TUGAS TEKNIK PENGENDALIAN PENDEMARAN UDARA
BAG FILTER/FABRIC FILTER
Disusun Oleh: BAYU PRAMANA PUTRA
MAGISTER TEKNIK KIMIA FAKULT AKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SYIAH KUALA KUALA DARUSSALAM, BANDA ACEH 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................ .................................................................. ............................................ ...........................................i .....................i BAB I
BAG FILTER/FABRIC FILTER......................................... FILTER..............................................................I-1 .....................I-1 1.1 Bag Filter.................... Filter .......................................... ............................................ ............................................ .............................I-1 .......I-1 1.2 Keuntungan dan Kerugian............................... Kerugian..................................................... ....................................I-2 ..............I-2 1.3 Skema Big House Filter .......................................... ................................................................ ..........................I-3 ....I-3
BAB II
MEKANISME PROSES ........................................... ................................................................. ................................II-1 ..........II-1 2.1 Mekanisme Proses Filtrasi ......................................... ............................................................... .........................II-1 ...II-1 2.2 Intersepsi Langsung.................................. Langsung........................................................ ...........................................II-2 .....................II-2 2.3 Impingement.................................. Impingement........................................................ ............................................ ................................II-3 ..........II-3 2.4 Difusi ......................................... ............................................................... ............................................ ....................................II-4 ..............II-4 2.5 Elektrostatik ......................................... ............................................................... ............................................ .........................II-5 ...II-5
BAB III PERTIMBANGAN DESAIN .......................................... ................................................................ .........................III-1 ...III-1 3.1 Pertimbangan Desain........................................... Desain................................................................. ................................III-1 ..........III-1 3.1.1 Kecepatan Filtrasi................................... Filtrasi......................................................... ....................................III-1 ..............III-1 3.1.2 Media Filtrasi ......................................... ............................................................... ....................................III-3 ..............III-3 3.1.3 Jenis Serat............................. Serat................................................... ............................................ ................................III-3 ..........III-3 3.1.4 Mekanisme Pembersihan ......................................... ...........................................................III-6 ..................III-6 3.1.5 Susunan Kantung Filter ........................................... .............................................................III-15 ..................III-15 3.2 Efisiensi Penyisihan Debu Pada Baghouse Filter ...............................III-16
DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................ ............................................ ..............................Pust-1 ........Pust-1
BAB I BAG FILTER/FABRIC FILTER
1.1 1.1 Bag Bag Filt Filter er
Bag filter adalah alat untuk memisahkan partikel kering dari gas (udara) pembawanya. Di dalam bag filter, aliran gas yang kotor akan partikel masuk ke dalam beberapa longsongan filter (disebut (disebut juga kantong atau cloth bag) yang berjajar secara pararel, dan meninggalkan debu pada filter tersebut. Aliran debu dan gas dalam bag filter dapat melewati kain (fabric) ke segala arah. Partikel debu tertahan di sisi kotor kain, sedangkan gas bersih akan melewati sisi bersih kain. Konsentrasi partikel inlet bag filter adalah antara 100 μg/ m 3 – 1 kg/m3. Debu secara periodik disisihkan dari kantong dengan goncangan atau menggunakan aliran udara terbalik, sehingga dapat dikatakan bahwa bag filter filter adalah adalah alat alat yang meneri menerima ma gas yang mengandu mengandung ng debu, menyaringnya menyaringnya,, mengumpulkan debunya, dan mengeluarkan gas yang bersih ke atmosfer.
Alat ini umum digunakan di industri carbon black dan cemen serta industry lain yang menangani powder-powder yang jika dibiarkan akan menyebabkan pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan yang paling utama yaitu pencemaran udara berupa partikulat (debu). Mengingat debu yang dihasilkan dari pabrik semen sebenarnya merupakan produk juga (hanya belum sempurna), maka debu yang tertangkap alat pengendali partikulat akan dikembalikan lagi ke proses hingga diperoleh produk dengan kehalusan yang sesuai. Sedangkan untuk pencemaran air dan tanah tidak terlalu berdampak pada lingkungan.
I-1
1.2. Keuntungan dan kerugian
Dalam penggunaan baghouse filter terdapat beberapa kelebihan dan kekurangan yang perlu dicermati, sehingga penggunaan alat baghouse filter dalam menanggulangi partikulat di udara akan efektif. Berikut ini adalah keuntungan dan kekurangan dari baghouse filter:
Keuntungan dari penggunaan bag filter adalah Efisiensi pengumpulan sangat tinggi, meski untuk partikulat yang sangat kecil, dapat dioperasikan pada kondisi debu dan dalam volume alir yang berbeda-beda, terjadi konservasi energi, tidak beresiko menimbulkan pencemaran air dan tanah. Sedangkan kerugian dari bag filter adalah : memerlukan area yang luas, material kain akan dapat rusak akibat adanya temperatur yang tinggi ataupun korosi bahan kimia, tidak dapat beroperasi pada keadaan basah (moist); kain dapat menjadi lengket, dapat berpotensi menimbulkan kebakaran atau meledak (eksplotion).
Keuntungan dari baghouse filter : •
Memiliki efisiensi yang tinggi walau untuk partikel yang sangat kecil
•
Dapat dioperasikan pada berbagai jenis debu
•
Dapat dioperasikan melebihi rentang volumetrik flow rate yang ada.
•
Membutuhkan kehilangan tekan yang cukup
Kerugian dari baghouse filter:
•
Membutuhkan area yang besar.
•
Bahan yang digunakan dapat rusak akibat temperatur yang tinggi atau bahan yang dapat menyebabkan korosif.
I-2
•
Tidak dapat diaplikasikan pada daerah yang memiliki kelembaban tinggi: karena dapat menyebabkan pori-pori bahan tertutup.
•
Memiliki kemungkinan yang sangat tinggi terhadap terjadinya kebakaran.
Gambar 1.1 Bag Filter
1.3 Skema Big House Filter
Di industri carbon black, alat ini digunakan untuk produk keluaran reaktor furnace (fluffy black) merupakan padatan tersuspensi dengan ukuran partikel yang sangat kecil (sekitar 0,3 mikron). Efektvitas pemisahan pada fabric bag filter adalah sebesar 99 – 99,9 %. Lapisan debu atau dust cake yang terkumpul dalam kain fabric bag filter sangat berkontribusi pada besarnya efisiensi pemisahan alat ini. Cake tersebut, menjadi pembatas dengan pori melengkung yang menyaring partikel selama melewati cake.
I-3
Temperatur gas hingga 260 oC hingga 288 oC masih dapat ditangani dengan konfigurasi tertentu. Pressure drop yang terjadi pada sistem penyaringan alat ini adalah sekitar 5-20 inch H2O. Batasan pada penggunaan bag filter adalah karakteristik gas (temperatur dan korosivitas) dan karakteristik partikel (tingkat kelengketan) yang berpengaruh pada kain dan operasi pemisahan yang terjadi.
Keistimewaan pada pengoperasian fabric filter ini yang membedakan dengan yang lain adalah kemampuan untuk melakukan penyaringan ulang secara periodik dengan adanya mekanisme gas cleaning. Filter lain pada umumnya seperti High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter, High Efficiency Air Filter (HEAFs) dan automotif induction air filter adalah contoh dari beberapa alat penyaring udara yang bag penyaringnya harus dibuang setelah lapisan cake terakumulasi di permukaan bag secara signifikan.
Gambar 1.2 Skema Big Bag Filter Proses yang terjadi dalam fabric bag filter diawali dengan pengaliran produk reaksi berupa campuran antara carbon black dengan gas hidrogen, metan, CO2, dll. Pengaliran campuran gas ini (fluffy black) dibantu dengan menggunakan fan. Fan tersebut ada yang dipasang pada saluran gas kotor (positive pressure baghouse) ada juga yang dipasang
I-4
pada saluran gas bersih (negative pressure baghouse). Fluffy black selanjutnya mele wati bag filter dan partikel carbon black tertahan pada permukaan kain atau serat. Setelah disaring pada selang waktu tertentu, aliran gas masuk compartment pertama dihentikan dan flaffy black dilewatkan melalui compartment lain.
Bag filter yang telah jenuh selanjutnya dibersihkan dengan mekanisme tertentu sesuai dengan tipenya yaitu reverse-air, shaking dan pulse-jet. Di samping itu pula terdapat metode sonic fibration yakni dengan menggunakan gelombang frekuensi rendah untuk menggetarkan bag filter. Periode pembersihan ini sangat singkat berkisar 0,3 -120 sekon untuk tiap compartment. Gas keluaran bag tersebut selanjutnya memasuki unit operasi lainnya, sedangkan karbon yang terkumpul di bagian collection hopper dipindahkan dengan menggunakan screw conveyor.
I-5
BAB II MEKANISME PROSES
2.1. Mekanisme Proses Filtrasi
Baghouse filter biasanya digunakan untuk menghilangkan debu dan asap dari aliran udara dengan menggunakan bahan yang memiliki serat dengan diameter 100-150 µ, dan ruang terbuka yang berada diantara serat tersebut antara 50-75µ Gambar 2.1. Ruang ini dapat dilewati oleh debu yang sangat kecil. Sehingga ketika pada saat awal alat baghouse filter diaplikasikan umunya debu yang kecil akan lolos dari bahan yg digunakan. Namun setelah terjadinya impaksi, intersepsi dan difusi, maka partikel-partikel debu tersebut yang akan menutup celah-celah kecil tersebut. Ketika celah tersebut telah dipenuhi partikulat dan lapisan partikulat dipermukaan bahan telah terbentuk maka efisiensi baghouse filter akan semakin meningkat.
Gambar 2.1 Bahan Yang Digunakan Untuk Baghouse Filter
Efisiensi pengumpulan partikel debu dengan penggunaan baghouse filter pada partikulat yang memiliki ukuran 1mm atau kurang bisa mencapai 90%, proses filtrasi secara jelas tidak hanya dengan mekanisme penyaringan biasa saja. Partikel yang kecil pada awalnya akan tertangkap dan tertahan pada serat dari bahan karena adanya intersepsi,
II-1
impingement, difusi, pengendapan secara gravitasi, dan gaya tarik elektrostatik. Setelah debu terkumpul, pengumpulan selanjutnya dilakukan dengan metode penyaringan seperti telah disebutkan sebelumnya. Berikut ini adalah penjelasan detail tentang mekanisme filtrasi yang terjadi pada Baghouse filter.
Gambar 2.2 Mekanisme Proses Filtrasi Pada Baghouse Filter
2.2. Intersepsi langsung
Dalam kondisi normal aliran pada udara filtrasi yang ada biasanya bersifat laminer (11). Pada kondisi laminer ini, partikel yang memiliki gaya inersia yang kecil akan bertahan pada suatu streamline. Apabila streamline tersebut melewati suatu halangan, seperti serat dari bahan filter, dalam jarak yang sama dengan radius dari partikel, partikel akan melakukan kontak dengan penghalang tersebut dan akan melekat karena adanya gaya Van der Walls.
II-2
2.3. Impingement
Pada partikel yang memiliki kelembaman yang cukup besar, partikel ini tidak akan mengikuti arah arus aliran ketika arah arus aliran membelok dari arah garis edar ketika mendekati suatu halangan. Kemungkinan dari partikel untuk melakukan kontak dengan permukaan penghalang yang ada bergantung pada ukuran penghalang tersebut serta ukuran dan inersia dari partikel. Seperti yang juga terjadi pada keadaan intersepsi langsung, penghalang yang kecil cenderung lebih efektif sebagai pengumpul maka hal ini juga berlaku pada mekanisme impingement atau impaksi.
Kelembaman dari suatu partikel dapat diukur dengan stopping distance. Stopping distance merupakan jarak yang ditempuh oleh suatu partikel sebelum partikel sampai pada penghalang ketika arah arus aliran berpindah cepat sebesar 90°. Impaksi bukan merupakan faktor yang penting dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 1 mikron. Sedangkan impaksi merupakan hal yang perlu untuk dipertimbangkan dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran 2 mikron dan yang lebih besar (11).
Untuk mengumpulkan partikel secara efektif dengan memanfaatkan gaya inersia, arah aliran aerosol harus berubah cepat terhadap suatu jarak tertentu dari kolektor atau penghalang, yang diperkirakan akan berukuran sama atau kurang dari stopping distance (11). Sehingga untuk mengumpulkan partikulat secara efektif perlu untuk mendesain kolektor dengan dimensi tegak lurus dengan arah aliran aerosol dengan ukuran yang sama dengan stopping distance (11). Pertimbangan teoritis menyatakan bahwa efisiensi pengumpulan untuk ukuran partikel tertentu akan menurun apabila ukuran alat pengumpul meningkat.
II-3
Kecepatan arah aliran sangat penting dalam proses impaksi. Efisiensi pengumpulan akan meningkat sejalan dengan meningkatnya kecepatan, dengan pertimbangan stopping distance juga akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan. Asumsi yang dinyatakan pada hal ini adalah kecepatan partikel sama dengan kecepatan arah aliran udara, dimana hampir pada kenyataannya benar. Ketika kecepatan udara sudah mulai berlebihan, bagaimanapun juga kecepatan isapan akan meningk at secara bertahap, hal ini menyebabkan gaya rekat menjadi berlebihan dan menyebabkan partikel yang terkumpul akan terbang kembali dan efisiensi pengumpulan akan menurun.
Ukuran serat atau bahan filter pada umumnya dibandingkan d engan ukuran partikel yang akan dikumpulkan. Contohnya serat pada katun dan wool memiliki ukuran diameter bukaan antara 10 sampai 20 mm (11). Serat semacam ini cenderung terlalu besar untuk digunakan menjadi instrumen pengumpul yang efektif untuk menyisihkan partikel yang memiliki ukuran kecil sekali.
Efisiensi penyisihan untuk debu halus dan asap pada awal pengaplikasian memiliki efisiensi yang rendah sampai pada saat lapisan telah terbentuk dipermukaan filter. Hal ini dinyatakan berdasarkan beberapa eksperimen sebelumnya. Untuk waktu yang pendek ketika kantung baru dipasang, atau seketika saat baru digunakan untuk pembersihan terdapat partikel yang lolos dari bahan.
2.4. Difusi
Pada partikel yang berukuran sangat kecil, dengan ukuran yang hampir sama dengan ukuran intermolecular, atau dapat dikatakan memiliki diameter kurang atau sekitar 0.1 sampai 0.2 mikron, difusi menjadi mekanisme yang paling dominan terjadi pada proses deposisi. Partikel yang memiliki ukuran sekecil ini akan mengikuti arah aliran akibat timbulnya kolisi dengan molekul gas, hasil dari gerak random Brown yang meningkatkan kemungkinan kontak antara partikel dan permukaan pen gumpul. Ketika beberapa partikel
II-4
telah terkumpul, konsentrasi gradien akan menjadi lebih sempurna yang akan menjadi gaya pendorong peningkatan kecepatan deposisi. Kecepatan udara yang rendah dapat meningkatkan efisiensi dengan meningkatkan waktu kontak dan menghasilkan kemungkinan kontak yang lebih lama dengan permukaan k antung filter. Pengumpul atau halangan yang lebih kecil juga dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan.
2.5. Elektrostatik.
Selama elektrostatik dengan tidak ragukan lagi memegang peranan dalam penangkapan dan menyimpan partikel debu oleh baghouse filter, bukti ini tidak cukup untuk menyatakan mekanisme
ini
secara
kuantitatif.
Berdasarkan
Frederick
(1961),
elektrostatik tidak hanya akan membatu proses filtrasi dengan menyediakan gaya tarik antara debu dan bahan, tetapi juga memiliki efek dalam aglomerasi partikel, kemampuan pembesihan bahan, dan efisiensi pengumpulan. Gaya ini memiliki sifat memberikan dorongan muatan menjadi efek friksi, menyatakan polaritas, intensitas muatan, dan kecepatan disipasi muatan baik pada debu dan media filter, dan hubungan antara keduanya dapat meningkatkan atau menghalangi proses filtrasi. Gaya ini hanya menyatakan perbedan kualitatif saja. Sebagai contoh, bahan A mungkin lebih baik daripada bahan B pada debu X, dimana bahan B lebih baik daripada bahan A untuk debu Y. Gaya ini memberikan beberapa “triboelektrik” bahan filter yang akan berguna untuk menjadi penduan dalam pemilihan bahan dengan sifat elektrostatiknya.
II-5
BAB III PERTIMBANGAN DESAIN
3.1. Pertimbangan Desain 3.1.1. Kecepatan Filtrasi
Kecepatan filtrasi atau filter rasio didefinisikan sebagai rasio dari gas yang terfiltrasi (ft3 /menit) pada suatu area filter media (ft2) tertentu. Unit dari filter rasio adalah cfm/ft 2. Secara fisik kecepatan filtrasi atau filter rasio, menggambarkan kecepatan rata-rata dimana gas melewati bahan tanpa mempertimbangkan berapa area yang dibutuhkan oleh serat dan bahan apa yang digunakan. Berdasarkan alasan ini, bentuk superficial face velocity sering digunakan.
Kecepatan filtrasi merupakan faktor penting dalam proses filtrasi. Apabila filter rasio terlalu besar akan menyebabkan kehilangan tekan yang berlebihan, mengurangi efisiensi pengumpulan, penyumbatan.
Clement (1961) menekankan bahwa filter rasio tidak boleh terlalu rendah dari sudut pandang operasional. Hal ini dinyatakan berdasarkan pertimbangan ekonomis dimana sangat dihindari desain yang terlalu berlebihan. Berikut ini pada Tabel 2.7 yang menyatakan filter rasio maksimum pada jenis debu tertentu. Nilai ini dapat menggambarkan hasil yang telah disetujui oleh para ahli yang menunjukkan nilai optimum untuk meminimalisasi biaya, baik pada perawatan, dan juga pada pertimbangan pembiayaan awal.
III-1
Tabel 3.1 Nilai Kecepatan Filtrasi Maksimum dan Kecepatan Minimum Pada Debu dan Asap Kecepatan filtrasi maksimum,
Kecepatan pada
(cfm/ft2 cloth area)
cabang pipa (fpm)
Alumina
2.25
4500(c,f)
Asbestos
2.75
3500-4000
Carbon
2
4000-4500
Charcoal
2.25
4500 (a,g,h)
Cocoa
2.25
4000 (a,e,g,h)
Chocolate
2.25
4000 (a,e,g,h)
Ceramics
2.5
4000-4500
Clay
2.25
4000-4500
Cotton
3.5
3500 (a,b,c,f)
Cosmetics
2
4000
Flour
2.5
3500 (a,h)
Glass
2.5
4000-4500
Gypsum
2.5
4000
Rock
3.25
4500
Soap
2.25
3500 (a,b)
Sugar
2.25
4000 (a)
Debu dan asap
Keterangan: a.Pressure relief. b. Flame-retardant cloth, c. Cyclone type cleaner, d. Spark arrester, e. Sprinklers, f. S pecial hoppers, gates and valves, g. Grounded bags, h. special electrical, i. Insulate casing (Sumber: Danielson,1967 )
Filter rasio yang direkomendasikan diatas digunakan hanya sebagai panduan saja. Nilai desain aktual mungkin membutuhkan beberapa penyesuaian seperti, nilai perlu dikecilkan bila ukuran partikel yang dominan akan disisihkan memiliki ukuran yang kecil.
III-2
3.1.2.
Media Filtrasi
Media filter yang digunakan pada baghouse filter harus disesuaikan dengan temperatur dan pH dari gas buang (Tabel 3.1). Setiap tipe dari serat memiliki spesifikasi tersendiri.
Tabel. 3.2 Ketahanan bahan terhadap temperatur dan zat kimia
Bahan
Temperatur
Ketahanan terhadap bahan
Maksimum
kimia
(F)
Asam
Basa
Dynel
160
Baik
Baik
Cotton
180
Buruk
Baik
Wool
200
Baik
Buruk
Nylon
200
Buruk
Baik
Polypropylene
200
Sangat Baik
Sangat Baik
Orlon
260
Baik
Cukup
Dacron
275
Baik
Cukup
Nomex
400
Cukup
Baik
Teflon
400
Sangat Baik
Sangat Baik
Glass
550
Baik
Baik
3.1.3. Jenis Serat •
Katun
Katun merupakan bahan yang telah digunakan sejak lama sebagai bahan standar untuk debu yang umum. Harga katun cenderung tidak mahal, mudah untuk
III-3
ditemukan, dan merupakan media filtrasi yang baik, selain itu bahan ini juga tahan lama selama dalam pengaplikasiannya temperatur operasi tidak berlebihan dan tidak terdapat basa dan/atau asam kuat dalam debu. Katun bisa diaplikasikan sebagai media kolektor yang baik pada proses grinding dan conveying.
•
Wool
Sebelum terjadi perkembangan bahan sintetik, wool merupakan satu-satunya bahan yang ada, bahan ini biasa digunakan pada proses yang memiliki temperatur operasi sekitar 200 F atau ketika terdapat kehadiran asam pada debu yang akan difiltrasi. Wool atau campuran wool asbes masih sering digunakan pada operasi metalurgi seperti pada peleburan timah tingkat dua, walaupun kini telah tergantikan dengan Dacron.
•
Nylon
Nylon merupakan bahan sintetis, bahan ini umunya tersedia dalam bentuk serabut ataupun filamen. Nylon cenderung memiliki harga yang tinggi, tetapi memiliki ciri-ciri fisik yang sangat dibutuhkan bagi beberapa kegiatan, karena bahan ini memiliki ketahanan yang tinggi pada abrasi dan pengenduran, kua t dan elastis, dan juga tahan pada beberapa jenis bahan kimia.
•
Dynel
Serat acrylic pada umumnya memiliki kelembaban absorpsi yang rendah, kekuatan yang baik, kenyal, dan tahan terhadap zat kimia, dan tahan terhadap degradasi oleh jamur dan bakteri. Jenis bahan acrylic yang digunakan pertama kali sebagai baghouse filter adalah union carbid ya ng merupakan rajutan filamen. Jenis serat acrylic yang memiliki bentuk serabut adalah dynel, Dynel memiliki ketahanan kimia yang tinggi, khususnya untuk asam dan basa kuat, tetapi tidak cocok pada uap pembakaran.
III-4
•
Orlon dan Dacron
Orlon dan Dacron merupakan serat pertama yang 100% berasal dari acrylic, diproduksi hanya dalam bentuk serabut pada saat ini (11). Orlon memiliki sifat yang ringan, kuat, dan kenyal; memiliki ketahanan terhadap panas, dan tahan terhadap zat kimia, khususnya asam (11). Perbedaan antara Orlon dan Dacron adalah dalam bentuk produksi, dimana Dacron diproduksi dalam bentuk filamen sedangkan Orlon dalam bentuk serabut. Bentuk filamen dirasakan oleh beberapa pihak lebih menguntungkan dalam hal pembersihan dibandingkan dalam bentuk serabut. Selain itu Dacron cenderung lebih memiliki harga yang cukup rendah bila dibandingkan dengan Orlon.
•
Teflon.
Merupakan serat hasil penelitian dari tetraluoroethylene. Teflon jarang digunakan karena memiliki beberapa batasan. Bahan ini tidak terlalu tahan terhadap panas, begitu juga dengan zat kimia. Campuran serat Teflon-Orlon hanya digunakan bila terdapat fluoride pada gas buang, itupun hanya untuk konsentrasi tertentu.
•
Gelas
Dari seluruh media filtrasi yang ada, serat gelas merupakan serat yang paling kuat terhadap panas, dan hampir seluruh bahan kimia kecuali fluorin. Kekurangan fisik dari bahan ini adalah memiliki ketahanan yang rendah terhadap abrasi, membutuhkan penanganan yang khusus, dan juga memiliki ciri-ciri desain khusus. Kecepatan filtrasi yang direkomendasikan biasanya lebih rendah dibandingkan dengan bahan yang lain, karena membutuhkan proses pembersihan dengan kecepatan rendah.
III-5
3.1.4. Mekanisme Pembersihan
Debu yang terakumulasi di media filter, akan menyebabkan meningkatnya kehilangan tekan sampai batas tertentu. Setelah batas tersebut tercapai maka perlu dilakukan pembersihan untuk mengurangi kehilangan tekan yang ada. Siklus pembersihan ini bisa dilakukan secara manual, semi otomatis, ataupun sepenuhnya otomatis. Siklus secara otomatis dapat dilakukan berdasarkan waktu tertentu atau ketika tekanan tertentu telah tercapai. Pada beberapa alat pengendali seperti reverse-jet baghouse , alat ini beroperasi dengan pembersihan yang kontinu. Ketika proses pembersihan telah dimulai, harus dilakukan sampai selesai dengan intensitas pembersihan yang cukup dan durasi waktu yang cukup untuk memastikan pembersihan yang menyeluruh. Ketika pembersihan berlangsung direkomendasikan blower dihentikan (11).
Dari seluruh metode yang ada terdapat dua metode pembersihan pada baghouse filter yang telah digunakan secara luas yaitu reverse air, dan shaker baghouse filter. Pada kedua alat ini terdapat kriteria dalam mendesain yaitu kecepatan maksimum filtrasi yang sangat berhubungan dengan jenis industri apa yang akan ditangani.
Tabel 3.3 Kecepatan maksimum filtrasi pada jenis debu tertentu pada shaker baghouse atau reverse air baghouse .
Dusts
Activated charcoal, Carbon black, Detergents, Metal fumes
Maximum filtering velocity ft/min or cfm/ft2
1.5
Alumunium Oxide, Carbon, Fertilizer, Graphite, Iron Ore, Lime, Paint, Pigments,
2
Fly Ash, Dyes
III-6
Dusts
Maximum filtering velocity ft/min or
Alumunium, Caly, Coke, Charcoal, Cocoa, Lead Oxides, Mica, Soap, Sugar, Talc Bauxite, Ceramics, Chrome Ore, Feldspar, Flour, Flint, Glass, Gypsum, Plastics, Cement. Asbestos, Limestone, Quartz, Silica, Cork, Feeds and Grains, Marble, Oyster Shell, Salt Leather, Paper, Tobacco, Wood
cfm/ft2
2.25
2.5 2.75 3.0-3.25 3.5
(Sumber: Danielson,1973; Turner et al.,1987)
Namun nilai V (kecepatan maksimum) sangat bergantung pada muatan dari debu, kehalusan dari debu, dan faktor lainnya. Sebagai contoh, pada beberapa keadaan perlu dilakukan pengurang nilai yang ada di tabel dari V antara 10-15% untuk muatan debu yang lebih besar dari 40gr/ft3, dan beberapa perlu ditingkatkan sebesar 20% untuk muatan debu yang kurang dari 5gr/ft3. Hal ini juga terjadi pada partikulat dengan ukuran kurang dari 3µm (atau lebih besar dari 50µm), nilai yang ada di tabel menunjukkan bahwa nilai dar V harus dikurangi (atau dinaikkan) sebesar lebih kurang 20% (11). Nilai V yang terlalu besar dapat menyebabkan penetrasi partikel yang berlebihan, menutup pori-pori bahan dan bahkan dapat menurunkan umur bahan (11).
Bahan yang dipilih (termasuk jenis rajutan) merupakan salah satu pertimbangan yang penting berdasarkan pada kemampuan melepaskan diri partikel dari bahan. Bahan yang digunakan harus benar-benar cocok dengan karakteristik dari aliran gas, dan juga dengan tipe partikulat. Bahan yang biasa untuk digunakan memiliki kemampuan yang berbeda, hal ini berhubungan
III-7
dengan temperatur operasi dan kandungan zat kimia yang ada pada aliran gas. Hal ini dapat terlihat pada Tabel 3.3
Reverse air baghouse dan shaker baghouse memiliki konstruksi dengan beberapa kompartemen. Pada
saatnya untuk membersihkan kantung, salah satu kompartemen akan terisolasi dari aliran udara yang mengandung debu. •
Shaker Baghouse
Metode shaker baghouse ini memiliki dua metode yaitu mechanical shaker dan pneumatic shaker.
Mechanical shaker adalah metode pembersihan kantung dengan menggunakan
alat
motor
elektrik
yang
berguna
untuk
mengguncang
kantung.
Terdapat eccentric translatesyang memiliki gerakan memutar dari motor menjadi osilasi. Kantung dapat berguncang secara vertikal maupun horizontal. Merupakan hal yang penting untuk mempertahankan agar tidak ada tekanan didalam tabung filter selama kegiatan pengguncangan dilakukan. Tekanan yang sangat kecil untuk dideteksi oleh manometer masih dapat mengganggu proses pengguncangan.
Pneumatic shaker adalah salah satu metode yang memanfaatkan udara untuk
mengoperasikan motor udara yang dapat menghasilkan getaran dengan frekuensi tinggi pada kerangka suspensi dari kantung. Walaupun frekuensinya tinggi, namun amplitudonya rendah. Metode ini kurang efektif untuk materi yang sukar lepas dari kantung, karena jumlah total energi yang diberikan terhadap kantung cukup rendah.
III-8
Gambar 3.1 Shaker Baghouse (U.S Army Corps of Engineer) •
Reverse Air Baghouse
Pada sistem reverse air , udara bersih akan dialirkan melalui kantung pada kompartemen yang terisolasi dengan arah aliran yang berlawanan dengan aliran yang biasa. Dalam kedua keadaan tersebut, debu yang telah teraglomerasi di bahan akan meluruh dan jatuh ke hopper yang berada dibawah kompartemen. Debu akan secara periodik dikeluarkan dari hopper dan dibuang atau digunakan kembali sesuai dengan kebutuhan. Secara umum, debit aliran pembersihan berukuran sedang tetapi terkadang kurang efektif dalam membersihkan kantung filter. Namun pada beberapa bahan, terutama bahan fiber glass, peregangan akibat debit pembersihan yang disertai dengan guncangan dapat mengakibatkan kerusakan pada bahan.
III-9
Gambar 3.2 Reverse Air Baghouse (U.S. Army Corps of Engineer ) •
Pulse-jet baghouse Pulse-jet baghouse, merupakan jenis baghouse filter yang penggunaanya telah
berkembang
dalam
20-25
tahun
terakhir.
Metode
operasi pulse-jet
baghouse dapat dilihat secara skematis pada Gambar 3.3. Metode operasional
pada jenis pulse-jet baghouseadalah metode filtrasi eksterior dimana udara yang akan difiltrasi dialirkan melewati kantung-kantung, dimana aliran udara b ergerak dari bagian luar kantung menuju ke dalam. Sehingga debu yang akan disisihkan tertahan pada permukaan bahan. Pada pulse-jet baghouse terdapat kerangka yang berada didalam kantung yang berguna untuk mempertahankan kantung agar tidak jatuh. Metode pembersihan pada kantung-kantung filter menggunakan udara yang memiliki aliran udara cepat (30-100 millisecond), dengan tekanan udara yang
III-10
besar (90-100 psi). Getaran udara ini dialirkan melalui solenoid valve sehingga membentuk gelombang udara yang tiba-tiba, yang membuat kantung menjadi meregang sehingga partikel yang tertahan di permukaan kantung akan meluruh. Waktu pembersihan kantung cenderung lebih singkat dari metode-metode lainnya dan baghouse tidak terbagi-bagi ketika pembersihan dengan pulse jet berlangsung.
Gambar 3.3 Pulse-jet baghouse (U.S. Army Corps of Engineer )
III-11
Gambar 3.4 Mekanisme Pembersihan Kantung pada Pulse Jet Baghouse
Gambar 3.5 Peluruhan Debu pada Pulse-Jet Baghouse
III-12
Keuntungan utama dari metode pulse jet ini adalah pada metode ini diperbolehkan
kegiatan
pembersihan
dilakukan
selama
udara
yang
mengandung debu terus mengalir kedalam baghouse. Selain itu keuntungan utamanya yang lain adalah bahan media dapat digunakan pada rasio air-tocloth yang lebih besar, biasanya sekitar dua atau tiga kali lebih besar daripada
yang digunakan pada metode konvensional. Walaupun begitu, dalam pengaplikasian pulse-jet baghouse, dibutuhkan sistem pembersihan udara otomatis, yang memiliki pengaturan aliran pada solenoid valve dalam setiap rentang waktu tertentu. Pertimbangan yang penting dalam desain pulse-jet baghouse adalah kecepatan filtrasi (Tabel 2.4). Kecepatan filtrasi merupakan hal yang penting karena pada kecepatan filtrasi yang tinggi dapat mengurangi net cloth area yang dibutuhkan, dan selanjutnya dapat mengurangi uk uran serta biaya kapital. Tabel 3.4 Kecepatan filtrasi pada variasi debu atau asap pada pulse-jet baghouse Maximum filtering velocity Dusts or fumes ft/min or cfm/ft2
Carbon, Graphite, Metallurgical,Fumes, Soap, Detergents, Zinc Oxide
5-6
Cement(Raw), Clay(Green), Plastics, Paint P igments, Starch, Sugar, Wood Flour, Zinc(Metallic)
7-8
III-13
Alumunium Oxide, Cement(Finished), Clay(Vitrified), Lime, Limestone, Gypsum, Mica, Quartz, Soybean, Talc
9-11
Cocoa, Chocolate, Flour, Grains, Leather Dust, Sawdust, Tobacco
12-14
(Sumber: Danielson,1973;Theodore and Buonicore, 1976)
Pulse-jet baghouse secara umum hanya membutuhkan ukuran setengah dari ukuran reverse-air baghouse, yang merupakan pertimbangan yang cukup penting bagi area yang terbatas. Luas area yang tidak terlalu besar disebabkan karena pada sistem pulse-jet baghouse tidak terdapat kompartemen dan juga tidak terdapat kantung ekstra yang dibutuhkan oleh sistem-sistem lainnya.
Berdasarkan percobaan, sistem pembersihan pada pulse-jet baghouse dapat menyisihkan debu hingga hanya meninggalkan konsentrasi debu 1% di permukaan kantung (11). Namun dalam sistem pembersihan kantung pulse jet baghouse, yang berlangsung ketika proses filtrasi terus berlanjut, dapat menyebabkan kantung yang digunakan menjadi mengkerut yang dalam hal ini dapat mengurangi efisiensi dari filtrasi itu sendiri.
Dalam pengoperasian baghouse filter hal lain yang penting adalah adanya kompresso untuk mengalirkan udara balik pada kantung. Pada umumnya dalam pengoperasian pulse-jet baghouse , aliran volumetrik dari udara kompresor
setara dengan 0.2% – 0.8% dari aliran udara filtrasi dimana
keduanya memiliki hubungan yang erat terhadap temperatur dan tekanan
III-14
3.1.5. Susunan Kantung Filter
Kantung filter perlu disusun dengan baik sehingga terdapat ruangan yang cukup antara kantung filter yang memungkinkan aliran udara dapat secara bebas masuk kedalam filter dan meminimalkan berbagai hambatan aliran udara yang menyebabkan kehilangan tekanan yang besar selama proses filtrasi berlangsung.
Penyusunan kantung filter ini juga penting agar antara kantung filter itu sendiri tidak saling bergesekan satu sama lain, terutama pada saat pembersihan. Apabila terlalu sering terjadi gesekan hal ini dapat menyebabkan peningkatan frekuensi penggantian kain filter, yang menyebabkan biaya operasi dan pemeliharaannya meningkat.
Untuk berbagai variasi panjang filter, ruangan minimum antara kantung filter adalah 2 inchi atau 5 cm. Namun khusus untuk panjang filter yang memiliki panjang lebih dari 10 – 12 ft maka ruangan antara filter harus lebih dari 2 inch. Selain ruangan antara kantung filter, ruangan antara kantung dengan casing juga perlu diperhitungkan.
Gambar 3.6 usunan Kantung Sejajar
III-15
Gambar 3.7 Susunan Kantung Zig-zag
3.2.
Efisiensi Penyisihan Debu pada Baghouse Filter
Penyisihan debu dengan menggunakan baghouse filter terdapat dua mekanisme yang memiliki peranan penting, yaitu mekanisme difusi dan intersepsi. Kedua mekanisme ini memiliki peran yang dominan dalam menentukan efisiensi penyisihan debu pada baghouse filter terutama pada debu yang memiliki ukuran relatif kecil. Model matematis telah dikembangkan untuk masing-masing mekanisme proses pengumpulan tersebut, sehingga efisiensi pengumpulan melalui dua mekanisme ini dinyatakan sebagai berikut:
ηDC = 1 – (1 – ηD)(1 – ηC)……………………………………………………………….(1)
Dimana : ηD = Efisiensi pengumpulan melalui difusi ηC = Efisiensi pengumpulan melalui intersepsi
Friedlander (1977) telah mengembangkan persamaan diatas menjadi suatu persamaan yang mudah diterapkan untuk mendesain filter, yang din yatakan sebagai berikut :
III-16
ηDC = 6Sc-2/3 Re-1/2 + 3R2 Re1/2……………………………………………………..(2) imana :
Dengan
dan
µ = viskositas fluida ρ = densitas fluida k = konstanta Boltzmann = 1,4.10-6
III-17
T = temperatur (K) dp = diameter partikel n = kecepatan gas dalam filter Df = diameter fiber
Pada hakikatnya kolektor pada baghouse filter dapat diasumsikan sebagai kumpulan serat (fiber) tunggal yang terintegrasi satu sama lain. Sehingga jika efisiensi total baghouse filter hT, dapat dinyatakan sebagai berikut,
ηT = 1 – (1 – ηDC)n………………………………………………………………………(3)
…………………………………………………………………(4)
………………………(5)
Dimana : ηT = effisiensi total fabric N = Konsentrasi akhir (mg/m3) NO = Konsentrasi awal (mg/m3)
III-18
H = tebal fiber (mm) Df = diameter fiber (mm) α = densitas fiber n = jumlah lapisan fiber
Perhitungan hT sangat penting dalam pemilihan jenis fabric. Untuk menghitung hT diperlukan spesifikasi jenis fabric yang akan dipilih dalam desain baghouse filter. Seperti terlihat dalam Tabel 2.11 berikut ini, Tabel 3.5 Karakteristik bahan Kode Fabric
Karakteristik
Diameter fiber (µm)
a
H (µm)
8
0.296
635
12.5
0.344
2092
15
0.083
2553
13
0.355
559
25
0.393
381
25
0.58
228
Fiberglass A
Filamen Bulk Wrap Polyester
B
All-spun Nomex-Needled Felt
C Polyester Filamen(Knitted) D Polyester Filamen E Warspun Polyester F Filamen (Sumber :Buonicore, 1992)
III-19
