Proses Pencampuran Bahan Kimia.docx

PROSES PENCAMPURAN BAHAN KIMIA

Prinsip-Prinsip Pencampuran Bahan Kimia Pengertian Industri kimia merupakan industri yang kompleks. Kompetensi peserta didik lulusan kompetensi keahlian kimia industri meliputi menyiapkan bahan baku dan bahan penunjang, melakukan pencampuran bahan kimia, melakukan operasi teknik kimia, melakukan proses industri kimia, dan menangani peralatan industri kimia. Menangani peralatan industri kimia dimulai dari melakukan pemeriksaan, melakukan persiapan, mengoperasikan, sampai melakukan perawatan peralatan industri kimia. Pencampuran bahan merupakan salah satu proses penting dalam industri kimia. Pencampuran adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain demikian pula sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam keadaan dua fase atau lebih yang akhirnya membentuk hasil yang lebih seragam (homogen). Pada proses pencampuran diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan bahan-bahan sehingga didapat hasil yang homogen. Gaya mekanik diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun dihasilkan oleh alat pencampur. Beberapa peralatan yang biasa digunakan untuk mencampur zat cair dapat juga digunakan untuk mencampur zat padat atau pasta, dan demikian juga sebaliknya. Operasi teknik yang berkaitan dengan pencampuran antara lain pemecahan dan penggilingan, ekstraksi, absorpsi, adsorpsi, pembuatan larutan, dan penukaran ion. Sedangkan proses industry kimia pada dasarnya merupakan operasi penggabungan atau penguraian secara kimia. Dengan demikian proses industry kimia pada dasarnya merupakan operasi pencampuran dengan reaksi kimia tertentu, misalnya hidrogenasi, klorinasi, fotosintesis, adisi, polimerisasi, dan reduksi-oksidasi (redoks). Tujuan Pencampuran Bahan Beberapa tujuan yang perlu diperhatikan pada proses pencampuran antara lain:      

Menghasilkan campuran bahan dengan komposisi tertentu dan homogen. Mempertahankan kondisi campuran selama proses kimia dan fisika agar tetap homogeny Mempunyai luas permukaan kontak antar komponen yang besar Menghilangkan perbedaan konsentrasi dan perbedaan suhu, mempertukarkan panas Mengeluarkan secara merata gas-gas dan uap-uap yang timbul. Menghasilkan bahan setengah jadi agar mudah diolah pada proses selanjutnya, atau menghasilkan produk akhir (produk komersial) yang baik.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pencampuran Bahan Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pencampuran, waktu pencampuran dan energi yang diperlukan untuk pencampuran adalah : Aliran Aliran yang turbulen dan laju alir bahan yang tinggi biasanya menguntungkan proses pencampuran. Sebaliknya, aliran yang laminar dapat menggagalkan pencampuran. Ukuran Partikel/Luas Permukaan Semakin luas permukaan kontak bahan-bahan yang harus dicampur, yang berarti semakin kecil partikel dan semakin mudah gerakannya di dalam campuran, maka proses pencampuran semakin baik. Kelarutan Semakin besar kelarutan bahan-bahan yang akan dicampur satu terhadap lainnya, semakin baik pencampurannya. Pemilihan Alat Pencampur Pemilihan alat pencampur dan juga metode pencampuran terutama didasarkan pada:  Jenis-jenis bahan yang akan dicampur  Jenis campuran yang akan dibuat  Jumlah campuran yang akan dibuat  Derajat pencampuran yang ingin dicapai Maksud Pembuatan Campuran Sistem Operasi (Kontinu, Terputus-Putus) Selain hal-hal tersebut diatas, salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan peralatan yang harus digunakan dalam pencampuran adalah fase dari bahan yang akan dicampur. Berikut akan dibahas pencampuran berdasarkan fase dari bahan yang dicampur. Pencampuran Bahan Cair-Cair Pencampuran cairan dengan cairan digunakan untuk mempersiapkan atau melangsungkan proses-proses kimia dan fisika serta juga untuk membuat produk akhir yang komersial. Alat yang digunakan untuk pencampuran bahan cair-cair dapat berupa tangki atau bejana yang dilengkapi dengan pengaduk. Tangki atau bejana biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal, bagian atas bejana itu bias terbuka saja ke udara atau dapat pula tertutup. Ujung bawah tangki itu biasanya agak membulat, jadi tidak datar saja, maksudnya agar tidak terdapat terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulit ditembus arus zat cair. Ke dalaman zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki. Di dalam tangki itu dipasang pengaduk (impeller) pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor, yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu, namun biasanya dihubungkan melalui peti roda gigi untuk menurunkan kecepatannya.

Gambar 1. Alat pencampuran cair-cair Pencampuran Bahan Padat-Cair Pada proses pembuatan produk industri kimia yang siap untuk diperdagangkan dan pada pengolahan produk setengah jadi, seringkali bahan-bahan padat harus dicampurkan dengan sejumlah kecil cairan. Di sini dapat terbentuk bahan padat yang lembab atau campuran yang sangat viskos seperti pasta atau adonan. Seringkali cairan harus juga ditambahkan ke dalam pasta, adonan atau massa yang plastis tersebut. Contoh :   

Mencampur serbuk dengan cairan untuk membuat butiran-butiran (granulat) Mencampur pasta pada industri farmasi dan kosmetik dengan bahan-bahan aktif. Mencampur masa sintetik yang plastis dengan bahan-bahan penolong (misalnya bahan pelunak, stabilisator, bahan pewarna). Alat yang digunakan dapat berupa tangki atau bejana vertikal yang berbentuk silinder, bahan digilas dan diuli oleh satu atau dua perkakas campur yang mirip pengaduk.

Gambar 2. Alat Pencampur Padat-Cair

Pencampuran Bahan Padat-Padat Pencampuran dua atau lebih dari bahan padat banyak dijumpai yang akan menghasilkan produk komersial industri kimia. Contoh : 

Pencampuran bahan pewarna dengan bahan pewarna lainnya atau dengan bahan penolong untuk menghasilkan nuansa warna tertentu atau warna yang cemerlang.

Alat yang digunakan untuk pencampuran bahan padat dengan padat dapat berupa bejanabejana yang berputar, atau bejana-bejana berkedudukan tetap tapi mempunyai perlengkapan pencampur yang berputar, ataupun pneumatik. Pencampuran Bahan Cair-Gas Untuk proses kimia dan fisika tertentu gas harus dimasukkan ke dalam cairan, artinya cairan dicampur secara sempurna dengan bahan-bahan berbentuk gas. Contoh :    

Proses hidrogenasi, khorinasi dan fosfogensi Oksidasi cairan oleh udara (fermentasi, memasukkan udara ke dalam lumpur dalam instalasi penjernih biologis) Meningkatkan kadar (melarutkan) gas dalam cairan (misalnya HCL dalam air, oksigen dalam cairan-cairan) Membangkitkan basa (misalnya busa pemadam api).

Menghitung Komposisi Campuran Jika bahan A dicampur dengan bahan B, maka kadar A dalam campuran dalam persen massa adalah: Kadar A = (massa A)/(massa campuran).100%= A/(A+B).100% Keterangan: A = massa benda A, kg B = massa benda B, kg Soal 1 Sebanyak 23 kg garam dapur (NaCl) dicampur dengan 27 kg air. Tentukan kadar NaCl dalam larutan yang terbentuk! Berapa kilogram gula yang terdapat dalam 12,5 kg larutan gula yang kadarnya 25% massa Jika campuran bahan A dan B ditambah lagi bahan B, maka prinsip perhitungannya adalah pengenceran larutan: K_1 m_1=K_2 m_2 K1 = kadar campuran pertama, % K2 = kadar campuran kedua (setelah diencerkan), % m1 = massa campuran pertama, kg m2 = massa campuran kedua (massa campuran pertama + massa B), kg Soal 2 Sebanyak 10 kg larutan NaOH dalam air berkadar 30% massa ditambah dengan 40 kg air. Tentukan kadar NaOH dalam larutan yang terjadi. Berapa kg air harus ditambahkan ke dalam 15 kg larutan KCl 40% agar dihasilkan larutan

KCl 10%? Jika dua macam campuran dicampurkan, maka akan terbentuk campuran baru yang kadarnya terletak di antara campuran pertama dan campuran kedua: Kadar campuran baru = (K_1 m_1+K_2 m_2)/(m_1+m_2 ) Soal 3 Sebanyak 15 kg larutan H2SO4 40% massa dicampur dengan 35 kg larutan H2SO4 20% massa. Tentukan kadar H2SO4 dalam larutan yang terjadi! Sebanyak 15 kg larutan NaOH 10% dicampur dengan 45 kg larutan NaOH 40%, kemudian ditambah lagi dengan 40 kg larutan NaOH 20%. Tentukan kadar NaOH dalam larutan yang terbentuk! Berapa perbandingan massa larutan KCl 20% dan larutan KCl 50% yang harus dicampurkan agar diperoleh 50 kg larutan KCl yang berkadar 40% Neraca Massa Pencampuran Larutan Proses produksi di industry kimia biasanya dikategorikan menjadi dua, yaitu batch (tumpak, sekali jalan) dan kontinu (sinambung, tak pernah berhenti). Pada tahap awal proses akan terjadi pengisian (feed, charge) dan pada akhir proses akan terjadi pengosongan (discharge). Di antara pengisian dan pengosongan tergapat proses steady (mantap). Proses steady umumnya berlaku hukum kekekalan massa. Hukum kekekalan massa menyebutkan bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi tetap. Dapat pula dinyatakan bahwa massa zat yang masuk ke dalam proses sama dengan massa zat yang keluar dari proses. Hukum kekekalan massa dapat dinyatakan sebagai berikut: Berdasarkan diagram alir di atas maka berlaku: F1 + F2 + F3 = P Persamaan tersebut disebut neraca massa total. Neraca massa penyusun dapat ditentukan dari fraksi massa zat pada masing-masing bagian (arus bahan). Misalkan akan dibuat 50 kg larutan KCl 40% dengan mencampurkan larutan KCl 20% dan larutan KCl 50%. Susunlah neraca massanya Diketahui: x_A=0,20 x_B=0,50 x_C=0,40 C = 50 kg Neraca massa total: A + B = 50 B = 50 – A ……………………………………………….. (1) Neraca massa penyusun: KCl : xA.A + xB.B = xC.C (0,20)A + (0,50)B = (0,4)(50) (0,20)A + (0,50)B = 20 …………………………………. (2)

Pers (1) dan (2) disatukan, diperoleh: (0,20)A + (0,50)(50 – A) = 20 (0,20)A + 25 – 0,50A = 20 25 – 20 = 0,5A - 0,2A 5 = 0,3A A = 5/0,3=16,67 kg B = 50 – 16,67 = 33,33 kg

TABEL NERACA MASSA DALAM KG/JAM PENYUSUN MASUK KELUAR KCl 40% KCl 20% KCl 50% KCl 3,33 Air 13,33 16,67 33,33 50 50 50 Soal Akan dibuat 250 kg campuran asam yang mempunyai komposisi HCl 14,4%, HNO3 30,4% dengan cara mencampurkan HCl 40%, asam sisa proses yang mengandung HCl 10% dan HNO3 20%, dan mencampurkan HNO3 60%. Berapa massa masing-masing larutan yang harus dicampurkan. Campuran asam bekas proses nitrasi, mengandung 33% massa H2SO4, 36% massa HNO3, dan sisanya air. Asam ini dipekatkan dengan penambahan H2SO4 95% dan HNO378%. Asam yang diinginkan sebanyak 1500 kg dengan susunan H2SO4 40% dan HNO3 43%. Hitung massa asam-asam yang harus dicampurkan. Campuran asam terdiri dari 20% massa asam nitrat, 55% massa asam sulfat, dan sisanya air. Campuran ini akan dipekatkan dengan menambahkan asam sulfat 98% dan asam nitrat 90%. Hitung larutan-larutan yang harus dicampurkan untuk mendapatkan 150 kg campuran asam yang susunannya 28% asam nitrat, 62% asam sulfat, dan 10% air. PEMBAHASAN Diketahui: F1 = A = larutan campuran HNO3 20%, H2SO4 55%, dan air 25% F2 = B = larutan H2SO4 98% dan air 2% F3 = C = larutan HNO3 90% dan air 10% P = D = asam hasil mengandung HNO3 28%, H2SO4 62%, air 10% =150 kg

NERACA MASSA TOTAL A + B + C = 150 --------------------------------------- (1) NERACA PENYUSUN HNO3 : 0,2A + 0,9C = 0,28.150 0,2A + 0,9C = 42 ----------------- (2) H2SO4 : 0,55A + 0,98B = 0,62.150 0,55A + 0,98B = 93 ---------------- (3) Dan (2): 0,2A + 0,2B + 0,2C = 0,2(150) 0,2A + 0,2B + 0,2C = 30 0,2A + 0,9C = 42 ------------------------------------- 0,2B – 0,7C = -12 (0,2B-0,7C= -12)/0,2 B-3,5C= -60 ---------------------------- (4) dan (3) A + B + C = 150 0,55A + 0,55B + 0,55C = 0,55(150) 0,55A + 0,55B + 0,55C = 82,5 0,55A + 0,98B = 93 ------------------------------------------------- -0,43B + 0,55C = -10,5 (-0,43B+0,55C= -10,5)/0,43 -B+1,28C= -24,42 B-1,28C= 24,42 --------------------------(5) dan (5) B-3,5C= -60 B-1,28C= 24,42 ------------------------------- -2,22C= -84,42 C=(-84,42)/(-2,22)= 84,42/2,22=38,027 kg

Pers (4) B-3,5C= -60 B =3,5C-60 B =3,5(38,027)-60 B =133,0945-60 B =73,0945 Pers (1) A=150-B-C A=150-73,0945-38,027 A=38,91

RANGKUMAN Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain demikian pula sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam keadaan dua fase atau lebih yang akhirnya membentuk hasil yang lebih seragam (homogen). Tujuan mixing antara lain menghasilkan campuran bahan dengan komposisi tertentu dan homogen, memperluas permukaan kontak antar komponen, dan menghasilkan bahan setengah jadi atau menghasilkan produk akhir (produk komersial) yang baik. Mixing dipengaruhi oleh berbagai faktor antara lain: aliran bahan, ukuran partikel, dan kelarutan. Pemilihan alat pencampur dan metode pencampuran didasarkan pada: jenis-jenis bahan yang akan dicampur, jenis dan jumlah campuran yang akan dibuat, tujuan pencampuran, dan system operasi yang digunakan. Berbagai jenis alat pencampur dapat dipilih berdasarkan bahan yang akan dicampur, antara lain bahan cair-cair, padat-cair, padat-padat, dan cair-gas. Perawatan dilakukan antara lain memberikan pelumas pada tangki pengaduk, mengamplas dan memoles bagian logam, memasang alat pengurang kelembaban, dan mengemas rapat.