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.