Click here to load reader

Pencampuran Cair-Cair

  • View
    226

  • Download
    30

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Makalah Unit Operaasi I : Pencampuran Cai-Cair

Text of Pencampuran Cair-Cair

PENCAMPURAN CAIR-CAIR

1. Definisi Umum Pengadukan dan PencampuranKeberhasilan suatu operasi pengolahan biasanya sangat bergantung pada efektifnya pengadukan dan pencampuran zat cair dalam suatu proses. Pengadukan atau agitasi adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi pada suatu bahan di dalam bejana dimana gerakan tersebut biasanya mempunyai pola sirkulasi. Sedangkan istilah pencampuran secara umum adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak yaitu bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain, dimana bahan-bahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih . Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses pengadukan dan pencampuran diantaranya

adalah :1. Perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk.2. Bentuk dan jumlah pengaduk.3. Posisi sumbu pengaduk.4. Kecepatan putaran pengaduk.5. Penggunaan sekat dalam tangki.6. Sifat fisik fluida yang diaduk.Oleh karena itu, diperlukan seperangkat alat tangki berpengaduk yang dapat digunakan untuk mempelajari operasi pengadukan dan pencampuran tersebut. 2. Fenomena Aliran Fluida

Perilaku fluida merupakan hal yang penting dalam teknik proses pada umumnya, dan ilmu yang mempelajari perilaku fluida disebut mekanika fluida. Mekanika fluida mempunyai dua cabang yaitu statika fluida dan dinamika fluida. Pada dinamika fluida, terjadi beberapa fenomena aliran fluida karena fluida tersebut dalam keadaan bergerak, relatif terhadap bagian fluida lainnya.

2.1. Aliran laminar danturbulen

Aliran laminar adalah aliran fluida yang pada kecepatan rendah, fluida cenderung mengalir tanpa pencampuran secara lateral dan lapisan-lapisan fluida yang berdampingan menggelincir di atas satu sama lain. Pada aliran laminar tidak terjadi aliran silang atau pusaran (eddy). Bila laju aliran ditingkatkan sehingga kecepatannya menjadi lebih tinggi dan akan di capai suatu kecepatan yang disebut dengan kecepatan kritis, maka aliran fluida akan menjadi bergelombang dan perilaku aliran fluida menjadi tidak lagi laminar tetapi bergerak kemana-mana dalam bentuk aliran silang dan pusaran. Aliran ini dinamakan aliran turbulen.2.2. Fluida Newton danfluida non-Newton

Pada Gambar 1, terdapat beberapa perilaku reologi fluida.

Gambar 1. Grafik tegangan-geser terhadap gradient-kecepatan pada fluida Newton dan fluida non-NewtonKurva-kurva pada Gambar 1 merupakan pemetaan dari tegangan-geser terhadap laju-geser dan berlaku pada suhu dan tekanan tetap. Kurva A merupakan kurva fluida yang disebut fluida Newton, karena fluida ini mematuhi kelinearan sederhana yaitu garis lurus melalui pusat. Kurva-kurva lain pada gambar 1 menunjukkan perilaku zat cair yang disebut non-Newton yang diuraikan sebagai berikut.

a. Kurva B disebut dengan kurva zat cair bersi fat plastik Bingham dikarenakan sifat zat cair tersebut tidak mengalir sama sekali sebelum tercapai suatu tegangan-geser ambang, yang ditandai dengan lambang o, dan mengalir secara linear pada tegangan-geser di atas o. b. Kurva C disebut dengan kurva fluida pseudoplastik karena kurvanya melalui pusat, tetapi cekung kebawah pada geser yang rendah dan menjadi linear pada geser yang lebih tinggi. Pseudoplastik dikatakan bersifat mengencer dengan laju geser (shear rate thinning).

c. Kurva D disebut dengan kurva fluida dilatan karena kurva ini cekung keatas pada tegangan rendah, dan menjadi linear pada tegangan tinggi. Fluida dilatan dikatakan bersifat mengental dengan laju geser (shear rate thickening).2.3. Angka Reynolds

Angka Reynolds (NRe) adalah gugus variabel tanpa dimensi yang menunjukkan suatu nilai tertentu pada saat terjadi perubahan jenis aliran. Reynolds mempelajari kondisi ketika satu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain, dan menemukan bahwa kecepatan kritis ketika aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen, bergantung pada empat buah besaran yaitu (1) diameter tabung, (2) viskositas zat cair, (3) densitas zat cair, dan (4) kecepatan linear rata-rata zat cair. Keempat faktor tersebut digabungkan menjadi gugus variabel yang dinyatakan sebagai berikut.

NRe =

(1.1)dengan : D = diameter tabung

= kecepatan rata-rata zat cair

= viskositas zat cair

densitas zat cair

v = viskositas kinematik za tcair

Angka Reynolds padaaliran laminar selalu ditemukan di bawah 2100 sedangkan pada aliran turbulen yaitu diatas 4000. Pada angka Reynolds antara 2100 dan 4000, terdapat suatu daerah transisi yaitu jenis aliran pada daerah tersebut dapat merupakan laminar ataupun turbulen. Pada fluida non-Newton, karena tidak mempunyai viskositas bernilai tunggal yang tidak bergantung pada laju-geser (viskositasnya semu) maka pers. 1.1 untuk menentukan angka Reynolds tidak dapatdigunakan.3. Pengadukan Zat CairPengadukan zat cair dilakukan untuk beberapa tujuan antara lain :

1. Untuk membuat suspensi partikel zat padat.

2. Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible) , umpamanya metil alkohol dan air.

3. Untuk menyebarkan (dispersi ) gas di dalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil.

4. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak tidak dapat bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran- butiran halus.

5. Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair / kumparan mantel kalor.3.1. Alat Pengaduk

Zat cair biasanya diaduk di dalam suatu tangki atau bejana yang biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal. Bagian atas bejana itu dapat terbuka ataupun tertutup. Bagian bawah atau dasar tangki biasanya agak membulat sehingga dapat menghindari terjadinya sudut-sudut tajam atau daerah yang sulit ditembus arus zat cair. Di dalam tangki biasanya dipasang impeler (pengaduk) pada ujung poros dengan sumbu vertikal menggantung ditumpu dari atas. Poros tersebut digerakkan oleh motor yang biasanya dilengkapi dengan gigi reduksi untuk menurunkan kecepatan motor penggerak. Tangki biasanya dilengkapi dengan lubang masuk dan keluar, kumparan kalor, mantel, dan sumur untuk menempatkan thermometer atau peranti pengukuran suhu lainnya. Impeler yang berputar akan membangkitkan pola aliran dalam sistem yang menyebabkan zat cair bersirkulasi di dalam bejana. Tipe aliran dalam sistem pengadukan merupakan tipe turbulen sehingga semakin tinggi perputaran impeler, maka semakin tinggi tingkat turbulensinya.3.2. Jenis Pengaduk (Impeler)Dari segi arahnya, ada dua macam impeler yaitu :a. Impeler aksial, yaitu membangkitkan arus yang sejajar dengan sumbu impeler.

b. Impeler radial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya radial atau tangensial.Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeler yaitu :

a. PropelerPropeler merupakan impeler beraliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair berviskositas rendah. Propeler ukuran kecil biasanya diputar dengan kecepatan motor penuh yaitu 1.150-1.750 rpm, sedangkan propeler ukuran besar berputar pada 400-800 rpm. Arus zat cair yang meninggalkan propeler mengalir secara aksial sampai dibelokkan oleh dinding bejana.b. Dayung (paddle)

Dayung (paddle) merupakan impeler untuk operasi sederhana, terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada poros vertikal. Dayung ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang dan mendorong zat cair secara radial atau tangensial. Dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeler dayung biasanya antara 50 sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar bladenya seperenam sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, zat cair itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi, tetapi tanpa adanya pencampuran.

c. Turbin

Turbin merupakan impeler berdaun banyak dengan daun-daun yang agak pendek, berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang dipasang di pusat bejana. Daun-daunnya ada yang lurus dan ada yang melengkung. Impelernya terdiri dari 3 macam yaitu terbuka, setengah terbuka, dan terselubung. Diameter impeler lebih kecil daripada diameter dayung, berkisar antara 30-50% diameter bejana. Turbin biasanya lebih efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Arus utamanya bersifat radial sehingga dapat menghasilkan vortex dan arus putar, yang harus dihentikan menggunakan sekat (baffle) atau diffuser.

Gambar 2. Jenis impeler-impeler untuk pencampuran: (a) three-blade marine propeller; (b) open straight-blade turbine; (c) bladed disk turbine; (d) vertical curved-blade turbine; (e) pitched-blade turbine.3.3. Pola AliranPola aliran zat cair dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeler, sifat fluida, ukuran serta perbandingan ukuran dari tangki, sekat maupun agitator. Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai 3 komponen dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki dipengaruhi oleh variasi dari 3 komponen tersebut. Tiga komponen tersebut yaitu radial yang bekerja pada arah tegak lurus poros, longitudinal atau aksial yang pada arah paralel dengan poros dan tangensial atau rotasional pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros. Komponen radial dan longitudinal biasanya sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran dibandingkan dengan komponen tangensial. Komponen tangensial cenderung menimbulkan vorteks pada permukaan zat cair dan mengakibatkan pencampuran tidak terjadi melainkan terjadi penggumpalan.3.4. Draft TubesAliran balik ke sebuah impeler dan mencapai impeler dari berbagai arah tidak dipengaruhi oleh permukaan padatan. Aliran ke propeler dan dari propeler pada dasarnya sama dengan aliran udara dari dan ke kipas yang beroperasi di dalam sebuah ruang. Draft tubes digunakan untuk mengendalikan kecepatan dan arah aliran menuju pengisap impe

Search related