah putaran
dari kalibrasi udara, dengan posisi dari pengaduk yaitu pada posisi center
tanpa menggunakan buffle.
3.
Ulangi langkah kedua dengan
menggunakan buffle pada volume yang sama.
BAB IV
KESIMPULAN
Dalam proses kimia khususnya dalam zat cair atau fase cair, pengadukan
merupakan salah satu cara di dalam proses pencampuran komponen untuk
mendapatkan hasil yang diiginkan.
Percobaan ini ditujukan untuk memperkenalkan suatu cara melaksanakan
suatu proses pengadukan dan menunjukkan pengaruh beberapa variabel operasi dari
pengadukan itu sendiri terhadap kerja system dalam operasi yang akan
dilaksanakan.
DAFTAR PUSTAKA
Coulson dan
Richardson, “Chemical Engineering”, Volume 2
Mc Cabe and
Smith, “Unit Operation of Chemical Engineering”, Erlangga, Tahun 1990.
Penuntun Praktikum Operasi Teknik kimia, Laboratorium
Operasi Teknik Kimia Universitas Muslim Indonesia, makassar, 2012.
ABOUT......
Ehm....ini adalah blog gue FEVI ELVIANI REZKY. Oia....kenapa gue
tiba-tiba pengen bikin blog?? awalnya gue terinspirasi dari teman gue
punya blog. Gue pernah sekali buka blognya, dan gue tertarik mau punya
blog juga karena keren ajangeliatnya. Kalo menurut gue blog itu kayak
diary versi modern karena kita ga perlu lagi cape'2 nulis tangan.
Disamping
itu, alasan kenapa gue bikin blog karena gue pengen
kisah-kisah,pengalaman-pengalaman gue sekarang masih bisa terus gue
ingat sampe gue tua nanti dan gue bisa berbagi pengalaman gue ini kepada
anak-anak gue nantinya. Sebagai manusia gue sadar kalo otak gue ga
bakal bisa menampung dan mengingat semua memori tentang kisah hidup
gue,makanya gue berharap dengan adanya blog ini gue bisa menuangkan
kisah hidup gue atau apapun itu yang bakal jadi isi dalam blog ini.
SO,LETS JOIN!!!!!!
SO,LETS JOIN!!!!!!
Langganan:
Postingan (Atom)