OPERASI TEKNIK KIMIA I

Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
PENUNTUN PRAKTIKUM
OPERASI TEKNIK KIMIA I
NAMA MAHASISWA
NOMOR STAMBUK
KELAS/KELOMPOK
:
:
:
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
MAKASSAR
2016
1
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh...
Dengan rahmat Allah SWT, kami mengucapkan puji syukur kehadiratNya atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusunan
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia ini dapat diselesaikan.
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia ini diharapkan dapat
membantu mahasiswa dalam mengikuti kegiatan praktikum pada laboratorium
Operasi Teknik Kimia.
Dengan adanya buku penuntun ini bukan berarti mahasiswa tidak perlu
lagi mencari dan membaca buku-buku lainnya tetapi juga dibutuhkan informasi
dari beberapa referensi demi menambah pengetahuan sehingga mahasiswa dapat
betul-betul mendalami materi dari setiap judul percobaan yang akan dilakukan.
Penyusunan penuntun ini mengacu dari modul yang disusun oleh
perancang alat Laboratorium di Institut Teknologi Bandung (ITB).
Kami menyadari dalam penyusunan penuntun ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya
membangun demi menyempurnakan penuntun ini dan penuntun-penuntun
selanjutnya.
Semoga penuntun praktikum ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Insya
Allah. Amin ya Rabbal ‘alamin.
Wassalamu ‘alaikum warahmatullahi wabarakatuh...
Makassar,
April 2016
Tim Penyusun
Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Universitas Muslim Indonesia
2
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Tangki Pengaduk ............................................................................................4
Aliran Fluida ………………….....................................................................13
Heat Exchenger……. ....................................................................................19
Sedimentasi ..................................................................................................25
3
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
PERCOBAAN I
TANGKI PENGADUK
1.1 Tujuan Percobaan
Mempelajari karakteristik sistem pengadukan cairan dalam tangki.
1.2 Dasar Teori
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan didalam
bahan yang diaduk. Tujuan dari pada operasi pengadukan terutama adalah
terjadinya pencampuran.
Pencampuran merupakan suatu operasi yang bertujuan untuk mengurangi
ketidaksamaan komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu
bahan. Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak di dalam
bahan itu yang menyebabkan bagian-bagian bahan saling bergerak satu
terhadap lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk
operasi pencampuran. Pencampuran fasa cair dapat dibagi dalam dua
kelompok yaitu pertama pencampuran antara cairan yang saling tidak
bercampur atau tercampur sebagian(immiseible) dan campuran cairan yang
tercampur (miseible).
1.1.1
Proses Pencampuran
Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme
perpindahan momentum didalam aliran turbulen, pencampuran terjadi
pada tiga skala yang berbeda, yaitu :
a. Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk
flow), disebut mekanisme konvektif.
b. Pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang
terbentuk dan tercampakkan didalam median aliran dikenal
sebagai “eddies”.
c. Pencampuran karena gerak molekul air merupakan mekanisme
pencampuran yang dikenal sebagai difusi.
Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling
menentukan adalah eddy diffution. Mekanisme ini membedakan
pencampuran dalam medan aliran laminer.
4
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
1.1.2
Tangki Pengaduk
Salah satu sarana untuk pencampuran fase cair adalah tangki
pengaduk. Hal yang penting daripada pengadukan didalam
penggunaannya adalah :
a. Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian
bawahnya cekung.
b. Ukuran : yaitu diameter dan tinggi tangki
c. Kelengkapannya :
- Ada tidaknya bafle, yang berpengaruh pada pola aliran
didalam tangki
- Jacket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai
pengendali suhu
- Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses
kontinyu.
- Kelengkapan lainnya seperti tutup tangki dan sebagainya
d. Pengaduk (impeler)
1.1.3
Pengaduk
Pencampuran didalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak
rotasi dari pengaduk didalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong
fluida tersebut dan dapat memantulkan arus eddy yang bergerak
keseluruh sistem fluida tersebut. Oleh sebab itu pengaduk merupakan
bagian yang paling penting dalam suatu operasi pencampuran fasa cair
dengan tangki pengaduk. Pencampuran yang baik akan diperoleh bila
5
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
dipehatikan bentuk dan dimensi pengaduk yang digunakan, karena
akan mempengaruhi keefektifan proses pencampuran, serta daya yang
diperlukan. Menurut aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi
menjadi tiga golongan :
a. Pengaduk aliran aksial, akan menimbulkan aliran yang sejajar
dengan sumbu putaran
b. Pengaduk dengan aliran radial, akan menimbulkan aliran yang
berarah tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk.
Komponen aliran tangensial menyebabkan timbulnya vorteks dan
terjadinya pusaran, dan dapat dihilangkan dengan pemasangan
baffle atau cruciform baffle.
c. Pengaduk aliran campuran, merupakan gabungan dari kedua jenis
pengaduk diatas.
Menurut bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan
yaitu :
a. Turbin, yang menimbulkan aliran arah radial dan tangensial
sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat antar fluida
b. Propeller yang terutama menimbulkan aliran arah aksial, arus
aliran meninggalkan pengaduk secara kontinyu melewati fluida ke
suatu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar
tangki.
c. Padel, yang menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan
hampir tanpa gerak vertikal sama sekali. Arus yang bergerak ke
arah horizontal setelah mencapai dinding akan dibelokkan ke atas
atau ke bawah. Bila digunakan pada kecepatan tinggi, akan terjadi
agitasi.
Disamping itu masih ada bentuk-bentuk pengaduk lain yang biasanya
merupakan modifikasi dari ketiga bentuk di atas.
a. Flat Blade
b. Curved Blade
c. Pitbhed Blade
6
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
Gambar 1. Pengaduk Jenis Turbin
a. Standard Three Blade
b. Weedless
c. Guarded
Gambar 2. Pengaduk Jenis Propeller
a. Basic
b. Anchor
c. Glassed
Gambar 3. Pengaduk Jenis Padel
Gambar 4. Pola Aliran Pada Pengaduk Jenis Propeller
1.1.4
Pola Aliran
Pola aliran yang terjadi dalam aliran yang diaduk tergantung pada
jenis pengaduk, karakteristik fluida yang diaduk dan ukuran serta
perbandingan ukuran antara tangki, pengaduk dan sekat.
Kecepatan partikel fluida di setiap titik dapat diuraikan dalam tiga
komponen, yaitu :
7
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
1. Komponen radial, bekerja dalam arah tegak lurus terhadap sumbu
pengaduk.
2. Komponen longitudinal, bekerja dalam arah sejajar sumbu.
3. Komponen tangensial atau rotasional, bekerja dalam arah garis
singgung lintasan melingkar sekeliling sumbu. Aliran tangensial
yang mengikuti lintasan melingkar sekeliling sumbu,
menimbulkan vorteks di permukaan cairan. Jika tangki tidak
bersekat, maka pengaduk jenis aliran aksial maupun radial akan
menghasilkan aliran melingkar. Karena pusaran itu terlalu kuat,
pola aliran akan sama saja untuk semua jenis pengaduk, dan
vorteks yang terbentuk akan mencapai pengaduk, sehingga gas di
atas permukaan akan terhisap. Hal ini umumnya diinginkan.
Ada tiga cara untuk mencegah pusaran dan vorteks :
1.1.5
1. Pengaduk dipasang off center atau miring.
2. Pada dinding tangki dipasang sekat vertikal
3. Permukaan diffuser ring pada pengaduk jenis turbin
Waktu Pencampuran
Waktu pencampuran merupakan lamanya operasi pencampuran
sehingga diperoleh keadaan yang serba sama. Pada operasi
pencampuran dengan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini
dipengaruhi oleh beberapa hal :
1. Yang berkaitan dengan alat, yaitu
a. Ada tidaknya bafle atau cruciform bafle
b. Bentuk dan jenis pengaduk (turbin, propeller, padel)
c. Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)
d. Laju perputaran pengaduk
e. Kedudukan pengaduk pada tangki :
- Jarak terhadap dasar tangki
- Pola pemasangannya :
 Center, vertikal
 Off center, vertikal
 Miring (inclined) dari atas
 Horizontal
f. Jumlah daun pengaduk
g. Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk.
2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk
a. Perbandingan kerapatan (density) cairan yang diaduk
b. Perbandingan viskositas cairan yang diaduk
c. Jumlah kedua cairan yang diaduk
8
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
d. Jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)
a.
b.
c.
d.
Center, vertikal
Off center, vertikal
Miring (inclined)
Horizontal
Gambar 5. Posisi Pengaduk pada Tangki Pengaduk
1.1.6
Kebutuhan Daya
Untuk melakukan perhitungan dalam spesifik tangki pengaduk telah
dikembangkan beberapa teori dan hubungan empiris. Para peneliti
telah mengembangkan beberapa hubungan empiris yang dapat untuk
memperkirakan ukuran alat dalam pemakaian yang atas dasar
percobaan yang dilakukan pada skala laboratorium. Persyaratan dari
pada penggunaan hubungan empiris tersebut adalah adanya :
a. Kesamaan geometris, yang menentukan kondisi batas peralatan
artinya bentuk kedua alat harus sama dan perbandingan ukuranukuran geometris berikut ini sama untuk keduanya.
b. Kesamaan dinamika dan kesamaan kinetik, yaitu terdapat
kesamaan harga perbandingan antara gaya yang bekerja disuatu
kedudukan (gaya viskositas terhadap gaya gravitasi, gaya inersi
terhadap gasya viskositas).
c. Faktor yang mempengaruhi kebutuhan daya (power) P untuk
pengadukan adalah diameter pengaduk (D), kekentalan cairan,
kecepatan cairan, medan gravitasi (g) dan laju putar pengaduk (N).
Maka secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
P = f(D,π,ρ,g,N)
9
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
Bila dianggap hubungan besaran-besaran tersebut seperti
persamaan berikut :
P = K(Da,πb,ρc,gf,Ng)
Dimana K adalah konstanta dengan analisa dimensi dimana
dimensi yang digunakan adalah :
M
=
massa
L
=
panjang
T
=
waktu.
Maka :
(
)
(
) (
) ( ) ( )
Dengan menyelesaikan persamaan tersebut di atas maka diperoleh
:
(
)
Dimana :
(
(
)
)
(
*
)
+
(
)
disebut power number = Npo
disebut Reynold Number = NRe
disebut Froude Number = NFr
1.3 Prosedur Percobaan
Mengukur diameter dalamtangkidan diameter pengaduk. Kemudian
dimasukkanair dengan volume tertentukedalamtangkitanpabufflekemudian di
ukurtinggicairan. Pengaduk dimasukkan ke dalam tangki lalu alat dikalibrasi
dengan waktu tertentu.Kemudian bahan dimasukkan ke dalam tangki dan di
catat daya dan putarannya.Prosedur di atas diulangi dengan menggunakan
tangki dengan buffle.
1.4 Pengolahan Data
Untuk memperoleh persamaan :
Npo = K. Nre-b.NFr-c
Dilakukan pengukuran besaran-besaran selama percobaan sebagai berikut :
1. P = (V.I)
2. D
3.
4. N
5. π = (t-θ)k
10
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
6. konstanta-konstanta K, -b, dan –c dihitung dengan cara linearisasi dan
regresi polinomial persamaan di atas.
Perhitungan regresi berdasarkan metode least square dapat dilakukan
dengan bantuan program komputer lotus, atau program-program lain
yang dibuat dalam bahasa BASIC.
11
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
TABEL ASISTENSI
NAMA
STAMBUK
KELOMPOK
KELAS
ASISTEN
JUDUL PENETAPAN
NO HARI/TGL
:
:
:
:
:
:
URAIAN
PARAF
KET
Makassar,
(
20
)
ASISTEN
12
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
PERCOBAAN II
ALIRAN FLUIDA
1.1 Pengantar
Dalam pabrik kimia, transportasi fluida (cairan atau gas) dapat dikatakan
selalu terjadi. Transportasi fluida di pabrik umunya dilaksanakan dengan
saluran tertutup (closed channel), dengan saluran berupa pipa. Sebagai
gambaran pentingnya masalah transportasi fluida, biaya pemipaan bisa
mencapai 40% dari harga alat pabrik. Untuk itu, tentunya peralatan
transportasi fluida perlu diperhitungkan dengan seksama. Teori aliran fluida
menjadi teramat penting dalam teknik kimia.
Diantara peralatan transportasi fluida, pompa, kran, alat ukur alir (orificemeter
dan floatmeter) teramat penting. Percobaan ini akan mempelajari karakteristik
pompa, kran, orificemeter dan floatmeter.
1.2 Landasan Teori
Dua konsep dasar yang selalu dipakai dalam perhitungan fluida adalah :
1. Kontinuitas aliran (neraca massa)
Berdasar Neraca Massa dapat diperoleh persamaan :
minput =
moutput
dengan m adalah laju alir massa (massa/waktu). Dapat pula ditulis :
(A.v.ρ)input
=
(A.v.ρ)output
Dengan A adalah luas penampang aliran pipa, v adalah kecepatan rata-rata
aliran dan ρ adalah rapat massa fluida. Jika fluida incompressible maka ρ
tetap sehingga bisa dicoret. Jika ukuran pipa sama, maka A bisa dicoret.
2. Neraca energi mekanis (persamaan Bernoulli)
Neraca energi mekanis untuk sistem aliran cairan berbentuk :
f = f (Re) (tersedia grafik, misal di buku Brown)
Dalam hal ini : P = tekanan, ρ = rapat massa cairan, g = percepatan
gravitasi, z = jarak antar pipa, v = kecepatan, F = friction head, Ws =
work head, Re = bilangan Reynold, π = viskositas cairan. Neraca energi
mekanis tersebut bisa dikenakan untuk pompa, kran, orificemeter dan dan
floatmeter.
13
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
Jika tekanan sebelum dan sesudah pompa dapat diukur maka –Ws (head
pompa) dapat dihitung.
Pompa
Untuk titik-titik sebelum dan sesudah pompa, dapat diasumsi z1 = z2, v1 =
v2 (jika kran pipa sebelum dan sesudah pompa sama), sehingga diperoleh :
Jika tekanan sebelum dan sesudah pompa dapat diukur maka –Ws (head
pompa dapat dihitung).
Kran
Untuk titik-titik sebelum dan sesudah kran, dapat diasumsi z1 = z2, -Ws =
0, v1 = v2 sehingga diperoleh :
Jika beda tekanan sebelum dan sesudah kran dapat diukur, maka panjang
ekivalen kran dapat dihitung (Le). Panjang ekivalen kran adalah panjang
pipa lurus yang memberikan gesekan terhadap aliran dengan yang
diberikan kran. Nilai panjang ekivalen ini tergantung derajat pembukaan
kran.
Orificemeter
Skema orificemeter (alat ukur debit aliran) adalah seperti gambar berikut :
1
2
Jika pipa dipasang penghalang yang tengahnya berlubang. Dengan adanya
penghalang tersebut luas penampang aliran menyempit (A2< A1), sehingga
kecepatan aliran 1 berbeda dengan di 2. Akibatnya tekanan di 1 berbeda
dengan di 2. Tekanan di 2 tidak dapat diukur tepat ditempatnya, tetapi bisa
didekati dengan tekanan sedikit dibelakang penghalang.
Persamaan kontinuitas aliran :
14
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
Karena ρ1 = ρ2, maka :
Neraca energi mekanis dengan anggapan z1 = z2, F = 0, W = 0 menghasilkan :
(
)
(
√
)
[
( ) ]
Debit aliran bisa dihitung sebagai :
Q = A2v2
(
√
)
[
( ) ]
Rumus tersebut perlu dikoreksi (faktor koreksi = coefficient of discharge =
Co), karena P2 tidak diukur tepat pada lubang orifice dan pada prakteknya
gesekan (F), sehingga diperoleh :
(
√
[
)
( ) ]
Maka P1 dan P2 dapat diukur, maka nilai Co bisa dihitung.
Floatmeter
Floatmeter adalah alat ukur debit aliran dengan sketsa prinsip seperti
tergambar.
Cairan mengalir ke atas lewat tabung yang luas penampangnya makin ke atas
makin besar. Dalam tabung terdapat padatan (float) yang jika tak ada cairan
akan tenggelam. Akibat adanya aliran, float akan naik. Jika debit aliran makin
besar, luas celah yang dibutuhkan untuk aliran makin besar, sehingga posisi
15
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
float akan makin tinggi (diameter tabung makin ke atas makin besar). Jadi ada
hubungan antara debit aliran dan posisi ketinggian float. Hal ini bisa
dimanfaatkan untuk alat ukur debit aliran.
1.3 Tujuan Percobaan
1. Membuat grafik hubungan debit dan head pompa
2. Membuat grafik hubungan panjang ekivalen kran (Le) dengan derajat
pembukaan kran
3. Membuat grafik hubungan antara Co dengan bilangan Reynold
orificemeter
4. Membuat grafik hubungan antara debit aliran dengan tinggi float.
5.
1.4 Percobaan
a. Bahan
Air dan air raksa untuk pengisi manometer pengukur beda tekanan
b. Alat
Rangkaian alat percobaan ditunjukkan secara skematis pada gambar
berikut :
P-8
Venturimeter
Orificemeter
Pipa 4
Pipa 3
Tangki
LI
Pipa 2
Pipa 1
Pompa
c.
Jalannya Percobaan
Dibuat sistem aliran seperti pada gambar di atas. Debit diatur dengan kran
dan kran sirkulasi. Debit air pada tangki diukur dengan mengukur jumlah
air yang lewat dengan gelas ukur dan mengukur waktu yang diperlukan.
Debit air pada tangki adalah volume dibagi waktu. Beda tinggi kolom air
16
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
pada pompa, kran dan orificemeter dicatat, demikian pula posisi
ketinggian float. Percobaan dilakukan berulang-ulang dengan debit aliran
yang dibuat berbeda. Diameter dalam pipa dan diameter orifice diamati
pula.
1.5 Hasil Pengolahan Data
Dibuat grafik-grafik seperti disebutkan dalam tujuan percobaan. Selanjutnya
dibandingkan dengan data dari pustaka, dan dilakukan pembahasan serta
penyimpulan.
17
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
TABEL ASISTENSI
NAMA
STAMBUK
KELOMPOK
KELAS
ASISTEN
JUDUL PENETAPAN
NO HARI/TGL
:
:
:
:
:
:
URAIAN
PARAF
KET
Makassar,
(
20
)
ASISTEN
18
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
PERCOBAAN III
ALAT PENUKAR PANAS (HEAT EXCHANGER)
1.1 Pengantar
Dalam pabrik kimia, proses pemanasan dan pendinginan bahan,
penguapan maupun pengembunan selalu dilakukan. Prinsip proses-proses
tersebut adalah menambahkan atau mengambil panas dari suatu bahan.
Medium pemberi panas adalah bahan yang suhunya lebih tinggi (pemanas)
sedang medium pengambil panas adalah bahan yang suhunya lebih rendah
(pendingin). Dalam hal ini panas berpindah dari tempat yang suhunya lebih
tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah.
Alat yang umum dipakai untuk penambahan atau pengambilan panas
disebut alat penukar panas atau heat exchanger.
1.2 Landasan Teori
Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu
tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama
sekali. Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan
suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.
Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung,
yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin
tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida
panas dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh
sekat-sekat pemisah. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung
melalui 3 cara yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
a. Konduksi (hantaran)
Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling
berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh
perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik.
Daya hantar panas konduksi (k) tiap zat berbeda-beda. Daya hantar
tinggi disebut penghantar panas (konduktor panas) dan yang rendah
adalah penyekat panas (isolator panas ).
Q = k * A * (T1-T2) / X
A : luas bidang perpindahan panas
X : Panjang jalan perpindahan panas(tebal)
q ; panas yang dipindahkan
b. Konveksi (aliran/edaran)
Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan
gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik.
Q = h * A * (T2 – T1)
19
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
c.
h = koefisien perpindahan panas suatu lapisan fluida.
Q = panas yang dipindahkan
A = luas perpindahan panas
Radiasi (pancaran)
Perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul).
Suatu energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya
(dari benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang
elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah
menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.
Gambar 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger
d.
e.
Panas dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Perpindahan seperti ini tidak memerlukan zat antara/media.
Q = σ . T4
Q = jumlah panas yang dipancarkan
T = suhu mutlak
σ = tetapan Stefan – Boltzman, = 4,92 kkal / (jam. m2.K4 )
Isolasi Panas
Mencegah kehilangan panas alat –alat, pipa-pipa steam/gas yang
bersuhu tinggi ke sekeliling yang suhunya lebih rendah, atau
sebaliknya.
Untuk alat-alat dengan suhu rendah, isolasi mencegah masuknya
panas karena suhu sekitarnya yang lebih tinggi.Isolasi juga mencegah
bahaya yangdapat timbul bila orang menyentuh permukaan benda
yang panas atau dingin sekali.
Perbedaan Suhu Rata-rata
Dalam perpindahan panas perbedaan suhu mengendalikan laju
pemindahan panas. Suhu fluida dalam alat sering tidak tetap. Untuk
perhitungan digunakan perbedaan suhu rata-rata.
20
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
(
)
(
)
(
)
(
)
Perbedaan suhu ini disebut perbedaan suhu rata-rata
logaritma (log mean temperature diffrence) disingkat LMTD
Q = U * A *(Δ T) LMTD
Shell And Tube Heat Exchanger
Gambar 2.Penukar Panas Jenis shell and Tube
Tipe-tipe yang dikenal dari jenis heat exchanger ini adalah :




Fixed tube sheet
Floating tube sheet
Tipe pipa U
Tipe fixed tube sheet dengan sambungan (bagian) ekspansi pada
shellnya.
21
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu :




Counter current flow (aliran berlawanan arah)
Paralel flow/co current flow (aliran searah)
Cross flow (aliran silang)
Cross counter flow (aliran silang berlawanan)
Komponen Heat Exchanger
Adapun komponen-komponen dari heat exchanger antara lain:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Heat Exchanger (HE)
Alat untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida bagi pemanasan
aliran fluida lainnya.
Heater
Untuk memanaskan (menaikkan suhu) suatu fluida proses.
Sebagai
pemanas digunakan steam atau fluida panas lain yang
ada.
Cooler
Untuk pendinginan (menurunkan suhu) suatu fluida proses. Sebagai
pendingin digunakan air, udara, atau fluida lain yg perlu dipanaskan.
Condensor
Pendingin (cooler) untuk mengembunkan (mengambil) panas
latennya.
Evaporator
Untuk menguapkan air dari larutan dan memperoleh larutan pekat.
Vaporazer
Untuk menguapkan cairan/pelarut yang bukan air.
Reboiler
Penyedia panas untuk menguapkan sebagian cairan, misalnya untuk
distilasi, absorpsi, stripping.
1.3 Tujuan Percobaan
Mengevaluasinilaikoefisienperpindahanpanaspermukaanpada shell and tube
heat exchanger.
1.4 Percobaan
Alat shell and tube heat exchanger dinyalakan, pendingin dialirkan.
Diatur suhu pemanas (Tw1) kemudian mengatur kecepatan alir pemanas.
Setelah kecepatan pemanas diatur maka kecepatan pendingin dan pemanas
dicatat.Setelah suhu yang diinginkan (Tw1) mendekati suhu pemanas yang
masuk maka semua suhu dicatat.
22
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
1.5 Hasil Pengolahan Data
Untukmenghitungnilaipanas yang ditransfertiapwaktudihitungdenganrumus :
Q =
m.cp.dt
UntukmenghitungLMTD :
(
)
LuasPermukaanuntukperpindahanpanas :
Kecepatanmassadihitungdenganrumus :
SehinggabilanganReynolddapatdihitungdenganrumus :
DAFTAR PUSTAKA
Artono Koestoer, Raldi .”Perpindahan Kalor”. Salemba Teknika. Jakarta 2002
Holman, JP. Alih bahasa E.Jasifi. “Perpindahan Kalor”. Penerbit
Erlangga.Jakarta.1995
MC. Cabe, W.L, Smith, JC, Harriot, P, “ Unit Operation of Chemical
Enginering”, 4th ed, Mc.Graw-Hill, New York, 1985, Chapter 11, 12, 15
Kern, DQ, “Process Heat Transfer”, Mc.Graw-Hill, New York, 1965
Kays,W.M. and London, A.L, “Compact Heat Exchanger”, 2 nd Edition McGrawHill, New York, 1964
Kern,D.Q. 1952.Process Heat Transfer.
23
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
TABEL ASISTENSI
NAMA
STAMBUK
KELOMPOK
KELAS
ASISTEN
JUDUL PENETAPAN
NO HARI/TGL
:
:
:
:
:
:
URAIAN
PARAF
KET
Makassar,
(
20
)
ASISTEN
24
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
PERCOBAAN IV
SEDIMENTASI
1.1 Tujuan Percobaan
Mempelajari cara pemisahan padatan dari suatu suspensi dengan
pengukuran laju pengendapan
1.2 Dasar Teori
Sedimentasi merupakan salah satu cara yang paling ekonomis untuk
memisahkan padatan dari suatu suspensi, bubur atau slurry. Operasi ini
banyak digunakan pada proses-proses untuk mengurangi polusi dari limbah
industri. Rancangan peralatan sedimentasi selalu didasarkan pada percobaan
sedimentasi pada skala yang lebih kecil.
Pada percobaan batch, bubur/slurry di endapkan dan laju pengendapannya
diukur dengan cara mengukur perpindahan batas antara fase (padatan dan
cairan), dari atas ke bawah. Setelah pengendapan berjalan selama waktu to,
periode pengendapan dengan laju tetap akan berlangsung beberapa saat dan di
ikuti oleh pengendapan dengan laju menurun. Kurva pengendapan dapat
dibagi dalam empat zona yang ditunjukkan pada gambar1 berikut:
Ho
Solid liquid
interface
zone 2
zona 2
fig 2
zona 4
Gambar 1. Kurva Pengendapan
Pembagian zona-zona pengendapan pada alat pengendap berisi lumpur
terlihat pada gambar 2. Cairan jernih produk pengendap (Zona 1) dan zona
kompresi (zona 3) menempati bagian terbesar dalam tangki pengendap. Pada
25
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
umumnya, zona pemekatan suatu suspensi (zona 2) sangta tipis dan kadangkadang tidak jelas terlihat. Kedalaman dari zona pemadatan (Compaction)
ditentukan dari karakteristik padatan dan rancangan alat. Pada peralatan
pengendap yang beroperasi secara komersial, mekanisme penggaruk (ruko)
dipasang pada dasar tangki pengendap untuk mempengaruhi pengumpulan
suspensi pekat dari dasar tangki.
1.3 Peralatan dan Bahan
Peralatan utama dalam percobaan ini adalah tabung klarifikasi seperti
ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
4
3
4
1
2
Gambar 2 Tabung Klarifikasi
26
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
Keterangan :
1. Tangki penampung
2. Pompa
3. Tabung klarifikasi
4. Zat uji
5. Kerangan sampel
6. Kerangan pengatrur
Dimensi alat keseluruhan :
Panjang
:2m
Lebar
:1m
Tinggi
: 3,5 m
Tabung sedimentasi :
Tinggi
: 275 cm
Diameter
: 15,24 cm
Utilitas :
-
Daya listrik
-
Air (PDAM atau sumur pompa)
: 300 watt
Peralatan-peralatan penunjang yang diperlukan pada percobaan sedimentasi
adalah sebagai berikut :
1. Neraca elektronik/ digital
2. Oven
3. Corong Buncher (3buah)
4. Labu erlenmeyer bercabang + sumbat (3 buah)
5. Kaca arloji (3 buah)
6. Gelas ukur 10 ml (3 buah)
27
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
7. Water jet
8. Botol semprot
9. Spatula
10. Tang/ pemegang benda panas
11. Kertas filter
12. Selang
13. Kertas Ph
14. Tangga
15. Stopwatch
16. Mistar
Bahan-bahan yang diperlukan :
1. Padatan CaCO3
2. Air
3. Koagulan Al2(SO4)3
4. Asam dan basa (HCl dan NaOH)
5. Aquades
Prosedur Percobaan :
1. Memasukkan zat uji
-
Cairan yang mengandung padatan ditampung pada tangki penampung
kemudian dipompakan ke dalam tabung klarifikasi melalui bagian
bawah tabung tersebut hingga mencapai ketinggian tertentu.
-
Catat harga ketinggian tersebut dan tandai permukaan cairan tersebut
sebagai titik acuan pengukuran kedalaman.
2. Pengambilan sampel
-
Ambil 3 sampel pada tiap kedalamn tertentu masing-masing sebanyak
10 ml dengan menggunakan gelas ukur dan catat harga kedalaman
tersebut.
-
Lakukan hal tersebut diatas untuk setiap waktu tertentu
28
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
3. Menganalisa sampel
-
Timbang kertas filter kering + kaca arloji dengan menggunakan
neraca elektronik dan catat harganya
-
Masukkan filter tersebut ke dalam permukaan corong buchler hingga
menutupi seluuruh permukaan.
Dengan D= diameter dalam pipa dan L = Panjang pipa, selanjutnya dihitung
Dalam hal ini (lihat teori di muka)
(
)
Pustaka mengatakan bahwa koefisien perpindahan panas pengembunan steam
sangat besar, sehingga tidak mengontrol. Diperoleh :
Atau
Ui = hi
Dari data percobaan diperoleh berbagai data hi pada berbagai debit aliran (V)
kecepatan aliran air dalam pipa dapat dihitung dengan :
Selanjutnya dibuat grafik hubungan
versus bilangan reynolds (Re =
).
Nilai k (konduktivitas panas air) dapat diperoleh dibandingkan dengan pustaka,
lalu dibahas dan disimpulkan.
DAFTAR PUSTAKA
Brown, G,G., 1950, “ Unit Operation”, Modern Asia Edition, John Willey and
Sons Inc,. New York
Foust, A. S., 1980, “ Principles of Unit Operations”, 2 ed., John Wiley and Sons
Inc., New York.
Kern., D.Q 1950, “Process Heat Transfer”, Mc Graw Hill Book Company. Inc.,
New York.
29
Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia I
TABEL ASISTENSI
NAMA
STAMBUK
KELOMPOK
KELAS
ASISTEN
JUDUL PENETAPAN
NO HARI/TGL
:
:
:
:
:
:
URAIAN
PARAF
KET
Makassar,
(
20
)
ASISTEN
30