LAPORAN TETAP

LABORATORIUM UNIT PROSES

WETTED WALL ABSORPTION COLUMN

DISUSUN OLEH:

YUDA DWI CAHAYA 03031181320025

M. ANDRE REZA APRIANSYAH 03031181320026

ANNISA RAHMATHUL FITHRI 03031181320051

YULI ASTUTI 03031181320062

RIYALDI ISMAIL 03031181320066

ALTRI DAHLIANA 03031281320004

FRICOR NEVRIADI 03031381320054

NAMA ASISTEN: 1.

2.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2015

17

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada proses industri pasti terjadi proses pencampuran. Proses

pencampuran membentuk suatu produk yang dihasilkan dari penggabungan dua

atau lebih zat kimia yang berbeda tanpa reaksi. Pada pencampuran tidak

mengubah sifat fisik, namun sifat kimia dapat berubah dari komponennya. Hasil

pencampuran dapat bersifat homogen dan heterogen, dan dapat dipisahkan

menjadi komponen aslinya secara mekanis.

Tingkat keberhasilan suatu proses bergantung pada efektifitas pengadukan

dan pencampuran zat. Pengadukan (agitation) menyebabkan suatu material akan

bergerak secara spesifik (tertentu) di dalam bejana, di mana gerakan itu biasanya

mempunyai semacam pola sirkulasi. Pencampuran (mixing) adalah peristiwa

menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke

dalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedangkan bahan-bahan itu sebelumnya

terpisah dalam dua fasa atau lebih.

Pencampuran dapat terjadi pada bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas, dan

padat-padat. Untuk bahan yang kuantitasnya masih kecil, dapat digunakan media

seperti bejana dan tanki. Bahan yang akan dicampur dimasukan dalam bejana lalu

diaduk dengan kayu yang menggunakan tenaga manusia sehingga proses yang

dilakukan tidak konstan. Dalam lingkup kecil ini, homogenitas atau keseragaman

mungkin tidak jadi suatu masalah. Namun hal ini tidak dapat diterapkan untuk

ruang lingkup yang lebih besar seperti pada industri, karena untuk menghasilkan

homogenitas yang tinggi dibutuhkan proses pencampuran yang konstan dan

kontinyu yang tidak dapat dilakukan secara manual.

Proses pencampuran juga dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas

seperti pemompaan, perpindahan panas dan perpindahan massa secara cepat.

Untuk itulah dibutuhkan peralatan mixing yang sesuai dengan fungsinya dengan

keadaan konstan, serta dapat diatur kecepatan pengadukannya untuk memperoleh

17

hasil yang optimal, serta kehomogenitasan yang tinggi, dan gerakan mixing

dengan tenaga yang dibutuhkan minimum.

Untuk mencampurkan dua fase atau lebih dalam proses mixing digunakan

impeller sebagai mixer. Ada beberapa tipe impeller yang biasa digunakan antara

lain: propeller, paddle dan turbine.

1.2. Tujuan

1) Mengetahui prinsip dan cara kerja Fluid Mixing Apparatus.

2) Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran.

3) Mengetahui pengaruh dari penggunaan Baffle pada proses pencampuran.

4) Mengetahui bentuk-bentuk Impeller.

5) Mengetahui aplikasi dari Fluid Mixing Apparatus.

1.3. Rumusan Permasalahan

Dari pemaparan latar belakang yang telah dijelaskan diatas, permasalahan

yang timbul dalam suatu proses dengan Fluid Mixing antara lain :

1) Bagaimana pengaruh jenis impeller pada suatu Fluid Mixing?

2) Apakah ada pengaruhnya penggunaan baffle pada Fluid Mixing?

3) Bagaimana pengaruh bahan yang digunakan terhadap proses Fluid Mixing?

4) Bagaimana kondisi yang optimal agar pencampuran dengan Fluid Mixing

berjalan lancar?

5) Bagaimana pengaruh kecepatan putaran impeller yang berbeda dalam proses

pencampuran?

1.4. Manfaat

Manfaat dari percobaan ini adalah :

1) Dapat mengetahui prinsip dasar Fluid Mixing Apparatus.

2) Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah

impeller yang berbeda (Propeller, Turbin dan Paddle).

17

3) Dapat mengetahui perbedaan yang terjadi pada pencampuran liquid yang

menggunakan baffle dan tidak menggunakan baffle.

4) Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda

seperti padatan yang digunakan, viscositas cairan yang digunakan, kecepatan

putaran dari impeller dan lain-lain.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Fluid Mixing Apparatus

Pada percobaan kali ini digunakan Fluid Mixing Apparatus dengan

impeller-nya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam

sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya

kembali ke impeller.

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat

cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor

penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400

sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair

menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana.

Dalam proses mixing ini digunakan impeller sebaga mixer yang akan

mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada beberapa tipe impeller yang

biasa digunakan antara lain : propeller, paddle dan turbine. Setiap impeller ini

memiliki tingkat efisiensi yang berbeda terhadap proses pencampuran.

Ada dua macam impeller pengaduk, yaitu impeller aliran-aksial (axial-

flow impeller) dan impeller aliran-radial (radial-flow impeller). Impeller jenis

pertama membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang

kedua membangkitkan arus pada arah tengensial atau radial.

Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller: propeller (baling-baling),

dayung (padle), dan turbin (turbine). Masing-masing jenis terdiri lagi atas

berbagai variasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang

dimaksudkan untuk situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat

digunakan untuk menyelesaikan 95 persen dari semua masalah agitasi zat cair.

17

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat

cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor

penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400

sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair

menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom

zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller

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 stasioner. Daun-daun propeller

merobekkan menyeret zat cair itu. Oleh karena arus aliran ini sangat gigih,

agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar.

Mixing atau Pencampuran itu sendiri adalah pendistribusian secara acak,

dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain atau sebaliknya.

Dalam proses mixing biasanya digunakan impeller sebagai mixer yang akan

mencampurkan 2 (dua) fase atau lebih yang terpisah. Arus yang ditimbulkan oleh

gerakan impeller ini menyebabkan terbentuknya vortex yang tidak diinginkan

dalam proses mixing, maka perlu digunakan baffle.

Pengadukan menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu

pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai

semacam sirkulasi. Tujuan pengadukan antara lain adalah :

1) Untuk memilih suspensi partikel zat padat.

2) Untuk meramu zat cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol dan air.

3) Untuk menyebarkan gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung kecil.

4) Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair lain,

sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus.

5) Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau

mantel kalor.

Kadang-kadang pengaduk digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,

misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan zat cair. Gas dan liquid dapat mengalami

kontak, dengan gas mendispersi sebagai gelembung gas. Pada agitated vessel baik

17

multi stages maupun counter current, efeknya diabaikan. Contohnya adalah

seperti karbonasi lime slurry, khlorinasi paper stock, hydrogenation of vegetables

oil, aerasi dari fermentasi air kaldu, produksi penicilin, produksi asam citrat dari

beet sugar dengan bantuan mikroorganisme. Pola Aliran dalam bejana aduk

dipengaruhi oleh :

1) Jenis impeler

2) Karekteristik fluida

3) Ukuran serta perbandingan tangki, sekat dan agitator

Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen

terpenting dan pola aliran secara keseluruhan di dalam tangki bergantung pada

variasi ketiga komponen tersebut dari satu lokasi ke lokasi lain. Ketiga komponen

itu adalah :

1) Komponen radial, yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller.

2) Komponen longitudinal, merupakan kecepatan fluida yang bekerja pada arah

paralel dengan poros impeller.

3) Komponen tangensial atau rotasional, yang bekerja pada arah singgung

terhadap lintasan lingkar disekeliling poros.

Untuk mencegah arus putar yang dapat menimbulkan vortex ada beberapa

cara, yaitu:

1) Untuk tangki yang kecil, impeller dipasang diluar sumbu tangki, porosnya

digeser sedikit dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam satu bidang

yang tegak lurus terhadap pergeseran itu.

2) Untuk tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang disisi tangki,

dengan porosnya pada bidang horizontal, tetapi membuat sudut dengan jari-

jari tangki.

3) Pada tangki-tangki yang besar yang mempunyai agitator vertical, cara yang

paling baik untuk mengurangi arus putar ialah dengan memasang sekat atau

baffle.

2.2. Macam-macam Gambar Pola Aliran Fluida

17

Gambar 2.1 Pola aliran fluida untuk propeller ditengah vessel tanpa baffle

Gambar 2.2. Pola aliran fluida untuk propeller ditengah vessel dengan baffle, pola

aliran aksial

Gambar 2.3. Pola aliran fluida untuk propeller ditengah vessel dengan baffle,

pola aliran radial

17

Gambar 2.4. Pola aliran fluida untuk propeller tidak pada posisi ditengah vessel

Komponen radial dan komponen longitudinal, sangat aktif dalam

memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros

itu vertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen tangensial biasanya

kurang menguntungkan pada saat berlangsungya proses pengadukan didalamnya.

Gambar 2.5 Posisi agitator pada vessel

(Sumber:Peavy, 1985)

2.3. Parameter Yang Mempengaruhi Proses Mixing

Parameter proses yang mempengaruhi proses mixing, yaitu:

1) Viskositas.

2) Kelarutan zat terlarut.

3) Konduktivitas termal fluida dan zat terlarut jika terjadi perpindahan panas.

4) Densitas fluida.

5) Ukuran partikel solid

Parameter mekanik yang mempengaruhi proses mixing, yaitu:

1) Diameter impeller.

17

2) Rotasi impeller permenit.

3) Bentuk impeller.

4) Volume vessel.

5) Bentuk vessel.

6) Letak agitator terhadap vessel

2.4. Macam-Macam Impeller

2.4.1. Propeller

Berikut ini merupakan ciri-ciri propeller :

a) Sirkulasi berbentuk aliran aksial dari kipas dan digunakan baffle untuk

membentuk pola aliran. Pola aliran yang dihasilkan ketika menggunakan

baffle menyebabkan fluida mempunyai aliran turbulen.

b) Dapat dioperasikan pada seluruh range kecepatan.

c) Umumnya digunakan jenis 3 (tiga) bilah kipas (blade) sama sisi.

d) Aksi pemotongan (pencampuran) sangat baik pada kecepatan tinggi.

e) Tidak mengalami kerusakan pada kecepatan rendah.

f) Pengunaan power yang ekomonis.

g) Secara umum dapat membersihkan sendiri (self cleaning).

h) Relatif sukar diletakan pada vessel untuk mendapatkan performance yang

optimum.

i) Tidak efektif untuk viscous liquid, kecuali desain khusus, biaya: sedang.

j) Merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair

berviskositas rendah.

2.4.2.Open Turbine

a) Sirkulasi berbentuk aliran radial pengaruh gaya sentrifugal dari turbine blade,

dengan sirkulasi sangat baik.

b) Secara umum dibatasi pada kecepatan tinggi.

c) Tidak mudah rusak pada kecepatan stabil.

d) Efektif pada sistem berviskositas tinggi dan biayanya rendah.

2.4.3.Shrouded Turbine

a) Sirkulasi berbentuk aliran radial pengaruh gaya sentrifugal dari enclosed

impeller stator, dengan sirkulasi sangat baik.

17

b) Range kecepatan dapat dibatasi.

c) Tidak mudah rusak pada kecepatan stabil.

d) Tidak dapat membersihkan sendiri.

e) Flow capacity terbatas dan relatif rendah.

f) Biaya: relatif tinggi

2.4.4.Paddle

a) Sirkulasi berbentuk aliran radial, tetapi tidak pada sirkulasi vertikal kecuali

digunakan baffle.

b) Dapat digunakan pada seluruh range viskositas.

c) Tidak mudah rusak dalam pengoperasiannya.

d) Tidak mudah kotor.

e) Flow capacity bisa tinggi dengan mengunakan mutiple blade.

f) Biaya: relatif rendah.

g) Gambar dibawah ini merupakan contoh-contoh impeller.

Flat Blade Turbine Marine Propeller

Radical Propeller Flat Blade Paddle

Gambar 2.6 Contoh-contoh Impeller

(Sumber: Bhupalaka, 2010)

17

2.5. Mechanically Agitated Vessel

2.5.1.Vessel

Vessel biasanya berbentuk tanki silinder vertikal dimana didalamnya akan

diisikan fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tanki, namun pada

beberapa sistem pengontakkan gas/cairan, dengan kedalaman cairan sekitar tiga

kali diameter tanki, maka akan digunakan banyak impeller. Diameter vessel

berkisar antara 0,1 m untuk unit yang kecil hingga 10 m atau lebih untuk unit atau

instalasi industri besar.

Bagian dasar tanki dapat berbentuk datar, lengkungan ataupun lancip

(kerucut) tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengosongan ataupun

tergantung pada padatan yang terlarut. Jika bentuk cone (kerucut) digunakan

sebagai bagian dasar dari tanki maka harus diperhatikan bahwa pencampuran

dapat dilakukan dengan sempurna dalam cone tersebut dengan cara menurunkan

posisi impeller tersebut. Tapi di sisi lain dapat berbahaya karena terlalu dekat

dengan permukaan dinding vessel. Dalam kasus yang lain sering juga

digunakan dua buah impeller pada bagian atas dan bawah vessel untuk

memperoleh pencampuran yang sempurna. Pada design mixer ataupun settler

untuk solvent-extraction biasanya digunakan tanki segi empat karena

pertimbangan harga yang lebih murah untuk kapasitas yang besar dan juga lebih

mudah mengkombinasikannya dengan settler.

2.5.2.Baffle

Baffle digunakan untuk mencegah terjadinya pembentukan vortex (ruang

udara) ketika cairan dengan viskositas rendah diaduk dalam tanki silinder vertikal

dengan impeller yang berada pada pusatnya, maka digunakan baffle yang

dipasang pada dinding vessel. Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak

yang sama sekitar 1 – 10 dari diameter tanki. Baffle biasanya tidak menempel

pada dinding vessel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle

dengan dinding vessel. Baffle umumnya tidak digunakan pada cairan dengan

viskositas tinggi dimana pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang

penting. Baffle dipasang pada mixing vessel untuk menambah turbulensi,

17

walaupun penggunaan baffle menaikkan kebutuhan tenaga, tetapi di sisi lain

memiliki keuntungan yaitu terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan

waktu pencampuran lebih cepat.

Ketika waktu yang digunakan pada proses pencampuran sangatlah sedikit,

makan pencampur yang terbaik adalah suatu pencampur dengan jumlah tenaga

yang dibutuhkan yang merupakan tenaga yang terkecil dan dengan waktu yang

sangat singkat.

2.5.3.Impeller

Beberapa tipe impeller, yaitu Propeller, Turbine, Paddle, Anchor, Helical

ribbon, dan Helical screw. Contohnya adalah Propeller yang sirkulasinya

berbentuk aliran aksial dari kipas. Penggunaan tipe impeller diatas tergantung

pada geometri vessel tangki dan viskositas cairan, sebagai berikut:

a) Untuk viskositas yang lebih kecil dari 2000 cp, maka digunakan impeller

dengan tipe Propeller.

b) Untuk viskositas antara 2000 cp – 50.000 cp, maka digunakan impeller

dengan tipe Turbine.

c) Untuk viskositas antara 10.000 – 1.000.000 cp, maka digunakan impeller

dengan tipe Anchor, Helical ribbon atau Paddle.

d) Untuk viskositas diatas 1.000.000 cp, maka digunakan pencampuran khusus,

seperti banburg mixer, extruder, sigma mixer dan beberapa tipe lainnya.

Ukuran impeller tergantung pada jenis impeller dan kondisi operasi seperti

yang dijelaskan oleh Reynolds, Froude dan Power sebagai suatu karakteristik

yang saling mempengaruhi. Untuk impeller jenis turbine, perbandingan diameter

dari impeller dan vessel berada pada range d/D = 0,3 - 0,6. Kecepatan impeller

standar yang digunakan untuk kepentingan komersil industri adalah 37, 45, 56,

68, 84, 100, 125, 155, 190 dan 320 rpm. Tenaga yang dibutuhkan biasanya tidak

cukup untuk digunakan secara kontinyu untuk mengatur gerakan steam turbin.

Dua kecepatan driver mungkin dibutuhkan pada saat torques awal sangat tinggi.

Jenis-jenis impeller adalah The marine type propeller, Flat – blade turbine, The

17

disk flat – blade turbine, The curved – blade turbine, The pitched – blade turbine,

The shrouded turbine.

2.6. Jet Mixer

Pencampuran dalam sebuah vessel dilakukan untukviskositas rendah

dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dimana cairan

dengan viskositas tinggi dialirkan ke dalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk

mengeluarkan sebagian liquid dari vessel dan dikembalikan melalui nozzle ke

vessel. Transfer momentum dari jet viskositas tinggi menuju liquid dalam vessel

menyebabkan aksi pencampuran sirkulasi dalam tanki.

2.7. In-Line Static Mixer

In-line static mixer digunakan untuk operasi pencampuran dan pelarutan

dalam jumlah yang besar. Sebuah unit tetap diletakkan dalam sebuah pipa dan

pencampur dimasukkan oleh sistem pemompaan. Untuk kasus pencampuran

liquid kental secara laminar, pencampuran dilakukan dengan mekanisme slicing

dan folding. Proses pencampuran ini dilakukan dengan mekanisme slicing dan

folding. Proses pencampuran ini memberikan peningkatan dalam produk

campuran sebagai jumlah dari elemen pencampuran yang diulang meningkat.

Dalam kasus pelarutan liquid-liquid dan gas-liquid seperti mekanisme diatas tidak

berpengaruh dan biasanya operasi terjadi secara turbulen.

2.8. In-Line Dynamic Mixer

Untuk operasi pencampuran dimana membutuhkan produksi kontinyu dari

solid yang dilarutkan dan emulsi. In-line dynamic mixer ini adalah salah satu

bentuk mixer yang dapat digunakan. Alat ini terdiri dari sebuah rotor dimana spin

pada kecepatan tinggi di dalam sebuah casing dan umpan material dan

dipompakan secara kontinyu menuju unit. Di dalam casing, shear force fluida

yang tinggi digunakan pada operasi pelarutan.

2.9. Mills

Beberapa kegiatan kimia termasuk pelarutan solid dan pengemulsian tidak

dapat dilakukan di dalam vessel yang dicampur secara mekanik karena tidak

17

mungkin dapat menurunkan tegangan tinggi untuk memecah partikel agregat

dalam memperoleh kualitas pelarutan atau menciptakan emulsi yang stabil. Mills

dapat digunakan dalam operasi pelarutan dimana pelarutan partikel dilakukan

dengan crushing atau shearing.

2.10. Unit Pelarutan dengan Kecepatan Tinggi

Tipe peralatan ini serupa dengan in-line dynamic mixer tetapi alat ini

digunakan dalam sebuah vessel. Alat pencampur ini terdiri dari rotor kecepatan

tinggi di dalam vessel dimana fluida dimasukkan ke aksi shearing intensif.

2.11. Valve Homogenizers

Unit ini mempunyai bagian pemompaan untuk menyuplai material yang

akan dilarutkan melalui sebuah orifice kecil. Tekanan tinggi akan diturunkan

mendekati tekanan fluida melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan shear

force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilakan secara kontinyu.

2.12. Ultrasonic Homogenizers

Material yang akan diproses dipompakan pada tekanan tinggi (diatas 150

bar). Melalui orifice yang di desain secara khusus untuk menghasilkan aliran

dengan kecepatan tinggi melalui sebuah blade yang digoyangkan atau digetarkan

pada frekuensi ultrasonik.

2.13. Extruder

Pelarutan dalam industri plastik biasanya dilakukan dengan extruder. Feed

yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk,

bersama-sama dengan aditif seperti stabilizer, plasticizer, pigmen pewarna dan

lain-lain. Selama proses dalam extruder, polimer dilelehkan dan aditif dicampur.

Hasil extruder dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju dikontrol dari extruder

untuk pembentukkan.

17

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan

3.1.1.Alat

Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah :

1) satu unit fluid mixing apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda

dengan baffle dan tanpa baffle.

2) Ohmmeter

3.2.2.Bahan

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

1) Pasir

2) Air

3) Garam

3.2. Prosedur Percobaan

17

1) Siapkan fluid mixing apparatus sehingga dapat digunakan sebagaimana

mestinya.

2) Ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller dari dasar vessel,

lebah bilah impeller.

3) Masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid mixing apparatus, kemudian

pasang impeller dikehendaki.

4) Hidupkan fluid mixing apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller 50

rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm. Lakukan secara bergantian.

5) Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikkan kecepatan

putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut.

6) Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan fluid mixing

apparatus dengan baffle.

17