BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar Teori Pengadukan memegang peranan yang sangat penting dalam dunia industri, hal ini disebabkan digunakannya berbagai macam bahan dan di dalam pencampurannya diperlukan adanya suatu pengadukan. Seringkali keefektifitasan proses pengadukan atau pencampuran memegang peranan penting dalam menentukan berhasil tidaknya suatu rangkaian operasi dalam industri kimia (Geankoplis, 1993). Pencampuran diartikan sebagai proses menghimpun dan meembaurkan bahan-bahan. Dalam hal ini dibutuhkan gaya mekanik untuk menggerakkan bahan-bahan. Gaya mekanik diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun dihasilkan oleh alat pencampur (Lienda, 1995). Pencampuran merupakan salah satu proses terpenting dalam industry kimia. Menurut Lienda (1995), tujuan pencampuran antara lain adalah : 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 suhu, mempertukarkan panas, mengeluarkan secara merata gas-gas dan uap-uap yang timbul II-1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori
Pengadukan memegang peranan yang sangat penting dalam dunia industri, hal ini
disebabkan digunakannya berbagai macam bahan dan di dalam pencampurannya
diperlukan adanya suatu pengadukan. Seringkali keefektifitasan proses pengadukan atau
pencampuran memegang peranan penting dalam menentukan berhasil tidaknya suatu
rangkaian operasi dalam industri kimia (Geankoplis, 1993).
Pencampuran diartikan sebagai proses menghimpun dan meembaurkan bahan-bahan.
Dalam hal ini dibutuhkan gaya mekanik untuk menggerakkan bahan-bahan. Gaya mekanik
diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun dihasilkan oleh alat pencampur
(Lienda, 1995).
Pencampuran merupakan salah satu proses terpenting dalam industry kimia.
Menurut Lienda (1995), tujuan pencampuran antara lain adalah :
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 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 komersial yang lebih baik
Dalam beberapa proses di industri, pengaduk (agitator) digunakan juga untuk
beberapa tujuan sekaligus, seperti dalam proses hidrogenasi katalitik dari suatu zat cair.
Dalam proses hidrogenasi, gas hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat
partikel-partikel katalis padat dalam keadaan tersuspensi, sementara panas reaksi diangkut
keluar melaui koil pendingin atau jaket (McCabe, 1993).
Apabila dua jenis bahan atau lebih dicampur (khususnya bahan-bahan yang tidak
dapat larut satu sama lain), pendistribusian bahan yang satu ke dalam yang lain mula-mula
berlangsung cepat kemudian semakin lambat dengan bertambahnya waktu. Derajat
pencampuran optimal sangat penting untuk dicapai. Pada reaksi kimia misalnya,
pencampuran yang tidak baik dapat menyebabkan reaksi berlangsung tak terkendali. Pada
II-1
Laboratorium Operasi Teknik Kimia IIProgram Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAUAN PUSTAKAII-2
pembuatan obat-obatan, kosentrasi yang tidak homogeny sebagai akibat pencampuran yang
kurang baik dapat menyebabkan dosis obat terlalu rendah atau terlalu tinggi (Lienda, 1995).
II.1.1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pengadukan
1. Kecepatan Putaran (N)
Kecepatan putaran dapat mempengaruhi proses pengadukan, di mana semakin
cepat putaran maka pengadukan akan semakin homogen.
2. Jenis Pengaduk (Impeller)
Ada 4 faktor yang mempengaruhi pemilihan impeller yaitu :
a. Beroperasi secara batch atau kontinyu
b. Viskositas liquida
c. Volume bejana atau waktu tinggal yang dibutuhkan
d. Aliran laminer atau turbulen
Impeler terdiri dari beberapa dayung datar yang berputar pada poros vertikal
merupakan pengaduk yang cukup efektif. Desain daun-daunnya bisa dibuat miring, atau
vertikal. Dayung ini berputar di tengah 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
kearah dinding lalu membelok ke atas atau ke bawah. Pada tangki-tangki yang dalam,
kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros. Dalam beberapa rancangan,
daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung,
sehingga diharapkan dapat mengikis atau menyapu seluruh permukaan Pada kecepatan
yang rendah, dayung memberikan efek pengadukan sedang (medium) pada bejana tanpa
sekat, namun untuk kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika
tidak zat cair akan berputar-putar saja mengelilingi bejana tanpa adanya pencampuran
(Purwanto, 2008).
Terdapat dua macam impeller pengaduk, yaitu :
a. Axial – flow impeller, membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller.
Baling-baling menciptakan aliran aksial melalui impeller, yang mungkin ke
atas atau ke bawah tergantung pada arah rotasi (Coulson dkk, 1999).
II
Laboratorium Operasi Teknik Kimia IIProgram Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAUAN PUSTAKAII-3
Gambar II.1 Axial Flow Impeller
b. Radial – flow impeller, yang membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial.
Aliran radial kuat mengalir keluar dari impeller (Gambar II.2), sehingga aliran
beredar zona di bagian atas dan bawah tangki. Pola aliran dapat diubah dengan
mengubah geometri impeller. Jika blade turbin dengan posisi vertikal akan
menghasilkan komponen aliran aksial yang kuat. Hal ini digunakan dalam aplikasi
pencampuran suspensi padatan. Propeller, turbine dan paddle adalah jenis utama
impeler yang digunakan untuk sistem viskositas rendah yang beroperasi di aliran
transisi dan turbulen (Coulson dkk, 1999).
Gambar II.2 Radial Flow Impeller
Jika sebuah propeller dipasang ditengah dan ada tidak ada baffle di dalam tangki,
ada kecenderungan cairan ringan untuk dapat ditarik untuk membentuk pusaran dan
untuk tingkat pencampuran berkurang. Untuk meningkatkan proses pencampuran dan
untuk mengurangi pembentukan vorteks biasanya dipasang baffle dalam tangki dan pola
aliran dihasilkan adalah seperti yang ditunjukkan dalam Gambar II.3 (Coulson dkk, 1999).
II
Laboratorium Operasi Teknik Kimia IIProgram Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAUAN PUSTAKAII-4
Gambar II.3 Pola Aliran dalam Vessel dengan Baffle Vertikal
Penambahan baffle akan memperbesar daya yang digunakan dalam pengadukan.
Cara lain untuk meminimalisir adanya vorteks adalah dengan menggeser posisi pengaduk
sehingga pengaduk tidak harus selalu berada ditengah, sesuai yang ditunjukkan gambar
berikut
Gambar II.4 Pola Aliran Hasil Pengadukan
Sedangkan dari segi bentuknya, ada 3 jenis impeller yaitu : propeller (baling –
baling), paddle (dayung), dan turbin.
a. Propeller
Propeller yang sering digunakan adalah tipe marine propeller. Marine propeller
dioperasikan pada kecepatan relatif tinggi, khususnya pada cairan dengan viskositas
rendah, dan terutama untuk kapasitas liquid yang bersirkulasi tinggi. Rasio diameter
impeller diameter vessel biasanya 1:5 atau kurang. Aliran cairan aksial, dan ketika
baling-baling dihidupkan akan menghasilkan aliran yang mengalir ke bawah bagian
bawah vessel. Desain propeller mengacu pada rasio jarak per revolusi dengan oleh
sebuah baling-baling yang bebas beroperasi tanpa slip untuk slip diameter baling-
II
Laboratorium Operasi Teknik Kimia IIProgram Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAUAN PUSTAKAII-5
baling. Propeller lebih sering digunakan untuk operasi pencampuran cairan daripada
keperluan transfer massa (Treybal, 1981).
Gambar II.5 Macam-Macam Propeller
a) Marine type propellers
b) Flat blade turbine : untuk pengadukan dalam operasi transfer massa
c) Disk flat blade turbine : untuk pengadukan dalam operasi transfer massa
d) Curved blade turbine : untuk pengadukan pada suspensi pulp
e) Pitched blade turbine : untuk pengadukan liquid
f) Shrouded turbine : untuk pengadukan gas dalam liquid
b. Turbin
Pada dasarnya, turbin menyerupai dayung berdaun banyak dengan daun-daunnya
yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang di pasang
di pusat bejana. Daun-daunnya bisa lurus atau lengkung, bisa bersudut atau vertikal
Diameter impelernya biasa lebih kecil dari diameter dayung, yaitu berkisar antara 30-
50% dari diameter bejana. Turbin biasanya efektif untuk menjangkau viskositas yang
cukup luas. Di dekat impeler akan terdapat zone arus deras yang sangat turbulen dengan
geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen
tangensialnya menimbulkan vortex ( cekungan ) dan arus putar, yang harus dihentikan
II
Laboratorium Operasi Teknik Kimia IIProgram Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAUAN PUSTAKAII-6
dengan menggunakan sekat atau diffuser agar impeler itu menjadi sangat efektif
(Purwanto, 2008).
Berdasarkan Sudaryadi dkk (2012), berikut jenis-jenis turbin ada tiga yang dapat
dilihat pada Gambar II.5, yaitu (a) turbine blade lurus, (b) turbine blade menyerong
(inclined fan turbine) dan (c) turbine blade dengan piringan.
(a) (b) (c)
Gambar II.6 Macam-Macam Turbin
Menurut Sudaryadi dkk (2012), terdapat beberapa kriteria pengaduk berdasarkan
kecepatan putaran dan dimensinya, yaitu dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel II.1 Kriteria Pengaduk
Tipe PengadukKesepatan Putar
(rpm)Dimensi Keterangan
Paddle 20 – 150Diameter : 50-80% lebar tangki
Turbine 10 – 150Diameter : 30-50% lebar tangki
Propeller 400 – 1750Diameter maksimal 45 cm
Jumlah pitch 1 – 2 buah
3. Jenis Bahan
Pencampuran fluida yang dapat tercampur (miscible fluida) dengan viskositas
rendah, dapat dikerjakan secara efisien dengan peralatan sederhana, dengan jalan
membuat turbulensi oleh gerakan fluida yang relatif atau melalui “flow constrictor”.
Dengan kenaikan viskositas dan atau ketidak – campuran (immiscibility), maka
diperlukan energi mekanis tambahan dalam berbagai bentuk (Geankoplis, 1993).
4. Power (P)
II
Laboratorium Operasi Teknik Kimia IIProgram Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAUAN PUSTAKAII-7
Power atau daya yang diperlukan untuk melakukan proses pengadukan tergantung
jebis bahan yang digunakan, di mana apabila bahan yang digunakan adalah bahan yang
saling tidak tercampur atau “immiscibility” maka tenaga atau power yang dibutuhkan
maka semakin besar dan sebaliknya (Geankoplis, 1993).
II.1.2 Mekanisme Pencampuran
Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan
momentum di dalam aliran turbulen. Pada aliran turbulen, pencampuran terjadi pada 3
skala yang berbeda, yaitu:
1. pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow) yang
disebut mekanisme konvektif.
2. pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan
tercampakkan di dalam medan aliran yang dikenal sebagai eddies, sehingga
mekanisme pencampuran ini disebut eddy diffusion
3. pencampuran karena gerak molekular yang merupakan mekanisme pencampuran
difusi.
Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan
adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan
turbulen daripada pencampuran dalam medan aliran laminer.Sifat fisik fluida yang
berpengaruh pada proses pengadukan adalah densitas dan viskositas (Bhupalaka, 2012).
II.1.3 Macam-Macam Pencampuran
1. Pencampuran Solid-Liquid
Pencampuran cairan dengan padatan akan menghasilkan suspensi, yaitu suspensi