LAPORAN PRAKTIKUM PERLAKUAN MEKANIK “PLATE AND FRAME FILTRATION” FILTRATION ” Tanggal praktikum Tanggal pengumpulan
: 19 Februari 2013 : 26 Februari 2013
Dosen pembimbing : Ir. Gatot Subiyanto,MT Kelompok VII Anggota : Rizka Andhika P (111424026) (111424026) Rizki Mochamad R (111424027) (111424027) Voninurti S (111424028) 2A-TKPB
JURUSAN TEKNIK KIMIA PRODI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2013
PLATE AND FRAME FILTRATION I.
Pendahuluan
1.1 Latar belakang Proses filtrasi bertujuan memisahkan padatan dari campuran fasa cair dengan driving force perbedaan tekanan sehingga mendorong fasa cair melewati lapisan suport pada medium filter. Pada proses filtrasi, pemisahan padatan akan tertahan pada medium penyaring. Sedangkan fasa cair yang melewati medium filter berupa limbah/hasil sampingnya. Prosedur filtrasi sederhana dapat diterapkan langsung pada benda padat yang bentuknya tetap. Sebaliknya, diperlukan perlakuan-perlakuan khusus sebelum dan sesudah proses filtrasi jika padatan yang akan dipisahkan berupa cairan yang mudah terdeformasi atau berukuran kecil dan relatif sulit diambil dari suspensi cair. Filtrasi sering diterapkan pada proses-proses biologis seperti memisahkan ekstrak juice atau memisahkan mikroorganisme dari medium fermentasinya. Pada proses-proses pemisahan yang sulit, proses filtrasi konvesional harus didukung dengan teknologi lain agar filtrasi lebih praktis, cepat, dan kualitas produk tidak terdegradasi.
1.2 Tujuan 1. Mahasiswa dapat memahami tentang salah satu proses pemisahan solid dan liquid yaitu proses filtrasi yang dilandaskan pada prinsip aliran yang melewati unggun berpori. 2. Mahasiswa mengetahui karakteristik filtrasi (penyaringan), khususnya hubungan waktu dengan perolehan filtrate. 3. Praktikan memahami tahanan/hambatan baik pada medium filter maupun cake pada operasi penyaringan
II.
Landasan Teori
Peralatan untuk proses filtrasi konvensional sangat bervariasi, dari conventional plate and frame filter press sampai jenis rotary vacuum filters. Tipe plate and frame filter press yang paling umum disajikan pada (Gambar 1a.) Plate and frame filter press jenis ini yang diaplikasikan di Industri umumnya terdiri atas tujuh bagian medium filter dari logam yang saling menutupi secara renggang dan tempat yang cukup untuk menampung cake sampai filtrasi selesai. Tipe lain memiliki pelat yang saling sejajar sehingga dapat digunakan dengan medium filter berupa penyaring kertas atau kain secara terpisah dari alat utama. Medium filter dapat dimasukkan pada peralatan filtrasi dengan membuka frame yaitu tempat cake terbentuk. Tipe peralatan filtrasi jenis ini digunakan jika cake yang akan terbentuk relatif kering. Alat ini tidak dapat digunakan untuk bahan-bahan yang beracun dan berbahaya.
Gbr. Plate and frame (1a) 2.1 Filtrasi Cake Medium filter pada filtrasi cake relatif tipis dibandingkan dengan filter klarifikasi. Pada awal filtrasi sebagian partikel padat masuk ke dalam pori medium dan tidak dapat bergerak lagi, tetapi segera setelah itu bahan terkumpul lagi pada permukaan septum/ medium penyaringnya. Setelah tahap awal yang berlangsung beberapa menit tersebut zat padat cake tersebut berfungsi sebagai medium filtrasi, bukan septum lagi. Cake tersebut terakumulasi sampai ketebalan tertentu pada permukaan dan sewaktu-waktu harus dibersihkan. Filter cake biasanya bekerja dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer pada bagian hulu atau vakum pada sisi hilir. Filter ini dapat beroperasi kontinu dapat pula secara batch.
2.2 Medium Filter Septum atau medium penyaring pada setiap filter harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1. harus dapat menahan zat padat yang akan disaring dan menghasilkan filtrat yang cukup jernih 2. tidak mudah tersumbat 3. harus tahan secara kimiawi dan kuat secara fisik dalam kondisi proses 4. harus memungkinkan penumpukan cake dan pengeluaran cake secara total dan bersih 5. tidak mahal. Dalam industri medium filter yang banyak dipakai adalah kain kanvas. Masing-masing jenis kanvas dengan ketebalan dan pola anyaman tertentu juga memiliki kegunaan tertentu. Untuk zat cair yang bersifat korosi digunakan medium filter seperti kain wol, tenunan logam monel atau baja tahan karat, tenunan gelas, atau kertas. Kain sintesis seperti nilon, polipropilena, dacron juga tahan secara kimia. 2.3 Filter Press Filter ini terdiri dari seperangkat lempengan yang dirancang untuk memberi sederetan kompartemen untuk pengumpulan zat padat. Lempengan tersebut ditutup dengan medium filter seperti kanvas. Slurry umpan masuk ke dalam masing-masing lempengan dan medium filternya dengan tekanan, cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa keluaran dan meninggalkan zat padat basah di antara lempengan tersebut.
Lempengan press yang digunakan ada yang berbentuk bujur sangkar atau lingkaran, ada yang terletak vertikal dan horisontal. Tetapi umumnya lempengan untuk zat padat itu dirancang dengan membuat tekukan pada permukaan lempeng, atau dalam bentuk plate-and-frame. Pada desain plate and frame ini, lempengan berbentuk bujur sangkar dengan panjang sisi 6-28 in dan disusun silih berganti dengan bingkai terbuka. Lempengan tersebut tebalnya berkisar 0,25 sampai 2 in, sedangkan bingkainya setebal 0,25 sampai 8 inci. Lempengan dan bingkai itu didudukkan secara vertikal pada rak logam dengan medium filter dipasang menutupi setiap bingkai dan dirapatkan dengan bantuan sekrup dan rem hidraulik. Bubur umpan masuk pada satu ujung rakitan lempeng dan bingkai tersebut. Slurry mengalir melalui saluran yang terpasang memanjang pada salah satu sudut rakitan dari sudut tersebut melalui saluran tambahan mengalir ke dalam masing-masing bingkai. Di sini zat padat itu diendapkan di atas permukaan pelat. Cairan mengalir menembus kain filter, melalui alur atau gelombang pada permukaan lempeng, sampai keluar press filter tersebut. Sesudah filter tersebut dirakit, slurry dimasukkan dari pompa atau tangki pendorong pada tekanan 3 sampai 10 atm. Filtrasi lalu diteruskan sampai tidak ada lagi zat cair yang keluar dan tekanan filtrasi naik secara signifikan. Hal ini terjadi bila bingkai sudah penuh dengan zat padat sehinggga slury tidak dapat masuk lagi. Filter itu disebut jammed. Setelah itu, cairan pencuci dapat dialirkan untuk membersihkan zat padat dari bahan-bahan pengotor yang dapat larut. Cake tersebut kemudian ditutup dengan uap atau udara untuk membuang sisa zat cair tersebut sebanyak-banyaknya. Filter itu lalu dibongkar, cake padatnya dikeluarkan dari medium filter sehingga jatuh ke konveyor menuju tempat penyimpanan. Pada kebanyakan press filter, operasi tersebut berlangsung secara otomatis. Sampai cake bersih, proses pencucian memakan waktu beberapa jam karena cairan pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melangkahi bagian-bagian cake yang terjejal rapat. Jika cake tidak terlalu rapat, sebagian besar cairan pencuci tidak efektif membersihkan cake. Jika diinginkan pencucian sampai benar-benar bersih, biasanya dibuat sluury lagi dengan cake yang belum tercuci sempurna. Pencucian lebih lanjut dapat menggunakan zat cair pencuci dalam kuantitas besar dan menyaringnya kembali dengan shell-and-leaf filter sehingga memungkinkan pencucian yang lebih efektif dari pada plate and frame filter.
VI. Pembahasan Praktikum plate and frame filtration bertujuan untuk memisahkan padatan dari campuran fasa cair dengan driving force perbedaan tekanan sehingga mendorong fasa cair melewati lapisan support pada medium filter. Pada percobaan kali ini proses filtrasi dilakukan terhadap larutan kapur 3 (CaCO3) dengan konsentrasi 7.45 kg/m . Peralatan yang digunakan adalah Plate and Frame Filter Press beserta peralatan pendukung yang meliputi tangki slurry berpengaduk, tangki penampung filtrate, dan pompa. Sebelum proses dimulai alat-alat dirangkai menjadi satu unit proses dan diuji kebocoran sehingga pada saat proses filtrasi, solut (padatan yg disebut cake) yang tertahan pada medium bisa tersaring sempurna. Proses dimulai dengan melewatkan slurry kedalam alat plate and frame press dengan bantuan pompa,pompa ini berfungsi untuk meningkatkan tekanan agar laju alir umpannya tinggi. Ketika slurry dilewatkan kedalam alat tersebut terjadi perpindahan tekanan antara slurry dengan filtrat yang keluar. Hal ini menyebabkan slurry mengalir melalui setiap bukaan bingkai dan menyemprot kedua sisi filter media. Filtrat mengalir melalui filter media dan padatan membentuk cake yang menempel pada filter media pada sisi bingkai. Filtrate mengalir diantara filter media dan permukaan plate melalui saluran keluar dan tertampung di tangki filtrate. Percobaan filtrasi dilakukan sebanyak tiga kali dengan variasi tekanan yang berbeda. Laju alir slurry yang masuk, berpengaruh terhadap perbedaan tekanan yang terjadi selama proses filtrasi. Semakin kecil laju alir yang dimasukkan, maka perdedaan tekanan yang terjadi semakin besar dan waktu yang diperlukan untuk proses filtrasi lebih lama. Pada hasil praktikum, praktikan mendapatkan data berupa perbedaan tekanan (∆P) dan waktu yang diperlukan untuk setiap kenaikan 5 L pada tangki (hingga 10 data). Dari data tersebut, praktikan membuat grafik antara t/V vs V dan dari grafik tersebut praktikan mendapatkan harga slope yang digunakan untuk mencari harga Kp. Harga Kp dan (intercept) berturut-turut dari tekanan 1,5 bar(Kp=0.01105,intercept=0.7649), tekanan 1 bar(Kp= 0.0177, intercept = 0.5442),dan tekanan 0,5 bar (Kp= 0.0688,intercept = 0.886). Nilai α, Rc,dan Rm diketahui dari nilai Kp dan intercept. Berturut-turut nilai α, Rc,dan Rm adalah -1 -1 pada ∆P 1,5 bar (α=102392.28 m/kg, Rc= 575692.59 m , Rm = 82510000 m ), ∆P 1 -1 -1 bar (α=109341.98 m/kg,Rc=614761.23 m ,Rm= 39133483.15 m ),dan ∆P 0,5 bar -1 -1 (α =212506.45 m/kg,Rc= 1194800.91 m ,Rm= 31856179.78 m ). Dilihat dari data
di atas dapat disimpulkan bahwa nilai α dan Rc semakin besar jika tekanan diperkecil namun sebaliknya pada nilai Rm,nilai Rm berbanding lurus dengan nilai ∆P. Berdasarkan data di atas dapat diketahui waktu filtrasi pada ∆P 1,5 bar = 1.25 -2 s, ∆P 1 bar = 1.03 s,dan ∆P 0,5 bar = 0.44 s. Laju filtrasi ∆P 1,5 bar= 1.30 s , ∆P 1 -2 -2 bar=99.31 s ,dan ∆P 0,5 bar= 27.57s .
VII. Kesimpulan
1. Faktor yang mempengaruhi proses filtrasi :
sifat fisik fluida: densitas, viskositas,sifat korosif fluida.
Keadaan partikel: ukuran,bentuk,dan distribusi partikel.
Konsentrasi slurry : Laju alir slurry serta Gaya dorong yang diakibatkan oleh gravitasi, beda tekanan, gaya sentrifugal.
2. Nilai α yang didapat semakin kecil bila tekanan semakin besar,terbukti pada tekanan 1,5 bar α= 102392.28 m/kg ; 1 bar α= 109341.98 m/kg dan pada tekanan 0,5 bar α= 212506.45 m/kg. 3. Nilai Rc akan semakin besar saat tekanan semakin kecil berkebalikan dengan nilai Rm yang akan semakin kecil saat tekanan semakin besar 4. Waktu filtrasi akan semakin lama bila tekanan semakin besar. Hal ini dikarenakan tekanan yang terlalu besar akan menghasilkan endapan yang terlalu cepat pada filter. 5. Tekanan yang terlalu kecil akan mengakibatkan laju alir yang semakin besar .
