FILTRASI – PRINSIP dan ALAT_ALATNYA bahan secara Pemisahan (biasan sanya ya pemi pemisah sahan an mekanis (bia antara antara fuida (cairan/g (cairan/gas) as) dengan dengan padat padatan) an) deng dengan an meng menggu gunak nakan an media flter dan beda tekanan
Produk fltrasi: Dapat berupa fltrat (cairan bebas padatan) padatan) atau cake (kue padatan); tergantung asa apa yang berharga/yang berharga/yang akan a kan dipungut. Secara umum, 2 mekanisme utama pada ltrasi dapat digambarkan sebagai berikut !ekanisme (a) disebut sebagai klar klari ik kasi, asi, dima dimana na part partik ikel el"" partik partikel el padatan padatan dalam dalam slurr slurry y akan tertahan #leh media lter (dapat (dapat berupa berupa kain kain penyar penyaring ing,, tumpukan serat/sabut, tump tumpuk ukan an parti partik kel peny penyar arin ing g misalnya pasir dan batu). !ekanisme (b) disebut sebagai mekani mekanisme sme pemben pembentuk tukan an kue kue lter lter. $eristi%a eristi%a ini ter&adi ter&adi pada saat p#ri"p#ri pada media lter sudah penuh #leh partikel padatan. $artikel"partikel dalam slur slurry ry akan akan tert tertum umpu puk k dilu diluar ar media membentuk kue padatan, yang sekaligus berungsi sebagai media penyaring baru. $ada beberapa beberapa lter lter (misalnya (misalnya pada pada lte lterr pela pelat) t),, meka mekani nism sme e (a) ter&adi sangat cepat, sehingga peristi sti%a ltrasi did#minasi #leh mekanisme (b). $ada lter lter yang yang lain lain (misal (misalnya nya pada saringan pasir), mekani mekanisme sme (a) mend# mend#mi minasi nasi,, Filtrasi – Prinsip Prinsip dan Alat-Alat Alat-Alat
1
sedangkan mekanisme (b) tidak sempat ter&adi.
'er 'erdasa dasark rkan an mekanisme pemi pemisah sahann annya ya,, digateg#rikan kedalam &enis, yaitu
peri perist sti% i%a a
ltr ltrasi asi dapa dapatt
(Sieve Filtration) Filtration ) Filtrasi Aak (Sieve !edia lter menahan semua partikel padatan yang ukurannya lebih besar dari aripada ada lubang"lu "lubang media. !ekanisme (b) mend#minasi. #nt#h *ilter cartridge
Deep Bed Filtration $artikel"partikel padat masuk ke p#ri" p#r p#ri medi media a lter ter dan dan tert tertum umpu puk k didalamnya. !ekani anisme (a) mend#m mend#mina inasi. si. Selama Selama pr#se pr#ses, s, p#ri" p#ri" p#ri media lter akan mengecil dan setelah setelah beberapa beberapa %aktu akan lubang p#ri akan tersumbat. $ada k#ndisi ini, media lter harus dibersihkan dengan cara pencucian balik (back(backwash) wash) Deng Dengan an cara cara ini, ini, part partik ikel el"p "par arti tik kel yang sangat halus dapat dipisahkan dari cairannya, hanya dengan meng menggu guna nak kan lte lterr yang ang relati lati kasar.
#nt#h Saringan pasir (sand (sand flter )
Filtrasi – Prinsip Prinsip dan Alat-Alat Alat-Alat
2
Filtrasi !ue (cake fltration) $emisahan a%al dilakukan #leh kain penyaring (woven cloth) yang ada pada lter (mekanisme (a)). $r#ses ini berlangsung singkat. $emisahan selan&utnya ter&adi #leh kue berp#ri ( porous cake) yang terbentuk selama pr#ses ltrasi berlangsung (mekanisme (b)). +leh karena itu, cairan yang dihasilkan saat a%al ltrasi biasanya keruh. #nt#h *ilter hisap (suction flter /vacuum flter ), lter press ( press flter ).
Faktor"Faktor an# $em%en#aruhi !a%asitas Filtrasi
uas permukaan lter 'eda tekanan (antara kedua sisi lter) -ahanan lter tahanan media lter dan tahanan kue lter isk#sitas cairan
Luas %ermukaan flter
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
&eda tekanan
3
Tahanan flter: -ahanan media lter
Tahanan kue lter
!edia lter adalah sebuah lapisan berp#ri yang dapat terbentuk dari bahan"bahan lepas atau terpadatkan (e.g. pasir; anyaman; kain; kertas; bahan p#limer sintetik, misalnya p#lipr#pilen, p#liamida; bahan"bahan keramik; grat; serat gelas; dan kue lter).
'iskositas cairan isk#sitas cairan kecil ⇒ daya ltrasi (¨ah cairan yang l#l#s melalui media lter) semakin besar. isk#sitas dapat diperkecil dengan cara menaikkan suhu. kibat sampingan dengan adanya peningkatan suhu Swelling pada media lter 0#r#si lebih cepat ter&adi 0elarutan kristal (yang akan dilter) meningkat
Daya ltrasi sebesar"besarnya dapat diper#leh &ika uas permukaan lter besar • • 0etebalan kue kecil • 'eda tekanan besar • 'entuk kristal yang baik danya bahan pen#l#ng lter •
&ahan %enolon# flter
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
4
'erupa bahan padat dengan luas muka sangat besar, sehingga memiliki kapasitas ads#rpsi sangat besar terhadap partikel"partikel padatan sangat halus yang terlarut. Disamping itu, karena strukturnya, bahan pen#l#ng mampu membentuk kue lter dengan p#r#sitas tinggi. #nt#h kieselguhr (batu"batu kerikil silikat), batu"batu 1ulkanik, serat asbes.
FA!T(R"FA!T(R )ALA$ P*$ILI+AN ALAT FILTRASI Faktor",aktor an# harus di%ertimban#kan dalam %emilihan flter
-uidelines %emilihan alat fltrasi: -abel diba%ah adalah guideline pemilihan lter.
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
5
Diagram diba%ah menun&ukkan alg#ritma pemilihan lter yang tepat berdasarkan parameter utama kecepatan pertumbuhan kue (kecepatan penambahan ketebalan kue). $arameter"parameter lain yang perlu dipertimbangkan antara lain kandungan padatan dalam slurry, #perasi (batch atau k#ntinyu), bahan yang akan dimanaatkan (ltrat atau kue padatannya), dan lain"lain.
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
6
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
7
!LASIFI!ASI FILTRASI 3. 'erdasarkan DRIVING FR!" #$drostatic #ead (gra1itasi) lter e.g. saringan pasir (sand flter ) "%cess pressure (penggunaan tekanan tinggi pada upstream lter) e.g. lter press Vacuum pressure (penggunaan tekanan 1akum pada downstream lter) e.g. r#tary drum lter !entri&ugation (penggunaan gaya sentriugal) e.g. centriuge
2. 'erdasarkan !4056S!4 *6-7S6 Deep 'ed Filtration/!lari&$ing Filtration padatan terperangkap dalam p#ri"p#ri/r#ngga"r#ngga medium lter. 4.g. Saringan pasir !ake fltration padatan tertahan pada media lter dan tertumpuk membentuk cake. kumulasi padatan menyebabkan cake semakin lama semakin tebal. 4.g. plate flter , cartridge flter , rotar$ flter .
. 'erdasarkan -8985 *6-7S6 Padatan/cake merupakan bahan yang diinginkan (e.g. penyaringan kristal garam/mineral, a+ dll. Filtrat sebagai bahan yang diinginkan (e.g. penyaringan minyak sayur, minuman). !eduana (ltrat dan padatan) sebagai bahan yang diinginkan (penyaringan minuman ringan dari karb#n akti, penyaringan katalis dari pr#duk reaksi).
:. 'erdasarkan S608S +$47S6nya *iltrasi &AT.+, e.g. plate flter , sand flter , lea& flter *iltrasi !(NTINY/, e.g. rotar$ drum vacuum flter
. 'erdasarkan 04D5 $D-5 Incompressible solid cake tidak mengalami de#rmasi/pemampatan 1#lume !ompressible solid cake mengalami de#rmasi/pemampatan 1#lume
-abel diba%ah men&elaskan klasikasi lter berdasarkan dri1ing #rce yang dikenakan untuk memisahlkan partikel padatan dari cairannya
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
8
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
9
ALAT"ALAT FILTRASI 0!ate#ori berdasarkan SI!L/S (P*RASIna ) I1 FILTRASI BATCH 0BATCH FILTRATION)
Sarin#an %asir 0Sand Filter 2
Saringan pasir umum digunakan untuk pemisahan air dari padatan tersuspensinya. $rinsip ker&a ir disemburkan di atas tumpukan pasir, partikel"partikel padatan yang terdapat dalam slurry tertahan #leh media penyaring. ir akan menembus p#ri"p#ri pasir. $ada umumnya ada beberapa tumpukan media penyaring (misal lapis paling ba%ah berisi gra1el atau pecahan batuan berukuran besar; lapisan diatasnya partikel"partikel yang lebih kecil dan seterusnya). *ilter ber#perasi selama beberapa %aktu, sampai lubang p#ri"p#ri lter penuh karena tersumbat #leh k#t#ran (partikel"partikel dalam slurry). 'iasanya ini dapat diindikasikan dengan melambatnya aliran air. $ada saat ini, #perasi ltrasi dihentikan dan lter harus dicuci"balik (back" %ash) untuk mengeluarkan k#t#ran yang berada diantara ruang" k#s#ng bed lter. ir dialirkan dari ba%ah tumpukan dengan kecepatan sangat tinggi sehingga tumpukan pasir terfuidisasi. 0#t#ran akan terba%a #leh air pencuci.
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
10
Filter Plat 0 Plate Filter 2
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
11
•
Filter Press Press21
Pelat dan &in#kai 0Plate and Frame Filter
lat ini terdiri atas pelat ( plate) dan bingkai (&rame) yang disusun berselang"seling. !edia lter (kain kan1as, kain sintetis, kertas lter atau anyaman ka%at halus) dipasang pada kedua sisi plate. $ermukaan plate tidak rata, tetapi mempunyai alur"alur untuk saluran cairan (corrugated). 0ue padatan terbentuk pada rame. $rinsip ker&a #perasi ltrasi dapat dilihat pada gambar diba%ah. (a). $r#ses *iltrasi Slurry
(b). $r#ses $encucian kue.
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
12
$r#ses pencucian kue dapat di&alankan dengan system aliran yang sama seperti ltrasi, yaitu air pencuci dialirkan masuk melalui saluran" saluran pada semua plate dan keluar melalui rame setelah menembus kue (lihat gambar a). $encucian dapat pula dilakukan dengan hanya mengalirkan air pencuci pada salah satu plate, dan keluar melalui saluran pada plate diseberangnya setelah menembus kue (lihat gambar b). =al ini dilakukan &ika rame terisi penuh dengan kue. (c). (late dan Frame dari *ilter.
(d). Skema Sederhana +perasi *iltrasi dari (late and Frame Filter .
da lebih dari 3>> 1ariasi desain lter plate and &rame. (late and &rame dapat terbuat dari l#gam, l#gam berpelapis, plastik atau kayu. 8kuran plate and &rame flter ber1ariasi dari 3>?3> cm 2 (:?: in 2) sampai 3.?3.@ m 2 (A3?B3 in 2), dengan ketebalan rame antara >. C Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
13
2> cm (>.32 " @ in). -ekanan #perasi biasanya sekitar 3>> psig (untuk plate l#gam), atau sekitar A> C B> psig (untuk plate plastik atau kayu). (e). 9enis lain (late and Frame Filter !hamber Filter .
•
Filter Daun 0Leaf Filter 21
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
14
(a). *ilter Daun ertikal
(b3). 'entuk ain *ilter daun ertikal dan +perasinya dan (b2). #nt#h detil lembar daun lter
$ada prinsipnya, lter tersusun atas nyaman ka%at yang diselubungi #leh kain penyaring pada kedua sisinya, sehingga nampak seperti lembaran daun. Daun ini dicelupkan kedalam slurry, dengan
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
15
penekanan pada bagian luar (sisi slurry) atau dengan pem1akuman dari dalam lter (sisi ltrate). da beberapa tipe lter daun, antara lain S%eetland type lter p#sisi daun tetap • alle type lter daun lter dapat diputar, sehingga ketebalan • kue dapat lebih seragam. 0elly lea lter. • •
Filter Nutsce
*ilter Nutsche merupakan m#dikasi dan scale up dari lter yang digunakan untuk mengetes pr#ses separasi di lab#rat#rium (batch, skala kecil). Dalam lter 5utsche yang m#dern, beberapa pr#ses sekaligus ter&adi, mulai dari kristalisasi dan presipitasi (pengendapan padatan), ltrasi (pemisahan padatan, pencucian, dewatering) dan pengeringan (baik dengan pem1akuman maupun dengan k#n1eksi).
diba%ah
merupana
c#nt#h
#perasi
dari
lter
Nutsch
*ilter ini banyak digunakan dalam industri armasi/#bat"#batan, dimana kebersihan #perasi dan k#ntr#l pr#ses men&adi akt#r yang sangat penting. $erhatikan bah%a reakt#r"lter dapat dibalik untuk mengeluarkan ltrat ataupun dimiringkan untuk mengeluarkan padatan. *ilter Nutsche tersedia dengan kapasitas (1#lume) antara >.2 sampai 33.> m, dengan luas permukaan untuk ltrasi antara >.2 sampai A. m2, dengan 1#lume kue padatan antara >.>@ sampai .3 m. Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
16
II1 FILTRASI !(NTINY/ 0CONTIN!O!S FILTRATION2 0ebanyakan lter k#ntinyu di#perasikan pada sehingga seringkali disebut sebagai vacuum flters.
tekanan
1akum,
Vacuum Filters diklasikasikan sbb
•
Rotar" Drum #acuum Filter 0RD#F2
'erdasarkan tempat terbentuknya kue padatan, Rotar$ Drum Vacuum Filter dapat dibedakan men&adi 2 &enis, yaitu (a). "%ternal RDVF , dan (b). Internal RDVF .
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
17
"%ternal RDVF
Internal RDVF
$ada "%ternal RDVF , slurry terletak diluar silinder lter (bagian luar silinder lter sebagian tercelup dalam slurry) sehingga kue padatan akan terbentuk pada permukaan luar silinder. $ada 6nternal 7D*, slurry terletak didalam silinder lter, sehingga kue padatan akan terbentuk dibagian dalam silinder lter. 7D* laim digunakan untuk kecepatan pembentukan kue yang tinggi. 0ecepatan slurry E liter/menit, dengan k#nsentrasi padatan E 3F dan diameter partikel padatan G >. Hm dan 1isk#sitas cairan I 3>> cp. $ada diktat ini, yang akan dibahas adalah e%ternal RDVF (selan&utnya disebut RDVF sa&a). Secara skematis, diagram dari RDVF adalah sebagai berikut
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
18
!ekanisme pem1akuman dan cara"cara pengambilan kue lter (scrapping) dari silinder 7D* yang berputar dapat dilihat pada gambar diba%ah ini
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
19
'eberapa cara pengambilan kue pada RDVF .
•
Filter .akram &er%utar 0 Rotar" Dis$ Filter 3 RDF2
Rotar$ Disk Filter tersusun atas cakram"cakram lter yang dipasang 1ertikal dalam sebuah casing. Sebagian permukaan cakram tercelup dalam slurry. akram"cakram berputar, dan slurry terhisap kedalam cakram dan dikeluarkan/ditampung kedalam sebuah tangki penampung sementara. 0ue padatan terbentuk pada permukaan luar cakram (lihat gambar diba%ah).
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
20
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
21
0ue padatan pada permukaan luar cakram 7D* Rotar$ Disk Filter (tampak samping) 'ahan dari cakran dapat terbuat dari l#gam, plastik atau kayu. *raksi cakram yang tercelup dalam slurry sekitar >">F. *ilter cakram ini disukai karena esien dalam penggunaan tempat (tempat minimum untuk luas lter yang besar). uas permukaan lter dapat mencapai >> m 2 (>> t 2). 0erugiannya adalah pencucian kue tidak eekti.
•
Filter $e4a 'akum 0 #acuum Ta%le Filter& #TF 2
Vacuum )able Filter termasuk kel#mp#k lter dengan umpan slurry dari atas (top &eed). -* berbentuk seperti me&a bundar yang perputar pada sumbunya. airan slurry dialirkan kepermukaan lter. $em1akuman pada sisi ba%ah lter akan menyed#t ltrat dan meninggalkan kue padatan pada permukaan lter (lihat gambar diba%ah).
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
22
Diagram skematis ker&a Vacuum )able Filter . 8kuran lter (diameter) >.J C B m ( C 2: t), dengan area eekti untuk ltrasi sekitar @>F dari luasan t#tal. 0ue biasanya dikeluarkan seletah men&alani BF putaran lter.
•
Filter &an &er4alan 0 Belt Filter 2
'elt lter h#ris#ntal merupakan salah saru &enis 1akum lter yang paling sering digunakan di industri, karena feksibilitasnya dalam peng#perasian, tahan terhadap slurry yang k#r#si dan mempunyai kapasitas besar. 0ecepatan belt merupakan salah satu parameter penting yang harus diset dalam pemakaiannya. 'atasan utama terhadap kecepatan belt adalah batasan mekanis. 'eban belt dengan cake yang ada diatasnya men&adi pertimbangan utama dalam merancang kecepatan belt. !eskip#un demikian, belt flter merupakan lter yang tercepat untuk saat ini, dengan kecepatan dapat mencapai > m/menit. 0etebalan kue 3>> C 3> mm (maksimum) uas akti untuk ltrasi >.3@ C 32> m2. 'eberapa keuntungan penggunaan lter belt antara lain (a). Siklus ltrasi dapat dik#ntr#l dengan baik; (b). discharge kue dapat ber&alan eekti; (c). pembersihan media lter dan belt relati mudah. Diba%ah ini adalah skema peng#perasian belt flter dan salah satu &enis belt flter yang ada dipasaran.
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
23
Filtrasi – Prinsip dan Alat-Alat
24