Proses Mixing

BAB I

 PENDAHULUAN

I.1. PENGERTIAN

Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan sering amat bergantung pada efektifnya pengadukan dan pencampuran zat cair dalam prose situ. Istilah pengadukan dan pencampuran seringkali dianggap sama. Padahal sebenarnya mempunyai arti yang berbeda.

Pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan didalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi. Sedangkan Pencampuran (mixing) merupakan salah satu proses penting dalam industri kimia. yaitu 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). Suatu bahan tunggal tertentu, misalnya air satu tangki dapat diaduk, tetapi tidak dapat dicampur, kecuali jka ada suatu bahan lain yang ditambahkan pada air itu (mis: air panas, minyak tanah atau serbuk padat). 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.

Pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk yang utuh (berupa campuran) dari beberapa bahan, artinya bahan-bahan tersebut saling menyebar secara acak dan merata. Campuran yang rata dinamakan campuran homogen. Bahan yang dicampur bisa berbentuk cair dengan padat, cair dengan cair, bahkan cair dengan gas. Berbagai proses pencampuran banyak dilakukan di industri pangan, seperti pencampuran susu dengan cokelat, minyak dengan tepung, dan sebagainya. Kegiatan pencampuran ini melibatkan berbagai jenis alat pencampur atau mixer.

I.2. TUJUAN

Tujuan Pengadukan

Tujuan pengadukan antara lain:

• Untuk membuat suspensi partikel zat padat
• Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible, umpamanya metil alkohol dan air)
• Untuk menyebarkan (disperse) gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil
• Untuk menyebarkan zat cair yang tidak  dapat bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus
• Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor

Tujuan Pencampuran Bahan

Dalam pencampuran,dua jenis bahan atau lebih yang sebelumnya dalam keadaan terpisah dihim­pun dan disatukan sehingga diperoleh campuran yang homogen dan mempunyai komposisi bahan seperti yang dikehendaki.

Homogen berarti untuk volume campuran yang sangat kecil pun, komposisi tersebut sesuai dengan perbandingan bagian antar bahan yang dimasukkan.

Pencampuran merupakan salah satu itu proses terpenting dalam industri kimia. Di samping bahan-bahan yang diproses, sering pula bahan-bahan bakar harus ditambahkan ke dalam campuran, contohnya bahan bakar dan udara.

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 homogen
• 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.

Proses pencampuran yang banyak dilakukan di industri pangan antara lain:

(1) Pengadukan, (2) Pendispersian, (3) Pengemulsian, dan (4) Pengadonan.

Beberapa contoh operasi pencampuran :

Klasifikasi Pencampuran	Proses yang digunakan	Contoh
Bahan terlarut Bahan tidak terlarut	Pengadukan Pengadukan Pengemulsian	- melarutkan gula, sirup - menambahkan asam pada susu - flavouring pada soft drink - mencegah pemisahan krim susu   dalam tangki susu - mencampur uap air dan minyak pada pembuatan bahan untuk margarin - salad dressing - milk dressing - mayonnaise
Padatan di dalam larutan	Pendispersian	- mencampur kristal gula dalam susu kental manis - mendispersikan tepung (susu atau coklat) kedalam cairan
Pasta	Pengadonan	- pengadukan untuk membuat adonan cake

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pencampuran Bahan

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pencampuran, waktu pencampuran dan energi yang diperlukan untuk pencampuran adalah :

-          Aliran

-          Ukuran partikel

-          Kelarutan

-          Beberapa faktor lain yang mcmpengaruhi proses pencampuran adalah misalnya: viskositas cam­puran (campuran yang viskos mengkonsumsi energi yang besar), jenis bahan, urutan pengum­panan bahan, bahan penolong.

Sebagai hasil pencampuran dapat terbentuk campuran heterogen. koloid atau larutan sejati.

Jika sebagian bahan tidak larut dalam bahan kedua yang homogen, maka campuran tersebut dinamakan dispersi dan proses pencampuran disebut pendispersian. Dalam dispersi terdapat bahan terdispersi yang disebut fasa dispersi dan bahan pendispersi yang disebut fasa kontinu. Proses untuk memperkecil ukuran fasa dispersi disebut homogenisasi.

           

Macam-Macam Aliran Fluida

Aliran fluida dapat dikategorikan:

1. Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan

2. Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.

3. Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.

                       

                                                Gambar I.1.Macam-macam aliran fluida

Konsep Dasar

Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen.

•          Bilangan Reynolds pada pipa lurus

D   = Diameter pipa (m)

v    = Kecepatan fluida dalam pipa (m/s)

ρ    = densitas fluida dalam pipa (kg/m³)

μ    = Viskositas fluida dalam tangki (Pa.s atau kg/m.s)

•          Bilangan Reynolds pada tangki berpengaduk

Dimana            Da = Diameter pengaduk (m)

Dt  = Diameter tangki (m)

N   = kecepatan putar pengaduk (putaran/s)

ρ    = densitas fluida dalam tangki (kg/m³)

μ    = Viskositas fluida dalam tangki (Pa.s atau kg/m.s)

W   = ketebalan pengaduk

  BAB II

                                                PENCAMPURAN BAHAN

II.1.  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.

Contoh:

·         Membuat larutan atau membuat tetesan-tetesan cairan supaya tetap terdispersi dalam sistem untuk berlangsungnya reaksi-reaksi kimia.

·         Membuat campuran heterogen sementara untuk perpindahan massa (misalnya ekstraksi dari cairan).

·         Membuat produk akhir (misalnya sirop, larutan injeksi, obat tetes).

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 bisa 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. Kedalaman 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

Tangki yang dilengkapi dengan pengaduk biasanya digunakan untuk mencampur bahan yang terlarut, baik cair-cair maupun padat-cair. Bahan cair, yang biasanya berjumlah lebih banyak, dimasukkan terlebih dulu kedalam tangki kemudian pengaduk dijalankan. Setelah bahan cair tadi berputar atau teraduk baru dimasukkan bahan yang akan dicampurkan. Pengadukan diteruskan sampai semua bahan tercampur rata / larut sempurna.

Untuk mencampur cairan, propeller mixers adalah jenis alat yang paling umum digunakan dan paling baik hasilnya. Alat ini terdiri dari tangki silinder yang dilengkapi dengan propeller / blades beserta motor pemutar. Bentuk pengaduk didesain sedemikian rupa sehingga proses pencampuran dapat berlangsung cepat dan menghasilkan campuran yang rata

                       

                        Gambar  II.1. Alat pencampuran cair-cair

                       

                        Gambar II.2. Posisi agitator dalam tangki dan arah aliran cairan

Proses pelarutan dapat dipercepat terus dengan memperluas bidang kontak antar cairan atau dengan mengusahakan timbulnya aliran turbulen di dalam bahan.

Metode yang paling sering digunakan untuk mencampur cairan dengan cairan ialah menghembuskan turbulensi di dalam bejana pengaduk dengan alat pengaduk atau dengan pencampur getar.

Metode lainnya adalah misalnya: mencampur dengan penyemprot, dengan pompa, dengan menghembuskan gas ke dalam cairan (melalui penyemprot atau sumbat gelas berporos di dasar bejana dengan pendidihan (pada refluks) atau dengan mesin pengecil ukuran (misalnya mesin penghomogen torak).

            Pada jenis alat pencampur ini diusahakan untuk menghindari aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki karena dapat memperlambat proses pencampuran. Untuk itu kadang-kadang letak pengaduk harus diputar sedikit sehingga tidak persis simetri terhadap dinding tangki. Penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan pengaruh pengadukan, yaitu mencegah timbulnya vortex dan mempercepat terjadinya homogenisasi pencampuran. namun menimbulkan masalah karena sulit membersihkannya.

                                                                   

                                                Gambar  II.3. Baffle/sekat

Pemilihan jenis pengaduk banyak didasarkan pada tingkat kekentalan cairan. Jenis pengaduk / agitator dapat dilihat pada gambar berikut :

                              

                                    Gambar II.4. Jenis-jenis alat pengaduk (agitator)        

Homogenizer biasanya digunakan untuk mencampur bahan cair dengan cair yang tidak saling melarutkan, misalnya minyak dengan air. Homogenizer menghancurkan bagian yang tidak terlarut (minyak) menjadi partikel-partikel yang sangat halus dan kemudian mendispersikannya dengan kecepatan tinggi ke seluruh bagian cairan yang lain (air). Jumlah minyak/lemak biasanya lebih sedikit dibandingkan dengan air. Misalnya pada pembuatan salad dressing, es krim, homogenisasi susu, dan lain-lain.

II.2. 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).

Pada saat pencampuran bahan-bahan yang sangat viskos, artinya bahan yang sukar mengalir. Dibutuhkan gaya (gaya geser) yang besar untuk mencabik-cabik bahan. Bagian bahan yang satu harus saling digesekkan dengan bagian yang lain, kemudian disatukan kembali. Proses demikian dinamakan menguli.

Untuk maksud tersebut digunakan alat yang di­sebut penguli. Biasanya penguli memiliki perkakas campur, bantalan dan penggerak yang sa­ngat kekar. Rumah alat penguli seringkali mem­punyai kemungkinan untuk dipanaskan dan didinginkan (pemlastisan, pembuangan panas gesekan), dan juga dapat dibuka atau digulingkan (untuk pembersihan, pengosongan).

Penguli dibuat dalam berbagai kapasitas. Sebagian dengan mesin penggerak yang dapat diatur. Jenis-jenis tertentu dapat juga di­gunakan untuk pencampuran padat/padat, cair/ padat dan cair/cair. Yang merugikan adalah bahwa kerja yang diperlukan untuk mengo­songkan dan membersihkan penguli umumnya besar.

Keselamatan : Berbahaya untuk memasukkan anggota badan ke dalam penguli yang sedang dioperasikan atau memperbaiki mesin-mesin yang tidak bekerja namun tidak dilengkapi dengan pengaman terhadap penghidupan kembali.

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 II.6. Alat pencampur padat-cair

           

Hand mixer digunakan untuk mencampur bahan cair dengan bahan padat yang dapat larut atau yang tidak dapat larut. Padatan yang dicampur dapat berbentuk tepung atau butiran-butiran yang halus. Prinsip pencampurannya adalah penghancuran, pendispersian, dan pengadukan. Mula-mula bahan cair diaduk dengan hand mixer didalam suatu wadah kemudian padatan (tepung) ditambahkan. Pengaduk yang bentuknya pipih akan mnghancurkan gumpalan gumpalan tepung, kemudian dengan putarannya yang cepat tepung tersebut disebarkan kedalam cairan. Hand Mixer juga dapat digunakan untuk mencampur minyak dengan air, misalnya pada pembuatan mayonaise.

                                   

            Selain itu pada industri pangan juga digunakan pengadon  untuk mencampur bahan-bahan padat dengan bahan cair membentuk campuran yang sangat kental, kenyal dan ulet, misalnya adonan mie atau adonan roti. Alat pengadon bekerja dengan cara memotong /menyobek/menarik, menekan dan membalik. Contoh alat pengadon adalah dough mixer untuk membuat adonan roti. Pemilihan pengaduk pada proses pencampuran ini didasarkan pada tingkat kekentalan pasta atau adonan yang dibuat.

                                   

                                                Gambar II.7. Jenis-jenis pengaduk untuk pasta

II.3.  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.

Proses pencampuran sering dilakukan setelah proses pengecilan ukuran. Dalam hal ini alat penggiling dan alat pencampur dapat dijadikan satu dalam suatu alat yang lebih besar. Proses pemberian bentuk dan pengisian sering dirang­kaikan sesudahnya.

Untuk mendapatkan derajat pencampuran yang tinggi dan waktu pencampuran yang singkat, bahan-bahan padat yang akan dicampur hendak­nya mempunyai ukuran partikel yang kecil, dapat ditaburkan dan dapat digulirkan sehingga bergerak secara turbulen. Aglomerat besar yang mungkin ada dapat dikecilkan pada saat pencampuran atau sebelumnya. Jika suatu bahan dalam jumlah yang sedikit akan dicampur de­ngan bahan lain dalam jumlah besar, dianjurkan untuk melakukan pencampuran pendahuluan antara bahan yang sedikit dengan sebagian ba­han yang banyak.

II.4. 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. Gas bisa dimasukkan melalui pipa yang dipasang pada dinding tangki atau melalui pengaduk yang berbentuk menyerupai pipa untuk mengalirkan gas kedalam tangki. Pengaduk dimasukkan ke dalam pipa. Cocok untuk proses yang kontinyu, atau jika fluida dalam tangki harus dipindahkan kedalam tangki lain selama proses pencampuran.

Contoh :

- Proses hidrogenasi, khlorinasi dan fosfogensi

- Oksidasi cairan oleh udara (fermentasi, memasukkan udara kedalam lumpur dalam instalasi penjernih biologis)

- Meningkatkan kadar (melarutkan) gas dalam cairan (misalnya HCL dalam air, oksigen dalam cairan-cairan)

-   Membangkitkan busa (misalnya busa pemadam api).

                               

III.4. 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.

III.5. Merawat Alat Pencampur

Untuk mendapatkan kerja yang efisien, bukan hanya kebutuhan daya yang merupakan hal terpenting tetapi juga laju pencapaian derajat pencampuran yang diinginkan serta perawatan yang terjadwal. Telah dibuktikan bahwa sangat sukar untuk mendapatkan derajat pencampuran yang diingikan pada suatu waktu, dan keputusan untuk menentukan kapan material tersebut sudah tercampur masih tergantung kepada perkiraan, pengalaman dan keputusan operator serta kegiatan perawatan yang terus menerus dilakukan.

Beberapa metode perawatan perlu diperhatikan agar pengadukan efektif adalah berdasarkan :

1. Laju dispersi pada suatu elektrolitnya

2. Laju distribusi pada campuran pasir dalam air, dan

3. Laju dissolusi padatan dalam zat pelarut yang berbeda.

Perawatan dilakukan sebagai berikut :

- Pengaduk dikondisikan dapat berputar sesuai dengan kondisi operasi yang diinginkan yaitu dengan jalan memberikan pelumas pada tangki pengaduk

- Semua peralatan dijaga jangan cepat berkarat terutama yang terbuat dari logam besi dengan jalan membersihkan dari karat dengan mengamplas dan memoles.

- Pengoperasian alat dehumidifier untuk mengurangi kelembaban udara dalam ruangan yang di dalamnya menyimpan peralatan pencampuran yang rentan terhadap serangan korosi. Peralatan-peralatan pencampuran yang rawan terhadap pengaruh korosi perlu disimpan di ruang tertutup, jauh dari kemungkinan pencemaran udara akibat terlepasnya bahan-bahan korosif ke lingkungan.

- Menutup alat sewaktu tidak dipergunakan untuk menghindari masuknya debu-debu ke dalam alat. Perlu diketahui bahwa debu dapat tertempeli polutan korosif yang apabila terbang terbawa udara dapat masuk ke dalam alat dan menempelkan dirinya ke permukaan komponen-komponen elektronik di dalam alat tersebut.

MEMBACA DIAGRAM ALIR PROSES

Kata teknologi mempunyai arti aplikasi dari ilmu pengetahuan (scientific) yang digunakan dalam  rangka untuk mempermudah kehidupan manusia. Sebagaimana sebuah kalimat yang mengatakan  “The scientist makes things known, the engineer makes things work” (ulrich, 1984), atau dalam terjemahan bebasnya dapat dikatakan bahwa ilmu pengetahuan membuat sesuatu menjadi dapat difahami (diketahui),  sedangkan teknologi akan membuat sesuatu tersebut dapat lebih bermanfaat. Dengan teknologi,  maka manusia akan dapat melakukan sesuatu menjadi lebih mudah.

Pabrik kimia / industri kimia bertugas untuk melakukan pengolahan bahan mentah/ bahan baku / raw material, menjadi hasil / produk yang digunakan. Pengolahan dilakukan / dapat bersifat fisik maupun kimia.

Sedangkan proses  secara umum merupakan perubahan dari masukkan (input) dalam hal ini bahan baku setelah melalui proses maka akan menjadi keluaran (output) dalam bentuk produk. Ada tiga kata kunci dalam mengartikan proses, yaitu input, perubahan dan output, sebagaimana terlihat pada gambar 1.

			Pabrik / Industri pengolahan fisik dan kimia
								Hasil / prduk

 

Gambar 1 : Hubungan antara Bahan baku dan Produk

Dengan demikian “teknologi proses” merupakan aplikasi dari ilmu pengetahuan untuk merubah bahan baku menjadi produk atau bahan yang mempunyai nilai lebih (added value), dimana perubahan dapat berupa perubahan yang bersifat fisik maupun perubahan yang bersifat kimia dalam skala besar atau disebut dengan skala  industri. Perubahan yang bersifat fisik disebut dengan satuan operasi (unit operation), sedangkan yang bersifat perubahan kimia disebut dengan  satuan proses (unit process), sebagaimana yang telah dijelaskan pada bab I. Di bagian awal akan dibahas mengenai bagaimana membaca suatu sistem proses yang merupakan gabungan dari elemen-elemen proses.

Dalam mengolah bahan mentah menjadi hasil, industri memikirkan efisiensi yang yang pada intinya dilihat baikdari segi teknis maupun social ekonomi. Tujuan ini diwujudkan dalam praktek dengan asumsi dalam setiap operasi diupayakan mendapatkan hasil yang sebanyak-banyaknya, waktu singkat dan biaya murah.

Berdasarkan pengolahan dilakukan oleh suatu pabrik, proses produksi dapat dibagi dalam tiap unit, seperti skema tersebut dibawah ini :

PROSES PRODUKSI
UNIT I Persiapan Bahan baku	UNIT II Pengolahan / syantetis	UNIT III Finishing

Tugas dari mesin – mesin tentu berbeda-beda, dapat secara keseluruhan mempunyai berbagai tugas. Apabila salah satu hasil tidak dapat bekerja secara optimal, unit lain dapat merasakan akibatnya. Karenanya daslam menangani proses produksi harus selalu dipikirkan seluruh unit selanjutnya.

Seperti telah tergambar dalam skema proses produksi tersebut, tugas dari mesin – mesin/ unit dapat diuraikan seperti dibawah ini :

Unit I Persiapan bahan baku

Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku / bahan mentah/ bahan dasar/ raw material sesuai dengan kondisinya dengan kondisi yang dipersyaratkan pada unit pengolahan (Unit II)

Persiapan itu dapat berupa :

1.      Penyesuaian bentuk / unit fasa : kasar, kecil, serbuk, cair dan sebagainya

2.      Penyesuaian kosentrasi / komposisi : murni , pekat , encer larutan dan sebagainya

3.      Penyesuaian kondisi : tekanan, suhu, konsentrasi

4.      Trasnportasi bahan dasar/ pengambilan bahan baku sebelum diolah unit proses II

Untuk melaksanakan tugas persiapan bahan baku maka pada unit I ini pada umumnya akan terdapat alat-alat :

1.      Alat-alat penyesuaian bentuk dan fase

Termasuk alat – alat yaitu mulai dari alat penukar pans (heat exchanger), crusher, melting, condenser, stabilasator, evaporator, ball mill, dan laian alat – aat pengubah fase

2.      Alat-alat pemisah

Tugas dari alat – alat ini adalah untuk memisahkan dari berbagai fasa misalnya fasa padat menjadi cair (contoh tebu menjadi nira). Fasa cair menjadi gas (contoh : minyakmentah menjadi bensin, bensol), fasa gas menjadi cair (contoh : Nitrogen menjadi amonik)dan alat –alat itu misalnya kolom fraksinasi, evaporator, separator dan lain sebagainya. Skema/ daftar tersebut diabwah ini menunjukkan perbedaan sifat dari komponen-komponen campurannya dimanfaatkan sebagai dasar pemisahan oleh alat – alat pemisah.

Daftar  : Bahan pemisah dan alat pemisahannya

No	Perbedaan sifat	Nama alat
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9	Titik ddih Titik lebur Kelarutan Ukuran butir Fasa Berat jenis Kekerasan Magnit Sifat kimia	Kolom fraksinasi, dryer Melter Absorber, kritaliasator Sreen filter Filter, centrifuse, settler centrifuse, settler, clarifier crusher belt conveyor magnit reaktor

3.      Alat – alat penyesuai suhu, tekanan dan komposisi

Termasuk dalam kelompok ini antara lain :

Penyesuai suhu :  heater , cooler Heat Exchanger umumnya .

Penyesuai tekanan : kompresor, pompa , kran ,expansion valve .

Penyesuai komposisi : mixer ,blender ,tangki tangki berpengaduk .

4.      Alat-alat transportasi dan alat pendamping sementara

Misalnya: belt conveyor, elevator pompa, pipa ,dan berbagai macam convoyer yang lain .

Tangki tangki penampung dan sebagainya .

Diatas telah disebutkan bahwa tugas unit I adalah mempersiapkan bahan dasar, sendiri menurut bisa tidaknya  diperbaharui dapat dibedakan menjadi  2 (dua) golongan :

1.      Bahan mentah/bahan dasar yang bisa diperbaharui :

termasuk dalam kelompok ini :

a         Hasil hasil pertaniaan dan perkebunan .

b        Hasil hasil binatang : peternakan dan perikanan

c         Air dan udara

2.      Bahan mentah /bahan dasar yang tidak dapat diperbaharui, antara lain :

a         Minyak bumi dan gas alam

b        Mineral mineral logam

c         Mineral mineral bukan logam : kaolin ,kapur  ,belerang

Unit II. Pengolahan /Synthesa

Unit ini bertugas melakukan pengolahan bahan dasar, mengubahnya menjadi senyawa hasil yang diinginkannya .pengolahan dapat bersifat fisika maupun kimia .namuun untuk industri kimia, pengolahan yang dilakukan umumnya berupa pengolahan kimia

Untuk pengolahan bahan bahan dasar itu pada umumnya diperlukan tenaga, dalam bentuk panas listrik ,cahaya maupun tenaga fisik (pukulan gesekan dsb). Panas sebagai tenaga, sebagaian besar diperoleh dari pembakaran bahan bakar (gas alam, minyak bumi ,arang , tenaga matahari ,  tenaga panas reaksi kimia ,nuklir dsb .Dalam industri efisiensi penggunaan tenaga panjang sekali .

Pada unit pengolahan ,bahan bahan beku diubah menjadi hasil /produk .dalam synthesa itu, sering kali terjadi perubahan sifat dari bahan-bahan. Alat untuk terjadinya reaksi reaksi synthesa kimia ini disebut reactor

Pada umumnya reactor diperlengkapi dengan alat alat lain .lisl itu disebabkan karena dalam reactor inilah terjadi nya synthesa yang memerlukan kondisi operasi yang sesuai kondisi operasi yang dimaksud antara lain : suhu , tekanan perbandingan pereaksi /komposisi .untuk lebih memahami pengolahan ini ,dapat diikuti pembahanan tersendiri dalam bab proses kimia dalam unit pengolahan (bab VII)

Hasil dari unit pengolahan masih berupah campuran dan sisa sisa bahan baku,hasil hasil reaksi samping ,intert dan yang mungkin memerlukan pemurnian, atau pengolahan lanjut agar diperoleh spesifikasi hasil yang diinginkan .tugas tersebut dikerjakan oleh unit selanjutnya ,yaitu unit finishing /unit akhir .

UNIT III  FINISHING

Hasil yang keluar dari unit kemungkinan masih memerlukan penyesuian kwalitas .penyesuaian kwalitas itu dapat berupa :

1.      Penyesuaian bentuk dan fase

2.      Penyesuain komposisi /konsentrasi .

3.      Penyesuaian kondisi : suhu dan tekanan .

4.      Pengantongan ,penyimpanan /gudang dsb .

Daftar II Unit Operasi dan Alatnya

No	Jenis Operasi	Nama Alat
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.	Aliran fluida Transfer panas Penguapan Humidifikasi Absorsi Ekstraksi pelarut Adsorpsi Destilasi Pengeringan Pencampuran Klasifikasi/ sedimentasi Filtrasi Screeming Kristalisasi Centrifuge Size reduction Material handling	Pompa, tangki Heat exchanger, boiler, heat cooler, kiln, rotary kiln, furnace, burner, condenser Evaporator Humidifier Absorbsi, absorsiving tower, purifier tower, shelves Extraxtor perforator, tower Tangki Rectifier, buble tower, fractionation column Dryer, rotary and fan dryer, flow stage heated cylinder Mixer, mixing water Benefication equipment Plate and frame filter Screem, vibrating screem Tangki, kristalizer Centrifuge Mill, fiber making, ball mill Conveyer, special conveyer

Catatan : alat-alat yang tercantum dalam daftar tersebut hanya merupakan beberapa contoh saja, yang lain masih banyak yang  tidak dicantumkan dalam daftar tersebut

4.1. DIAGRAM ALIR PROSES

Flow Diagram Proses memberikan gambaran dari rangakain urutan alat pokok, yang memberikan keterangan mengenai peristiwa / perlakuan yang dialami oleh bahan dasar dan bahan pembantu samapai menjadi hasil yang diinginkan

Flow Diagram Proses juga memberikan keterangan tentang kondisi proses yang dialami oleh bahan-bahan tersebut, kondisi operasi alat-alatnya. Keterangan tersebut dapat bersifat kuantitatif dan kualitatif.

Ada beberapa macam Flow Diagram Proses antara lain :

1.      Flow diagram proses Kualitatif

Flow Diagram Proses hanya memberikan gambaran proses kwalitatif saja. Tidak dapat memberikan jawaban pertanyaan terperinci kwantitatif bahan, tenaga, dan kondisi yang ada.

2.      Flow Diagram Proses Kuantitatif

Disamping memberikan uraian peristiwa yang terjadi secara kwalitatif, juga memberikan informasi kwantitatifnya.

3.      Flow Diagram Proses teknik / process engeneering flow diagram ( PEFD)

PEFD ini jauh lebih lengkap dari kedua macam FDP tersebut diatas. PEFD sudah mencakup alat – alat control, levasi ukuran / perbandingan ukuran alat –alat pokok dan lain sebagainya. Kwantitatif bahan – bahan serta komposisinya jika dapat diketahui dari PEFD ini.

Untuk menghindari kerumitan dalam permasalah, maka suatu sistem kadang kala dibuat sederhana (simple). Hal ini sering dilakukan dalam bidang keteknikan, salah satunya merubah diskripsi dalam bentuk  gambar atau diagram. Selain lebih mudah untuk difahami, bentuk diagram atau dalam bentuk simbol akan mempercepat seseorang dalam melihat suatu proses. Salah satu bentuk diagram yang sederhana adalah bentuk diagram kotak (block diagram), dimana dibagian dalam dari  kotak-kotak terdapat keterangan yang menerangkan fungsi, jenis peralatan, ataupun kondisi operasi.

Sebagai contoh proses pembuatan  garam dapur dari air laut,sebagaimana yang ditampilkan pada gambar 8

Gambar 2: Proses pembuatan garam dapur dari air laut

Proses pembuatan garam dapur sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 1 diawali dengan memompa Air laut ke sawah yang miring pada musim kemarau. Pengaliran diatur sehingga terjadi proses penghabluran pada sudut petak  tambak yang tinggi. Dari  tambak ini  hablur diagkut ke pabrik di mana hablur ini dikristalkan lagi, dimumikan, dicampur dengan iod

(bila perlu) kemudian dicetak.

Contoh lain bentuk diagram balok, sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 3, yaitu proses pembuatan gula dari tebu.

Pada proses tersebut diawali dari bahan baku gula berupa tebu mempunyai komposisi gula 16%, air 25% dan pulp (bubur) 59% berat. Kemudian bahan baku tebu tersebut dimasukkan kedalam alat penggilingan dimana akan terpisahkan  baggase dengan gula beserta air dan sebagian pulp. Dimana baggase merupakan ampas dari tebu, yang sudah tidak mengandung gula, dan baggase ini merupakan bahan baku untuk pabrik kertas atau dapat juga digunakan sebagai bahan bakar.

Hasil keluaran dari mesin penggiling, berupa gula cair dan masih ada padatan pulpnya, dimasukkan kedalam alat penyaring, maka akan dipisahkan padatan pulp dengan campuran gula dan air yang disebut dengan sirup. Selanjutnya, sirup tersebut dikentalkan dengan menggunakan

alat penguapan (evaporator) Dan keluaran dan mesin penguap, selanjutnya dimasukkan dalam alat pengkristal (kristaliser) dan akan didapat gula kristal.

Dua contoh mengenai diagram balok, sebagaimana terlihat pada gambar 4.2 maupun 4.3, setiap  balok dapat mendeskripsikan proses (misalkan penguapan, penggilingan), ataupun dapat juga berupa alat (seperti pompa) dan juga material (garam dapur). Diagram balok lebih menonjolkan pada sekuense (urutan) dari proses.  Selain bentuk diagram  balok, yang lebih umum digunakan dalam pabrik disebut dengan diagram alir proses (process flow diagram,  disingkat  PFD). Pada diagram bentuk ini, menggambarkan sistem proses yang lebih detail dibandingkan bentuk diagram balok. Pada tabel 1 merupakan simbol untuk identifikasi dari aliran pada diagram aliran proses. Identifikasi dimulai dari awal dari proses, yang dapat berupa masuknya bahan baku atau bahan antara, dimana bahan tersebut dapat berupa produk dari unit (bagian) lain dari pabrik tersebut. Kemudian identifikasi dari setiap aliran ditandai dengan nomor arus, dimana setiap harus memuat kondisi operasi (suhu dan tekanan) dan juga neraca massa dari tiap komponen yang biasanya ditampilkan dalam bentuk tabel dibagian bawah dari diagram alir proses tersebut.

Tabel 1: Identifikasi Aliran pada diagram proses

Tabel 2: Kode peralatan (Ulrich, 1984) (lanjutan)

Beberapa simbol dari peralatan satuan operasi dapat dilihat pada gambar berikut beserta pengelompokkannya berdasarkan tabel 2

Kelompok A: Fasilitas Alat Bantu:

Peralatan pada kelompok A ini, merupakan peralatan yang banyak digunakan dalam unit alat bantu pabrik, atau pada bagian utilitas. Untuk satu satuan (unit) tidak berarti hanya terdiri dari satu alat, akan tetapi dapat terdiri dari beberapa alat.

Gambar 5: Chimney or Stack

Gambar 9: Insenerator

Gambar 10: Menara Pendingin (Cooling Tower)

Kelompok B: Peralatan Gas - Padatan

Peralatan pada kolompok B, merupakan peralatan yang melakukan satuan operasi yang berhubungan dengan bahan padat dan gas, seperti pengeringan padatan biji-bijian dengan menggunakan media udara pemanas kering, sebagaimana ditunjukkan pada gambar-gambar berikut.

Gambar 11: Tunnel

Gambar 12: Rotary

Gambar 13: Menara vertikal (Vertical tower)

Kelompok C: Crusher, Mill, Grinder

Peralatan pada kelompok ini, pada dasarnya merupakan peralatan yang digunakan untuk memperkecil ukuran dari bahan fase padat.

Gambar 14: Penggiling Bola (Ball Mill)

Proses memperkecil ukuran dari bahan padatan dengan menggunakan bola dan tangki dalam keadaan berputar

Gambar 15: Penghancur Gulung (Roll Crusher)

Bahan padatan yang akan dihancurkan, masuk diantara gulungan yang Berputar

Gambar 16: Palu Penghancur (Hammer Crusher)

Bahan dihancurkan dengan menggunakan palu (hammer) yang berputar

Kelompok D: Tangki Proses (Process Vessel)

Peralatan pada kelompok ini,  merupakan peralatan untuk memisahkan atau proses pemurnian yang banyak digunakan dalam industri kimia

Gambar 17:  Menara Piringan (Tray Column)

Gambar 18: Menara Isian (Packed Tower)

Gambar 19: Menara Semprot (Spray Tower)

Gambar 4.20: Menara Gelembung (Bubble Tower)

Gambar 4.21: Destilasi Kilat (Flash Distillation) atau

KO (Knockout) drum

Kelompok E: Alat Penukar Panas

Gambar Symbol alat penukar panas tabung – selongsong aliran lawan arah (Sheel and tube HE counter current)

Gambar Symbol alat penukar panas tabung – selongsong aliran searah (Sheel and tube HE co current pararel flow)

Gambar pendingin Ualng (reboiler) – ketel uap

Kelompok F : Alat penyimpan – Bin

Gambar Penampung Gas (Gas Holder)

Gambar Tangki Penampung dengan atap tetap (fixed roof) berbentuk conical

Gambar Tangki Penampung dengan atap (flooting roof)

Gambar penyimpanan pada lapangan (daerah) terbuka (open yard)

Gambar tangki silinder tegak - bertekanan

Gambar Rotary pump (Positive diplacement)

Gambar Reciprocoating pump

Gambar pompa Aliran Axial (Axial Flow Pump)

Kelompok R : Reactor

Gambar Reactor tangki air berpengaduk (continues  strired tank reactor)

Gambar reactor berpengaduk tumpak (Batch reactor)

Gambar Reactor isian tetap ( Fixed bed Reactor)

Gambar Reaktor isian fluidisasi (Fluidized Bed Reactor)

Aturan dalam sistem pemberian nomor pada diagram alir proses, dengan menggunakan contoh seperti pada gambar 53, yang merupakan diagram alir proses dari unit pembangkit tenaga uap:

1.      Tiap alat dimulai dari huruf yang merupakan kode kelompok dari peralatan seperti yang disajikan pada tabel 4.2, misalkan Q-110 (kelompok furnace dan proses pemanasan); H-118 (kelompok separator dalam hal ini peralatannya adalah  bag filter sebagai alat

2.      penyaring udara)

3.      Nomor pada setiap lokasi (area) proses dimulai dari 100, 200, 300 dan seterusnya. Artinya, digit pertama menunjukkan lokasi (area) dari alat proses tersebut.  Jadi peralatan diatas Q-110 dan H-118 berada pada lokasi yang sama yaitu pada lokasi 1.

4.      Nomor dari bagian peralatan proses utama dimulai dari angka satu pada digit kedua, jadi 110, 120, 130 dan seterusnya. Jadi pada unit boiler (yang berada didalam garis putus-putus) yaitu dengan kode P-101 di dalamnya terdiri dari peralatan  F-114; L-115; Q-110; G-117 dan seterusnya

5.      Nomor bagian pendukung dari suatu alat dibedakan pada digit ke tiga, sebagaimana pada peralatan Q-110 didalam bagian dari alat tersebut terdapat dua alat pendukung yaitu E-111 dan E-112, yang  keduanya berada didalam alat Q-110 sebagai pemanas.

6.      Pada bagian bawah dari diagram alir proses, biasanya memuat tabel neraca bahan dari sistem tersebut sebagaimana pada tabel 4.3 Tabel 4.3 Neraca Bahan (g/detik)

Dan beberapa contoh flow diafram proses dari beberapa industri / pabrik.

Contoh symbol-symbol dalam flow diagram proses

Contoh Flow diagram proses

Suatu pabrik mengolah bahan dasar A dan B menjadi Hasil R dan S. dengan alat berupa reactor. Hasil reaksi yang beruap R dan S dipisahkan dari sisa bahan dasar A dan B dengan lata kolom fraksinasi. Sehingga akan didapat hasil R dan S secara terpisah. Sisa bahan A dan B dikembalikan ke reactor dengan arus balik (recycle).

Flow diagram prosesnya sebagai berikut :

A + B → R + S

Keterangan gambar

a.       Reaktor

b.      Kolom farksinasi

c.       Kolom farksinasi

d.      Kondensor

e.       Reboiler

f.       Reboiler

g.      Kondensor

h.      Pendingin hasil R

i.        Pendingin hasil S

j.        Tangki Hasil R

k.      Tangki hasil S

Gambar 1 Flow Diagram Proses Kwalitatif

Tugas : Tolong ceritakan diagram proses gambar diatas