Gas-Solid Separation

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Teknologi pemisahan merupakan suatu kegiatan yang banyak digunakan dalam dunia industri. Pemisahan merupakan proses yang paling sering berlangsung dalam industri kimia. Berbagai tahap proses teknik kimia seringkali dihubungkan satu sama lain melalui instalasi pemisah. Berdasarkan keadaan agregat dari bahan yang akan dipisahkan, maka  pemisahan dapat dibedakan menjadi me njadi beberapa tahapan antara lain lai n elektrostatik, separator, dan filter.

Dalam makalah ini zat z at yang akan dipisahkan dalam campurannya berwujud gas dan solid. Mengingat perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta kemajuan di bidang industri maka diperlukan mesin pemisah yang tepat sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan produk yang diinginkan. 1.2 Tujuan Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini ialah ntuk mengetahui definisi, jenis, kegunaan, serta prinsip kerja dari alat –  alat –  alat  alat pemisah.

1

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Gas-Solid Separation Pemisahan pada sistem gas-padatan terpusat pada penghilangan debu, partikulat, sampling, resirkulasi partikel dan operasi lainnya.

Teknik yang paling umum digunakan untuk pemisahan partikel padat dari gas yang  pemisahinersia, elektrostatik separator dan filter .  Fenomena fisik yang terlibat dalam  pemisahan padatan dari gas dipengaruhi oleh sejumlah faktor penting seperti sifat-sifat gas, dan gas-partikel dan partikel-partikel interaksi. Faktor-faktor ini secara singkat ditinjau di sini terlebih dahulu sebelum menangani prinsip berbagai jenis gas-padatan  pemisah. 2.1.1 Perilaku Padatan dalam Gas Dengan permisalan suatu padatan berbentuk bola berada dalam fluida (cairan atau gas) yang diam. Rapat massa padatan (rs) lebih besar daripada rapat massa cairan atau gas (rf). Padatan akan bergerak ke bawah karena gaya berat. Gaya-gaya yang bekerja  pada padatan : 1. Gaya berat padatan (G) 2. Gaya ke atas akibat adanya fluida, gaya Archimedes (FA) 3. Gaya gesekan fluida terhadap padatan (FD) yang arahnya ke atas (berlawanan arah gerak padatan) 2.1.2 Mekanisme Pengendapan dalam Alat Pengumpul Debu Prinsip Operasi : 1.  pemisahan partikel dari gas dengan pengendapan di dalam alat, 2. waktu tinggal endapan di permukaan alat, 3.  pengambilan endapan dari permukaan alat.

Langkah-langkah yang dibutuhkan : 1. aplikasi gaya yang menghasilkan perbedaan gerakan partikel relative terhadap gas. 2. Penyediaan waktu tinggal gas yang memberikan waktu yang cukup untuk partikel  berpindah ke permukaan alat. Mekanisme pengendapan dalam alat antara lain : 1.  pengendapan secara gravitasi, 2. flow-line interseption, 3.  pengendapan secara inersial, inertial : tendency of particle to remain still or continue moving unless another force acts on it. 4.  pengendapan secara difusi, 5.  pengendapan secara electrostatic.

2

6.  pengendapan secara thermostatic ( jarang, karena gaya ini sangat kecil). Ilustrasi mekanisme 2,3,4 digambarkan dalam gambar dibawah ini :

Gambar 1. Mekanisme Pengendapat Padatan Dalam Alat 2.2 Alat  – Alat Gas - Solid Separation Berikut merupakan alat-alat dari Gas-Solid Sparation: a. Gravity Settling Chamber Gravity Settling Chamber merupakan tipe alat  gas-solid separator yang paling sederhana, dengan menggunakan gaya gravitasi sebagai mekanisme pemisahan utamanya. Gas dilewatkan suatu ruangan sehingga ada pengurangan kecepatan gas dan partikel mengendap karena gaya gravitasi. Untuk memisahkan partikel  berukuran lebih besar dari 325 mesh ( 43 mikron). Untuk memisahkan partikel yang lebih kecil, dibutuhkan ruangan yang sangat besar. Hubungan ukuran  partikel dengan dimensi ruangan digambarkan sbb :

Gas berdebu dilewatkan ruang cukup besar. Kecepatan gas lambat dan waktu tinggal cukup. Debu terpisah karena gaya berat.

Gambar 2. Gravity Settling Chamber 

3

Adapun kelebihan dan kekurangan dari menggunkan Gravity Settling Chamber  adalah sebagai berikut: Kelebihan: 1. Desain alat sederhana. 2. Konstruksi mudah dibuat 3. Pemeliharaan yang mudah dan biaya pemeliharaan yang rendah Kekurangan: 1. Ukuran alat besar, sehingga membutuhkan lahat yang luas. 2. Dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu. 3. Hanya dapat memisahkan partikel yang berukuran besar. b. Bag Filter 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 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 pg/ m3  –   1 kg/m3 (Bethea, 1978). Debu secara periodik disisihkan dari kantong dengan goncangan atau menggunakan aliran udara terbalik, sehingga dapat dikatakan bahwa bag filter adalah alat yang menerima gas yang mengandung debu, menyaringnya, mengumpulkan debunya, dan mengeluarkan gas yang bersih ke atmosfer (Buonicore and Davis, 1992). Keuntungan dari penggunaan bag filter adalah (Cooper dan Alley, 1994; Buonicore and Davis, 1992, Beachler et.al, 2005) : 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.

4

Gambar 3. Bag Filter Sedangkan kerugian dari bag filter adalah (Cooper dan Alley, 1994) : 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). c. Scrubber Scrubber mempunyai definisi secara umum yaitu suatu variasi peralatan yang digunakan untuk memisahkan partikel-partikel solid dari udara/gas. Pada umumnya, scrubber mampu menghasilkan partikel solid dengan ukuran 5μ diameter. Namun ada yang lebih spesifik yaitu mampu menghasilkan partikel dengan ukuran 1μ -2μ diameter.

Scrubber dapat juga dikatakan berfungsi untuk mengurangi pollutan udara yang dihasilkan oleh gas buang suatu industri. Pengendalian pencemaran udara dapat dilakukan dengan dua cara yaitu pengendalian pada sumber pencemar dan  pengenceran limbah gas. Pengendalian pada sumber pencemar merupakan metode yang lebih efektif karena hal tersebut dapat mengurangi keseluruhan limbah gas yang akan diproses dan yang pada akhirnya dibuang ke lingkungan. Di dalam sebuah  pabrik kimia, pengendalian pencemaran udara terdiri dari dua bagian yaitu  penanggulangan emisi debu dan penanggulangan emisi senyawa pencemar. Jadi scrubber sebagai alat pemisahan suatu partikel solid (debu) yang ada di gas atau udara. Keuntungan dari penggunaan Scrubber adalah : a. Harga terjangkau dan tidak memakan banyak tempat.

5

 b. Dapat digunakan dalam temperatur yang tinggi. Kerugian dari penggunaan Scrubber adalah : a. Biaya pengoperasian dan biaya pemeliharaan yang tinggi.  b. Memerlukan perawatan awal sebelum digunakan. c. Dapat menyebabkan polusi air. d. Pada percepatan tinggi, dapat menyebabkan erosi pada dinding dalam scrubber. e. Memerlukan perlindungan pendinginan. Jenis Scrubber Beberapa jenis scrubber akan dijelaskan dibawah ini : 1. Wet Scrubber . Wet Scrubber dapat didefinisikan sebagai alat pemisahan suatu partikel solid (debu) yang ada di gas atau udara dengan menggunakan cairan sebagai alat bantu. Air adalah cairan yang pada umumnya digunakan dalam proses scrubbing, meskipun dapat juga digunakan cairan lainnya (seperti : asam sulfat, dll).

Wet scrubber dapat mengurangi pollutan udara yaitu penanggulangan emisi debu dan penanggulangan emisi senyawa pencemar yang dihasilkan oleh gas buang suatu industri dalam sekali proses. Pada umumnya, wet scrubber mampu menghasilkan partikel dengan ukuran 5μ diameter. Namun ada yang lebih spesifik yaitu mampu menghasilkan partikel dengan ukuran 1μ -2μ diameter. Mekanisme Kerja Scrubber antara lain : a. Impingement (pengontakan) Suatu campuran gas dengan partikel solid (debu) masuk dengan cepat melalui inlet lalu dikontakkan dengan cairan dengan cara dispray sehingga partikel debu akan tersangkut dalam cairan.  b. Difusi (penyebaran) Partikel-partikel solid tersebut dialiri oleh gas yang kemudian menyebabkan  partikel tersebut menyebar berupa tetesan-tetesan. c. Humidifikasi (melembabkan) Tetesan-tetesan tersebut lalu diflotasikan (melayang) dengan cara humidifikasi, yaitu mengubah permukaan tetesan-tetesan tersebut menjadi elektrostatis. Lalu, memisahkannya berdasarkan ukuran tetes (besar dan kecil) secara mekanik. Cara seperti ini biasanya digunakan untuk debu berkosentrat tinggi dan tergantung pada kondisi spesifik debu dan gas-gas lain yang terlibat. d. Kondensasi (pengembunan) Apabila tetesan-tetesan itu telah mencapai dew point (titik pengembunan), maka akan terjadi peristiwa pengembunan. Proses yang dilakukan secara mekanik ini akan mengembunkan tetesan lebih efektif dan ukurannya lebih seragam. Mekanisme ini penting untuk gas panas dengan kosentrasi debu yang

6

kecil. Untuk kosentrasi yang lebih besar perlu ditambahkan jumlah proses kondensasi tersebut. e. Wetting (pembasahan) Proses ini sebenarnya tidak berperan penting dalam scrubber. Ini dilakukan agar tidak terjadi naiknya partikel debu setelah menjadi tetesan ( proses  pembasahan di lakukan agar partikel-partikel debu yang telah menjadi tetesan tidak ikut keluar bersama gas lagi). f. Partisi Gas (gas pendukung) Jika pada suatu gas dilewatkan cairan atau busa, gas akan dipecah menjadi elemen –   elemen yang kecil dimana jarak antara partikel yang tersuspensi dan cairan yang melingkupinya relative kecil. Dalam beberapa proses terjadi  pemisahan yang diakibatkan oleh gaya gravitasi, dalam hal ini cairan  bertindak sebagai awal pemisahan. g. Dust Disposal (pembuangan debu) Dalam beberapa scrubber, cairan tidak dipisahkan oleh gas tetapi mengalir sebagai pengisi diatas permukaan. Terkecuali dari efek Humidifikasi dan Wetting adalah untuk membersihkan permukaan dan mencegah debu naik keatas, hasil yang nyata terjadi juga karena melibatkan tindakan mekanik yang spesifik. h. Electronic Precipitaion Faktor ini juga berperan dalam proses scrubbing, namun mekanismenya sulit dipahami dan hanya untuk kondisi yang amat penting serta hanya terjadi dalam beberapa proses. Keterangan gambar : 1. Penghisap udara/gas 2. Inlet udara/gas 3. Kipas pemusing udara/gas 4. Motor kipas 5. Pompa sirkulasi air 6. Pipa spray cairan 7. Aliran udara/gas 8. Filter bola 9. Alat pentes embun 10. Outlet udara gas

Gambar 4. Wet Scrubber

7

Beberapa keuntungan dari wet scrubber antara lain : 1. Scrubber basah mempunyai kemampuan untuk menangani embun dan temperatur tinggi. 2. Dapat mengurangi pollutan udara yaitu penanggulangan emisi debu dan  penanggulangan emisi senyawa pencemar yang dihasilkan oleh gas buang suatu industri dalam sekali proses. 3. Scrubber dapat menetralkan gas yang bersifat menghancurkan. Kerugian dari wet scrubber antara lain : 1. Karatan ( korosi). 2. Kebutuhan akan perawatan atau penggunaan kembali dari cairan yang ditambahkan. 2. Cyclone Scrubber Cyclone scrubber terdapat pada beberapa tipe scrubber yang menggunakan metode siklon. Ada yang di dalam lubang vertical bagian tengahnya terdapat  bermaca-macam alat penyemprot cairan. Namun, ada juga terdapat pemisahan cairan yang dilakukan melalui proses disintegrator (penghancur) dengan mengalirkan gas melalui saluran tertentu. Beberapa unit cyclone scrubber  biasanya telah memiliki bagian disintegrator di dalamnya. Kecepatan gas dalam tower (menara) antara 4-8 ft/sec dan dengan pressure drop sebesar 2-8 in. wtr dengan rate sirkulasi air sebesar 3-10 gal/min tiap 10 hp dari keseluruhan gas yang digunakan.

Fungsi dari cyclone scrubber sangat efektif untuk menetralisir gas-gas beracun seperti belerang, chlor, dsb. Ada juga yang mempunyai suhu diatas 180ºF sehingga fungsinya juga sebagai pendingin dari gas buang industri kimia. Rentang ukuran debu yang dapat dipisahkan ialah antara 3 - 5 mikron.

Gambar 5. Cyclone scrubber

8

Adapun kerugian utama dari penggunaan Cyclone Scrubber dengan perawatan cyclon scrubber adalah nozzle plugging dan  korosi atau erosi dari dinding sisi tubuh siklon. Nozel memiliki kecenderungan untuk masuk dari partikel yang  berada dalam cairan daur ulang dan atau partikulat yang berada di aliran gas. Solusi terbaik adalah dengan menginstal nozel sehingga mereka mudah diakses untuk pembersihan atau penghapusan. 3. Venturi Scrubber Satu pengembangan terbaru dalam bidang gosokan gas adalah venturi scrubber, yang mana telah ditemukan bermanfaat untuk koleksi asam belerang berkabut. Metode pemisahan venturi didasarkan atas kecepatan gas yang tinggi pada bagian yang disempitkan dan kemudan gas akan bersentuhan dengan butir air  yang dimasukkan di daerah sempit tersebut.

Alat ini dapat memisahakan partikel hingga ukuran 0,1 mikron dan gas yang larut di dalam air. Venturi scrubber menggunakan tekanan rendah (sekitar 5 lb/sq. In)  pada lorong venturi dengan kecepatan gas 200-300 ft/sec. Air, produk, dan gas  buang dikumpulkan dalam mesin pemisah ( separator ) dengan metode siklon yang ada pada bagian lorong venturi itu. Pressure dropnyasebesar 15 in. Wtr dengan konsumsi air sebesar 3 gal/ mnt tiap power 10 hp. Scrubber venturi dapat memiliki efisiensi pengumpulan partikel tertinggi (terutama untuk partikel yang sangat kecil) dari setiap  sistem scrubbing basah . Mereka adalah scrubber yang paling banyak digunakan karena konstruksi terbuka mereka memungkinkan mereka untuk menghilangkan partikel paling tanpa ditusuk atau skala. Venturis juga dapat digunakan untuk menyerap gas polutan, namun, mereka tidak efisien untuk ini sebagai yang dikemas atau piring menara. Scrubber Venturi telah dirancang untuk mengumpulkan partikel pada efisiensi koleksi yang sangat tinggi, kadang-kadang melebihi 99%.Kemampuan untuk menangani volume venturis inlet besar pada suhu tinggi membuat mereka sangat menarik bagi banyak industri, akibatnya, mereka digunakan untuk mengurangi emisi partikulat di sejumlah aplikasi industri. Kemampuan ini sangat diinginkan untuk   semen kiln pengurangan emisi dan untuk mengendalikan emisi dari tungku oksigen dasar dalam industri baja, di mana gas inlet memasuki scrubber pada suhu lebih besar dari 350 ° C (660 ° F). Venturis juga digunakan untuk mengontrol  fly ash dan sulfur dioksida emisi dari industri dan utilitas boiler .

9

Gambar 6. Venturi Scrabber 4. Packed Scrubber Merupakan jenis scrubber dengan menara yang terbuat dari keramik, namun kurang efektif untuk partikel berukuran 5 u diameter kecuali jika flokulasi debu terjadi karena pengembunan (kondensasi). Yang di harapkan pada metode ini ialah dengan menjaga debu tetap pada ukurannya serta mencegah debu naik kembali.

Kelemahan yang ada disini yaitu kemungkinan terjadi penyumbatan saluran akibat debu.

Gambar 7. Packed Scrubber

10

5. Chamber Scrubber Scrubber jenis ini memiliki pencuci udara yang konvensial dimana gas akan di alirkan sampai ketempat penyemprotan dengan arah aliran yang sejalan atau  berlawanan. Satu set eliminator yang dipasang zig zag diletakkan pada saluran keluar, serta plat-plat dipasang dalam ruangan penyemprot. Proses pendingin gas terjadi saat gas melalui tangki selinder dengan penyemprot pada bagian atas. Beberapa tangko atau menara juga memiliki sekat pada sisi yang berlawanan yang  juga berfungsi sebagai alat penyemprot.

Pada proses untuk memisahkan produk cair dan gas, pada saluran keluarnya terdapat alat pembalik gas (gas reversel) dan juga suatu chamber (ruangan) khusus  pada saluran outlet. Biasanya bahan bakunya dari logam besi atau baja dengan ukuran 3  –   72 in. Kapasitas untuk inlet 50.000 cu ft/min. Ada juga tipe lain dimana gas akan dilewatkan melaui kamar khusus penyemprot yang terdiri atas lorong venture dengan lobang penyemprot dengan konsumsi air 15 gal/min tiap 10 hp. .

Gambar 8. Chumber Scrubber

11

BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan Dari pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa : 1. Perilaku gas dalam padatan disebabkan oleh tiga gaya yaitu : a. Gaya berat padatan (G)  b. Gaya ke atas akibat adanya fluida, gaya Archimedes (FA) c. Gaya gesekan fluida terhadap padatan (FD) yang arahnya ke atas (berlawanan arah gerak padatan).

2.

Alat- alat gas solid separation : a. Gravity Settling Chumber Gravity Settling Chamber merupakan tipe alat  gas-solid separator yang paling sederhana, dengan menggunakan gaya gravitasi sebagai mekanisme pemisahan utamanya.  b. Bag Filter Di dalam bag filter, aliran gas yang kotor akan partikel masuk ke dalam beberapa longsongan filter ( disebut juga kantong atau cloth bag) yang berjajar secara pararel, dan meninggalkan debu pada filter tersebut. c. Scrubber Scrubber ( scrubb = debu atau butiran ) merupakan alat penyaring debu atau gas  buang dari sebuah industri yang mengandung padatan yang berukuran kecil dan  berbahaya. Pemakaian alat scrubber ini dapat meminimalisir polusi udara, sehingga tingkat polusi udara pada daerah pabrik akan menurun.

12