Praktikum Mixing [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA II MIXING



Dosen Pembimbing Tanggal Praktikum Tanggal Penyerahan



: Robby Sudarman, S.Si., M.T. : 29 Maret 2021 : 23 April 2021



Disusun Oleh: Rheisya Talitha A.



191411054



PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2021



I.



TUJUAN PRAKTIKUM 1. Memahami dan mengevaluasi kinerja peralatan pengadukan dan pencampuran 2. Memahami kondisi operasi yang mempengaruhi operasi pengadukan dan pencampuran 3. Membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam operasi pengadukan dan pencampuran sampai homogen. 4. Menentukan waktu pencampuran dalam operasi pengadukan dan pencampuran



II.



Data Percobaan 2.1. Pengamatan Alat Tabel pengamatan pola aliran pengadukan



Tipe



RPM



Pengaduk



24,6 Curve Blade



45,2 113,5 513



Tampak Samping



Turbine Vortex



24,6 45,2 113,5



Blade



513



24,6 Anchor



45,2



Blade



113,5 513



Tipe pengaduk yang digunakan : Propeller Diameter pengaduk (Da) : 13 cm = 0,13 m Diameter tangki (Dt) : 20,5 cm = 0,203 m



Tinggi Tangki (H) : 27 cm = 0,27 m 2.2. Kalibrasi Kecepatan Putar Pengaduk Skala Putaran



RPM



RPS



1



24,6



0,41



2



45,2



0,75



3



113,5



1,89



4



8,55



513 2.3. Data Perhitungan Viskositas Fluida Encer Pekat



Panjang lintasan (cm)



Massa jenis (kg/m3) 992 1130



Waktu (s) 0.629 1.65



101



Diameter bola = 9,7 mm, maka jari-jari bola = 4,85 mm = 4,85 x 10-3 m Gaya Gravitasi = 9,8 m/s2 Massa bola = 0,874 gram = 8,74 x 10-4 kg Volume Bola = 1 ml = 1 x 10-6 m3 2.4. Data Waktu Pengadukan t1



t2



Variasi Fluida



Skala



RPM



Fluida Encer



1



24,6



0,239



0,371



0,305



T = 250C



2



45,2



0,187



0,099



0,143



(𝝆) = 992 kg/m3



3



113,5



0,143



0,083



0,113



𝝁 = 3,767 x 10-3kg/ms



4



513



0,098



0,065



0,0815



(menit) (menit)



t1



t2



t rata-rata



Variasi Fluida



Skala



RPM



Fluida Pekat



1



24,6



0,377



0,409



0,393



T = 250C



2



45,2



0,346



0,347



0,346



(𝝆) = 1130 kg/m3



3



113,5



0,293



0,289



0,291



𝝁 = 0,0214 kg/ms



4



513



0,240



0,220



0,23



(menit) (menit)



t rata-rata



III.



Pengolahan Data 3.1. Menentukan Viskositas Diameter bola = 9,7 mm, maka jari-jari bola = 4,85 mm = 4,85 x 10-3 m Gaya Gravitasi = 9,8 m/s2 Massa bola = 0,874 gram = 8,74 x 10-4 kg Volume Bola = 1 ml = 1 x 10-6 m3 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑜𝑙𝑎



Massa jenis bola (kg/m3) = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑏𝑜𝑙𝑎 = Kecepatan (m/s) = 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢



=



1,01 𝑚 1,65 𝑠



𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑚



= 0,612



𝑠



8,74𝑥10^−4



1,01 𝑚



1𝑥10^−6 𝑚



= 0,629 𝑠 = 1,606



𝑠



= 874 kg/m3



(untuk cairan encer)



(untuk cairan pekat) 𝜇=



2𝑟 2 𝑔 (𝜌′ − 𝜌) 9𝑣



Untuk fluida encer 𝜇= 𝜇=



2𝑟 2 𝑔 (𝜌′ −𝜌) 9𝑣 2(4,85𝑥10^−3)2 .9,81.(992−874) 9(1,606 𝑚/𝑠)



= 3,767 x 10-3



Untuk Fluida pekat 𝜇=



2(4,85𝑥10^−3)2 .9,81.(1130−874) 9(0,612 𝑚/𝑠)



= 0,0214



3.2. Perhitungan Nre Fluida Encer dan Fluida Pekat 𝑁𝑟𝑒 =



𝐷2 𝑛 𝜌 𝜇



3.2.1. Fluida Encer



Diameter ρ pengaduk (m) D^2 (m) n (rps) v (m/s) μ (kg/m3) Nre 0,13 0,0169 0,41 1,606 0,003767 992 1824,68 0,13 0,0169 0,75 1,606 0,003767 992 3337,83 0,13 0,0169 1,89 1,606 0,003767 992 8411,33 0,13 0,0169 8,55 1,606 0,003767 992 38051,25



3.2.2. Fluida Pekat Diameter ρ pengaduk (m) D^2 (m) n (rps) v (m/s) μ (kg/m3) Nre 0,13 0,0169 0,41 0,612 0,0214 1130 365,88 0,13 0,0169 0,75 0,612 0,0214 1130 669,29 0,13 0,0169 1,89 0,612 0,0214 1130 1686,60 0,13 0,0169 8,55 0,612 0,0214 1130 7629,88



3.3. Menentukan Mixing Time Factor menggunakan Grafik 3.3.1. Mixing Time Factor Fluida Encer



Nre 1824,68 3337,83 8411,33 38051,25



Mixing Time Factor 365,88 669,29 1686,60 7629,88



3.3.2. Fluida Pekat



Nre 365,88 669,29 1686,60 7629,88



Mixing Time Factor 1621,81 1258,93 416,87 158,49



3.4. Menghitung Blending Time Factor 𝐷𝑎 3/2 𝐷𝑡 0,5 𝑔 1/6 𝑓𝑡 = 𝑛𝑡𝑇 ( ) ( ) ( 2 ) 𝐷𝑡 𝐻 𝑛 𝐷𝑎 3.4.1. Fluida Encer



Skala 1 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 𝑓𝑡 = 316,23 ( 0,205 0,27 0,412 0,13 𝑓𝑡 = 384,97



Skala 2 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 𝑓𝑡 = 229,09 ( 0,205 0,27 0,752 0,13 𝑓𝑡 = 228,038



Skala 3 𝑓𝑡 = 158,49 (



1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 0,205 0,27 1,892 0,13



𝑓𝑡 = 115,93 Skala 4 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 𝑓𝑡 = 158,49 ( 0,205 0,27 8,552 0,13 𝑓𝑡 = 55,68



mixing time factor (ntT) Da (m) Dt (m) H (m) g (m/s2) n ft 316,23 0,13 0,205 0,27 9,8 0,41 384,9746 229,09 0,13 0,205 0,27 9,8 0,75 228,0376 158,49 0,13 0,205 0,27 9,8 1,89 115,9324 125,89 0,13 0,205 0,27 9,8 8,55 55,68042



3.4.2. Fluida Pekat Skala 1 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 𝑓𝑡 = 1621,81 ( 0,205 0,27 0,412 0,13



𝑓𝑡 = 1974,385



Skala 2 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 𝑓𝑡 = 1258,93 ( 0,205 0,27 0,752 0,13



𝑓𝑡 = 1253,16



Skala 3 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 𝑓𝑡 = 416,87 ( 0,205 0,27 1,892 0,13



𝑓𝑡 = 304,93 Skala 4 𝑓𝑡 = 158,49 (



1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 0,205 0,27 8,552 0,13



𝑓𝑡 = 70,098



mixing time factor (ntT) Da (m) Dt (m) H (m) g (m/s2) n ft 1621,81 0,13 0,205 0,27 9,8 0,41 1974,385 1258,93 0,13 0,205 0,27 9,8 0,75 1253,163 416,87 0,13 0,205 0,27 9,8 1,89 304,9344 158,49 0,13 0,205 0,27 9,8 8,55 70,0981



3.5. Menghitung Blending Time Factor (t rata-rata)



𝑓𝑡 =



𝑡𝑇 (𝑛𝐷𝑎 2 )2/3 𝑔1/6 𝐻1/2 𝐷𝑡



3.5.1. Fluida Encer Skala 1 𝑓𝑡 =



Skala 3



2 1 18,3(0,41. 0,132 )3 9,86



𝑓𝑡 =



1 0,272 0,205



Skala 2



Skala 4



2 1 8,58(0,75. 0,132 )3 9,86



𝑓𝑡 =



1 0,272 0,205



1



0,272 0,205



n 0,41 0,75 1,89 8,55



Da 0,13 0,13 0,13 0,13



g 9,8 9,8 9,8 9,8



H 0,27 0,27 0,27 0,27



ft 9,134120432 6,405522131 9,373403282 18,49180655



3.5.2. Fluida Pekat Skala 1



Skala 3



2 1 23,58(0,41. 0,132 )3 9,86 1 0,272 0,205



2



𝑓𝑡 =



1



0,272 0,205 ft = 24,138



Skala 2



Skala 4



2 1 20,76(0,75. 0,132 )3 9,86



ft = 15,498



1



17,46(1,89. 0,132 )3 9,86



ft = 11,769



1 0,272 0,205



1



4,89(8,55. 0,132 )3 9,86



ft = 18,491



tT (t rata-rata) (s) 18,3 8,58 6,78 4,89



𝑓𝑡 =



2



1



ft = 9,373



ft = 6,405



𝑓𝑡 =



1



0,272 0,205



ft = 9,134



𝑓𝑡 =



2



6,78(1,89. 0,132 )3 9,86



2



𝑓𝑡 =



1



13,8(8,55. 0,132 )3 9,86 1



0,272 0,205 ft = 52,185



tT (t rata-rata) (s) 23,58 20,76 17,46 13,8



n 0,41 0,75 1,89 8,55



Da 0,13 0,13 0,13 0,13



g 9,8 9,8 9,8 9,8



3.6. Menghitung Mixing Time Factor (t rata-rata) 𝐷𝑎 3/2 𝐷𝑡 0,5 𝑔 1/6 𝑓𝑡 = 𝑛𝑡𝑇 ( ) ( ) ( 2 ) 𝐷𝑡 𝐻 𝑛 𝐷𝑎 3.6.1. Fluida Encer Skala 1 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 9,134 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 0,412 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 4,265 Skala 2 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 6,405 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 0,752 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 3,658 Skala 3 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 9,373 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 1,892 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 7,285 Skala 4 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 18,491 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 8,552 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 23,771



ntT 4,265963 3,658733 7,28574 23,77153



H 0,27 0,27 0,27 0,27



ft 11,76953879 15,49867592 24,13858721 52,18546634



3.6.2. Fluida Pekat Skala 1 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 11,769 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 0,412 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 5,496 Skala 2 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 15,498 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 0,752 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 8,852 Skala 3 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 24,138 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 1,892 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 18,762 Skala 4 1/6 0,13 3/2 0,205 0,5 9,8 ) ( ) ( ) 52,185 = 𝑛𝑡𝑇 ( 0,205 0,27 8,552 0,13



𝑛𝑡𝑇 = 67,085 ntT 5,496799 8,852599 18,76239 67,0853



3.7. Grafik Kecepatan Putar Pengadukan terhadap Waktu Pengadukan



Grafik Kecepatan Putaran vs Waktu (fluida encer) waktu (s)



20 15 10



Series1



5



Linear (Series1)



0 0



5



10



kecepatan putaran (rps)



Grafik Kecepatan Putaran vs Waktu (Fluida pekat) 25



Waktu (s)



20 15 Series1



10



Linear (Series1)



5 0 0



5



10



Kecepatan putaran (rps)



3.8. Grafik Kecepatan Putar Pengadukan terhadap Mixing Time Factor 3.8.1. Fluida Encer



mixing time factor



Grafik Mixing Time Factor vs Kecepatan Putar (fluida encer) 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 0



2



4



6



kecepatan putar (rps)



8



10



mixing time factor



Grafik Mixing Time Factor (t rata-rata) vs Kecepatan Putar (fluida encer) 25 20 15 10 5 0 0



100



200



300



400



500



600



8



10



kecepatan putar (rps)



3.8.2. Fluida Pekat



Grafik Mixing Time Factor vs Kecepatan Putar (fluida pekat) mixing time factor



2000 1500 1000 500 0 0



2



4



6



kecepatan putar (rps)



mixing time factor



Grafik Mixing Time Factor (t rata-rata) vs Kecepatan Putar (fluida pekat) 80 60 40 20 0 0



100



200



300



400



kecepatan putaran (rps)



500



600



3.9. Grafik Blending Time Factor terhadap Reynold Number 3.9.1. Fluida Encer



Grafik Blending Time Factor (grafik) vs Nre (fluida encer) 40000,00



Nre



30000,00



20000,00 10000,00 0,00 0



100



200



300



400



500



Blending time factor



Grafik Blending Time Factor (t rata-rata) vs Nre (fluida encer) Nre



40000,00 20000,00 0,00 0



5



10



15



20



Blending time factor



3.9.2. Fluida Pekat



Grafik Blending Time Factor (t rata-rata) vs Nre (fluida pekat) 10000,00



Nre



8000,00 6000,00 4000,00 2000,00



0,00 0



10



20



30



40



Blending time factor



50



60



Grafik Blending Time Factor (t rata-rata) vs Nre (fluida pekat) 10000,00



Nre



8000,00



6000,00 4000,00 2000,00 0,00 0



500



1000



1500



2000



2500



Blending time factor



Grafik Blending time factor terhadap Kecepatan Putar 3.10.1. Fluida Encer



kecepatan putar (rpm)



Grafik Blending Time Factor vs Kecepatan Putar (fluida encer) 10 5 0 0



100



200



300



400



500



blending time factor



Grafik Blending Time Factor (t rata-rata) vs Kecepatan Putar (fluida encer) kecepatan putar (rpm)



3.10.



10 8 6



4 2 0 0



5



10



blending time factor



15



20



3.10.2. Fluida Pekat



kecepatan putar (rpm)



Grafik Blending Time Factor vs Kecepatan Putar (fluida pekat) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0



500



1000



1500



2000



2500



blending time factor



kecepatan putar (rpm)



Grafik Blending Time Factor (t rata-rata) vs Kecepatan Putar (fluida pekat) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0



10



20



30



blending time factor



40



50



60



IV.



PEMBAHASAN Praktikum ini bertujuan untuk memahami dan mengevaluasi kinerja peralatan, menentukan waktu pencampuran, memahami kondisi operasi yang mempengaruhi proses pencampuran dan pengadukan, serta membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu. Dilakukan percobaan dengan variasi putaran sebanyak empat skala dengan kecepatan yang berbeda, serta dua macam fluida, yaitu fluida berviskositas encer dan fluida berviskositas pekat. Fluida encer yang digunakan berada pada suhu 25°C dan massa jenis sebesar 992 kg/m3. Fluida pekat yang digunakan pun memiliki suhu yang sama dengan fluida encer, namun dengan massa jenis sebesar 1130 kg/m3 . Jenis pengaduk yang digunakan adalah tipe propeller, dengan diameter sebesar 0,13 m. Tangki yang digunakan memiliki diameter sebesar 0,205 m dan tinggi 0,27 m. Perbedaan kecepatan putar pengaduk menyebabkan perbedaan pada pola aliran yang terbentuk. Saat kecepatan putarnya kecil, pola aliran yang terbentuk belum terlihat terlalu jelas. Semakin cepat kecepatan putarnya, pola aliran yang terbentuk semakin jelas dan vortex yang ditimbulkan semakin besar, karena kecepatan putaran yang besar mengakibatkan bilangan Reynold semakin membesar. Bilangan Reynold yang besar menandakan arus yang semakin turbulen, sehingga terbentuk vortex yang semakin dalam di tengah fluida dalam tangki. Hal ini disebabkan karena persamaan kecepatan antara pengaduk dan larutan, selain itu vortex mengakibatkan naiknya permukaan larutan pada tepi tangki. Hasil pola ini sama dengan literatur yang menyebutkan bahwa pola alirannya aksial, arus aliran meninggalkan pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki. Kecepatan putar dalam tangki berpengaruh terhadap waktu pengadukan, mixing time factor, serta blending time factor. Semakin besar kecepatan putarnya, maka waktu pengadukan semakin sebentar. Kemakin cepat arus yang ditimbulkan maka semakin cepat juga tumbukan antar partikel terjadi. Bila tumbukan yang terjadi semakin cepat, maka waktunya semakin singkat karena pencampuran menjadi lebih cepat, sehingga zat warna lebih cepat merata. Sama halnya dengan pengaruh kecepatan pengadukan dengan blending time factor dan mixing time factor. Blending time factor adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai derajat tertentu dari homogenitas. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, semakin cepat kecepatan putarnya, semakin cepat pula campuran menjadi homogen. Karena nilai mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor, maka bila blending time factor menurun, mixing time factor pun ikut menurun. Hal ini dapat terlihat dari kurva yang telah dibuat. Terdapat perbedaan antara nilai mixing time factor dan blending time factor dari grafik, yang sepertinya disebabkan karena adanya gangguan saat percobaan, atau kesalahan saat perhitungan. Di antara larutan encer dan pekat, nilai blending time factor pada larutan pekat lebih besar dikarenakan nilai densitas dan viskositas yang lebih besar dibanding larutan encer. Semakin sedikit waktu yang diperlukan untuk menghomogenkan larutan, maka bilangan Reynold semakin besar dan nilai blending time factor semakin kecil. Pada fluida pekat, bilangan Reynold lebih kecil dibandingkan fluida encer, karena adanya perbedaan viskositas. Viskositas yang



kecil lebih mudah untuk mencapai arus turbulen. Karena perbedaan viskositas ini pula, fluida pekat membutuhkan waktu yang lebih lama untuk bisa mencapai homogenisasi pada warna yang ditambahkan.



V.



KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengolahan data, dapat disimpulkan bahwa: 1. Penggunaan jenis pengaduk bergantung pada viskositas bahan yang akan digunakan 2. Kondisi operasi yang mempengaruhi proses pengadukan dan pencampuran adalah jenis pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, densitas dan viskositas. Semakin lama pengadukan maka campuran akan semakin homogen. 3. Semakin besar Nre, maka semakin singkat waktu pencampuran yang diperlukan 4. Kecepatan putaran berbanding terbalik dengan waktu pencampuran. Semakin cepat putarannya, semakin singkat waktu yang dibutuhkan.



VI.



DAFTAR PUSTAKA



Agarwal, Sourabh et.al. 2014. “Mixing Time Study to Select Suitable Stirrer For Electrorefiner”. (Online), (https://www.researchgate.net/figure/Mixing-timeand-mixing-time-factor-Vs-Reynolds-Number_fig1_276922254), diakses pada 3 April Anonim. “Mixing”. (Online), (http://docshare02.docshare.tips/files/13358/133581786.pdf), diakses pada 3 April Busciglio, Antonio, et.al. 2012. “Mixing Time in Unbaffled Stirred Tanks”. Paper disajikan dalam 14th European Conference on Mixing Warszawa, 10-13 September 2012. Modul Praktikum Ilmu Teknik Kimia I Universitas Sumatera Utara Tim Dosen. Jobsheet Praktikum Satuan Operasi. Mixingi. Teknik Kimia : Polban.