PERPINDAHAN PANAS TANGKI
BERPENGADUK
(STIRRED TANK REACTOR)
I.
Tujuan
Percobaan
·
Dapat menghitung koefisien keseluruhan perpindahan panas untuk
STR.
·
Dapat menghitung koefisien film perpindahan
panas untuk STR.
·
Dapat memahami proses perpindahan panas didalam tangki berjaket
berpengaduk yang tergolong dalam kelompok proses unsteady state.
II.
Alat
dan Bahan
Alat yang digunakan :
·
Stirred
tank reactor : 1 unit
·
Termokopel :
1
buah
·
Termometer : 2 buah
·
Ember
:
4
buah
·
Gelas Piala (Plastik) : 1 buah
Bahan Yang Digunakan :
·
Air 100 liter
III.
Dasar
Teori
Perpindahan panas dalam tangki berpengaduk berjaket
sangat berbeda dengan proses perpindahan yang biasa anda jumpai. Hal
ini disebabkan karena proses yang terjadi adalah proses tak tetap (unsteady state). Jadi koefisien perpindahan panas (U) tidak dapat
digunakan dalam persamaan Fourier. Q
= U.A.Δt. Persamaan Fourier hanya
dapat digunakan bila tangki beroperasi kontinu (steady state).
Persamaan yang harus digunakan adalah persamaan untuk
tangki berjaket berpengaduk dengan pemanas dengan pemanas non-isothermal (air).
Dari persamaan 1 kita dapatkan harga W (laju alir fluida
panas) yang kemudian disubstitusikan ke persamaan 2 untuk mendapatkan harga K1
dan persamaan 3 kita dapatkan harga U. Untuk perhitungan koefisien film dinding
kita mempergunakan hubungan sebagai berikut :
Hukum Fourier
Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui
konduksi ialah berupa kesebandingan yang ada antara laju alir kalor melintas permukaan
isotermal dan gradien suhu yang terdapat pada permukaan itu. Hubungan umum ini
berlaku pada setiap lokasi di dalam suatu benda, pada setiap waktu disebut
Hukum Fourier yang ditulis sebagai :
Konduktivitas
Termal
Hukum Fourier
menyatakan bahwa k tidak tergantung pada gradien suhu tetapi tidak selalu
demikian halnya terhadap suhu itu sendiri. Di lain pihak, k merupakan fungsi
suhu. Walaupun bukan fungsi kuat. Untuk jangkauan yang tidak konstan, k dapat
dianggap konstan. Tetapi untuk jangkauan suhu yang lebih besar, konduktivitas
termal dapat didekati dengan persamaan dalam bentuk :
K = a + bT
Dimana : a dan b = konstanta empirik
Nilai k dapat dihitung dengan mencari rata-rata aritmetik
dan k pada kedua suhu permukaan, T1 dan T2 atau dengan
menghitung rata-rata aritmetik suhu dan menggunakan nilai k pada suhu itu.
KONDUKSI
KALOR KEADAAN TAK STEADY
Stirred Tank Reactor (STR)
Stired
Tank (tangki berpengaduk) dalam
industri kimia digunakan untuk reaksi-reaksi batch ‘tumpak’ dalam skala kecil. Alat ini terdiri dari tangki
silindris yang dilengkapi dengan agitator ‘pengaduk’. Tangki ini digunakan
untuk pemanasan atau pendinginan, dipakai jaket sehingga air panas atau air
dingin dapat dialirkan (dipindahkan).
Pengadukan dipakai dalam berbagai aplikasi, misalnya
dispersi suatu zat terlarut dalam suatu pelarut, penyatuan dua cairan yang
dapat dicampur, produksi slurry dari
padatan halus didalam suatu cairan, pengadukan suatu cairan homogen untuk
meningkatkan heat transfer ke cairan.
Peralatan pengaduk mempunyai berbagai macam variasi
menurut aplikasinya.
1.Axial flow impeler, untuk cairan viskositas sedang
yang memerlukan gerakan cepat.
2.Flat blade turbine, yang menghjasilkan aliran turbulen
pada arah radial, tetapi memerlukan power
yang lebih besar.
3.Turbin untuk pengadukan yang merata sekali.
4.Anchor impeller, untuk tingkat turbulensi rendah
dan efektif digunakan untuk tangki yang dipanaskan atau didinginkan dengan
jaket.
5.Helical impeller, untuk pengadukan padat cair atau
untuk mengaduk pasta, lumpur, atau adonan.
Gambar
1. Batch Stirred Reactor
Proses perpindahan panas dalam tangki berpengaduk
dapat
digolongkan sebagai
proses non isothermal, unsteady state karena aliran panas dan suhu berubah terhadap waktu. Penurunan dan penggunaan persamaan neraca
energi dan persamaan yang
menghubungkan bilangan tak berdimensi mengikuti asumsi-asumsi berikut :
1. U bernilai bernilai
konstan untuk proses dan pada seluruh
permukaan perpindahan panas, sehingga U proses adalah constan.
2. Laju alir fluida panas adalah
konstan.
3. Panas spesifik fluida panas dan fluida dingin konstan selama proses.
4. Suhu fluida pemanas yang masuk dalam jacket konstan
5. Pengadukan menghasilkan suhu cairan yang merata.
6. Tidak terjadi
perubahan fasa parsial.
7. Panas yang hilang dapat diabaikan
Uraian
Proses Stirred Tank Reactor :
Keran udara tekan dibuka untuk menghidupkan kontrol panel
dan menggerakkan katup pneumatik. Kemudian keran air dibuka dan air dipompakan
ke dalam jaket. Air akan memenuhi jaket dan keluar pada bagian outlet menuju ke
Y Joint, disini air akan dipanaskan
dengan bantuan steam yang
diinjeksikan oleh katup pneumatik (sebelumnya valve steam dibuka terlebih dahulu). Air yang panas masuk ke
separator dimana gas yang terbentuk akan
mengalir ke atas sedangkan cairannya akan kembali ke dalam jaket dan
bersirkulasi. Air panas didalam jaket akan memanaskan cairan didalam reaktor
sampai suhu mencapai set point (70oC).
Gas dari separator akan terjebak didalam steam
trap sehingga terkondensasi menjadi cairan dan di kembalikan ke tangki
penampung.
I.
Gambar Alat (Terlampir)
II.
Langkah Kerja
·
Persiapan
1. Mempelajari
gambar dan menguasainya.
2.
Membuka
katup/kran udara tekan.
3.
Menghidupkan
saklar utama.
4.
Menghidupkan
peralatan proses PCT 10 untuk ukuran T2.
5.
Membuka
keran utama air yang menuju ke kondensor kecil (dari tangki utama penyimpanan
air).
6.
Menghidupkan
pompa sirkulasi air dalam jaket (tombol hijau). Menunggu sampai tekanan stabil.
7.
Membuka
katup kran utama uap.
8.
Pada panel kontrol TIC 7 (suhu masuk air
pemanas = T1)
-
Menekan SP (Set Point) tombol hijau
-
Memasukkan
angka 70
-
Menekan
lagi sampai PV (processing value)
menyala merah
9.
Pada panel control TIC 6
-
Menekan
sampai pv (processing value) menyala
merah
-
Mematikan
semua tombol kuning dan hijau
10.
Untuk
mempercepat proses pemanasan awal, mengatur TIC 7 secara manual (pembukaan
katup V5).
-
Menekan tombol kuning (manual) sampai menyala
-
Menekan
sampai harga naik mencapai 90% atau maksimal.
-
Bila
air didalam jaket mencapai 50%, menekan sampai menunjukkan 60%
-
Mematikan
tombol kuning.
11.
Menunggu
sampai keadaan suhu air pemanas dalam 70 °c.
12.
Menyiapkan
air sebanyak 100 kg/liter
13.
Menentukan
kecepatan putaran pengaduk dan hitung rpm-nya.
14.
Mematikan
pengaduk.
·
Pengamatan
15.
Bila
suhu air telah stabil, memastikan pengaduk dalam keadaan tidak berputar. Segera
memasukkan semua air bersih tadi dengan menggunakan pompa listrik.
16.
Menghidupkan
stopwatch bersamaan dengan pengaduk
setelah memasukkan semua air (100 liter).
17. Mencatat
data-data t, T1, T2 setiap interval 4 menit.
18.
Menghentikan
pengambilan data bila suhu T1 = T2 atau bila isi reaktor
mencapai set pointnya.
19.
Mengukur
ketinggian air dari dasar tangki.
20.
Mengatur
kecepatan pengaduk (rpm) untuk percobaan berikutnya, kemudian mematikan.
21.
Mengosongkan
isi reaktor/tangki.
III.
Data
Pengamatan
Waktu
(menit)
|
Reaktor (oC)
|
Jacket (oC)
|
C
(kal/goC)
|
||
t1
|
t2
|
T1
|
T2
|
||
0
|
43
|
48
|
63
|
58
|
1,0
|
2
|
48
|
50
|
65
|
60
|
1,0
|
4
|
50
|
52
|
66
|
62
|
1,0
|
6
|
52
|
53
|
67
|
64
|
1,0
|
8
|
56
|
58
|
69
|
66
|
1,0
|
10
|
58
|
60
|
70
|
67
|
1,0
|
12
|
60
|
62
|
70
|
68
|
1,0
|
14
|
62
|
63
|
71
|
69
|
1,0
|
16
|
63
|
63
|
72
|
70
|
1,0
|
dengan cara yang sama maka perhitunhan pada tiap menit
ke- dapat dianalogikan dalam tabel beikut ini.
Waktu
|
K1
|
U
|
hi
|
2
|
1,438
|
35613,06
|
42,86
|
4
|
1,143
|
13109,59
|
27,41
|
6
|
1,119
|
11075,77
|
25,55
|
8
|
1,043
|
4144,79
|
17,57
|
10
|
1,111
|
10354,79
|
24,87
|
12
|
1,122
|
11358,03
|
25,82
|
14
|
1,098
|
4731,29
|
18,44
|
16
|
0
|
0
|
0
|
I.
Analisa
Percobaan
Dari praktikum yang telah dilakukan dapat
dianalisa bahwa terjadi perpindahan panas melalui alat stired tank reator
(STR). Perpindahan panas pada STR ini dapat terjadi secara konduksi, konveksi,
dan radiasi. Pada alat STR ini dilengkapi jacket yang berfungsi sebagai media
pemanas yang dihasilkan dari steam yang kemudian secara konduksi mentransfer
panas ke dalam reaktor yang berisi umpan.
Selain
dilengkapi dengan jacket, alat STR ini juga dilengkapi dengan agitator
(pengaduk). Pengaduk ini berfungsi sebagai dispers suatu zat terlarut dalam
suatu pelarut dan pengadukan suatu cairan homogen untuk meningkatkan heat
transfer ke cairan.
Secara
diagram alir pada STR ini, air dari sumber air masuk kea alat STR sebelumnya
terbagi menjadi dua aliran yaitu sebagai pendingin pada condenser tipe shower
dan aliran utama yang menuju jacket dikontakkan dengan steam pada suatu temuan
atau penghubung yang terbentuk y. selanjutnya air panas yang telah terkontak
dengan steam tadi akan menuju jacket kembali dan terjadi sirkulasi secara
terus-menerus hingga didapatkan set point yang diinginkan. Kemudian dicatat
temperatur masuk dan keluar reactor serta temperatur masuk dan keluar jacket
sebagai data yang digunakan untuk perhitungan koefisien film dinding dalam.
Dari perhitungan yang didapatkan untuk waktu t = 2 menit, nilai hi
nya yaitu 42,86 sedangkan untuk waktu 16 menit nilai hi = 0
karena temperatur in dan out reaktor adalah sama yaitu 63oC.
II.
Kesimpulan
Pada percobaan stirred tank reactor yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :
·
Perpindahan
panas terjadi yaitu secara konveksi dan konduksi.
·
Proses
perpidahan panas STR terjadi secara unsteady state (tidak mantap) dan non
isothermal
·
Nilai
hi
untuk t = 2 menit yaitu 42,86 sedangkan untuk t = 16 (akhir) yaitu 0
Daftar Pustaka
Holman, J.P. 1994. Perpindahan
Kalor Edisi 6. Jakarta : Erlangga
http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/IMMOB/stirredt.html
http://www.scribd.com/doc/46208685/Stirred-Tank2
Jobsheet. 2016. Penuntun
Praktikum Pilot Plant. Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang
Gambar
Alat
Stirred Tank Reactor
No comments:
Post a Comment