LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK 1 ROTARY DRUM FILTER SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015 MODUL
: Rotary Drum Filter
PEMBIMBING
: Ir. Herawati B. M.Eng.Sc.Ph.D
TANGGAL PRAKTIKUM : 4 November 2015 TANGGAL PENYERAHAN: November OLEH: Asri Nurdiana
(141424007)
Gian Mardhiansyah
(141424015)
Mira Auliya Tsaqila
(141424021)
Kelompok
2
Kelas : 2 TKPB
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2015
I.
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang Rotary drum filter merupakan salah satu jenis filter yang dioperasikan secara kontinyu. Seperti alat filtrasi pada umumnya, alat ini mempunyai medium filter dan support sebagai komponen utama, hanya saja bentuk support berupa silinder dan medium filter mengelilinginya. Bentuk silinder tersebut mengakibatkan alat ini diberi nama drum. Selama beroperasi, drum tersebut berputar perlahan, oleh karena disebut rotary. Seringkali alat ini disebut sebagai rotary vacuum filter, karena kondisi tekanan di dalam drum bersifat vakum. Jenis filter ini telah lama diaplikasikan di dunia industri. Keuntungan pemakaian alat ini terletak pada sistem operasinya yang kontinyu, sehingga waktu proses lebih efisien dan penggunaan tenaga kerja lebih hemat. Dalam sekali putaran, rotary drum filter melakukan tahap penyaringan, pencucian, pengeringan, dan pengumpulan cake yang jika dilakukan secara batch harus dilakukan satu per satu sehingga akan memakan waktu serta tenaga. Bahan yang bisa disaring memakai rotary drum filter dengan model yang sejenis dengan alat praktikum ini pada prinsipnya berupa suspensi, dan yang biasa diolah dalam indiustri adalah : a. Lumpur limbah b. Pigmen c. Resin, plastik, atau polimer d. Senyawa Kalsium e. Titanium dioksida f. Mineral dan senyawa kimia anorganik 1.2. Tujuan Praktikum (1) Memahami pengoperasian rotary drum filter, mulai dari prosedur start up, operasi normal, sampai shut down (2) Mengamati karakter proses operasi filtrasi kontinyu memakai alat rotary drum filter (3) Mendapatkan hubungan antar variabel yang mempengaruhi pengoperasian rotary drum filter dengan persamaan karakteristik yang telah tersedia dalam literatur (4) Mencari konstanta karakteristik untuk operasi ini dengan pengolahan data praktikum
II.
LANDASAN TEORI Komponen utama dari rotary drum filter berupa sebuah drum berputar yang
dindingnya merupakan support dari medium filter. Medium filter ini bertindak sebagai komponen pemisah yang akan meloloskan cairan filtrat dan menahan cake. Pemilihan medium filter merupakan faktor penting yang akan menentukan mutu produk. Contoh bahan medium yang banyak dipakai adalah : polyester, nylon, polypropylene, dan bahan dari serat khusus. Drum diberi vakum di bagian tengahnya, sehingga cairan filtrat akan mengalir masuk kebagian tengah drum dengan menembus medium filter dan support sambil meninggalkan padatan cake di permukaan medium filter. Cake yang menempel akan diambil oleh pisau (knife) dan dikumpulkan dalam penampung cake. Sementara itu filtrat mengalir keluar dari bagian poros drum dan dialirkan ke tangki filtrat oleh sebuah pompa.
Gambar 1. Komponen utama rotary drum filter Dalam satu kali putaran, secara lengkap drum mengalami beberapa tahapan, yaitu : 1.
Pembentukan cake Pada saat drum tercelup dalam suspensi, maka aliran filtrat menembus medium filter akan terjadi. Selain tahap ini perpindahan massa filtrat dari suspensi ke dalam drum tidak terjadi. Pada saat filtrat menembus medium, padatan dalam suspensi akan tertinggal dan menempel di permukaaan mediu, dan terjadilah pembentukan cake. Tahap ini berlangsung dalam zona pembentukan, dan di daerah ini kondisi vakum diaplikasikan secara maksimal. Total rasio daerah yang tercelup disebut
apparent submergence,
sedangkan rasio daerah tercelup dimana pembentukan cake betul-betul efektif disebut effective submergence. Rasio ini umumnya berkisar antara 33 sampai 35%. 2.
Pengeringan dan pencucian
Dalam zona ini air yang mungkin masih membasahi cake dihisap lebih lanjut, menghasilkan cake yang lebih kering. Jika diperlukan, dapat dilakukan tahap pencucian untuk menghilangkan kotoran yang menempel atau tercampur dalam cake. Dalam rotary drum filter yang dipakai untuk praktikum ini, tidak ada tahap pencucian. Tahap pengeringan dilanjutkan setelah tahap pencucian, dengan cara yang sama dengan sebelumnya. Jika tidak ada tahap pencucian, maka zona untuk tahap ini hanya terdiri dari zona pengeringan, sedangkan jika ada pencucian terbagi menjadi zona-zona: pra pengeringan, pencucian, dan pengeringan akhir 3.
Pelepasan cake.
Cake yang telah cukup kering digaruk oleh sebilah pisau, dan dikumpulkan dalam sebuah bak penampung. Di tempat pelepasan cake, kondisi vakum dalam drum ditiadakan. Daerah tempat langkah ini berlangsung disebut zona pelepasan. 4.
Tahapan kosong.
Tahap ini berlangsung setelah pisau melepas cake. Medium filter menjadi terekpos, tanpa ada cake yang melapisi. Jika ruang vakum dalam drum terhubung dengan daerah ini, maka akan terjadi kebocoran vakum yang mengakibatkan kondisi vakum di zona lain tidak berfungsi. Oleh karena hal ini, maka diperlukan suatu valve pengatur yang menyekat zona ini dengan kondisi vakum dalam drum. Zona ini biasa disebut dead zone, dan diterjemahkan sebagai zona mati. Mekanisme operasi filtrasi memakai rotary drum filter dapat dijelaskan oleh gambar berikut. washing zone final drying zone (zona pengeringan akhir)
discharge zone
predrying zone (zona pra pengeringan)
dead zone
formation zone ARAH PUTARAN
(zona pembentukan)
Gambar 2. Mekanisme dan zona dalam rotary drum filter Selama drum berputar, valve otomatis secara terus menerus mengatur segmen drum yang menjalani filtrasi, pencucian dan pengeringan, serta pelepasan cake, juga segmen yang memasuki zona mati. Valve ini dilengkapi dengan sekat yang biasa disebut jembatan (bridge), yang merupakan daerah perubahan tekanan
.
filter
Gambar
3.
tekanan
dengan
Pengaturan
kondisi
valve bidging
Dalam
aplikasi
secara
industrial,
cocok
digunakan
untuk
proses yang mempunyai
karakteristik sebagai berikut :
rotary
drum
1. Suspensi (atau slurry) dengan padatan yang tidak cenderung mengendap dengan cepat dan berada dalam suspensi seragam jika diaduk dengan baik. 2. Cake yang tidak memerlukan waktu pengeringan lama 3. Cake yang dengan sekali tahap pencucian akan bersih dari kotoran atau menghasilkan recovery filtrat yang maksimal. 4. Filtrat yang tidak memerlukan pemisahan tajam antara filtrat induk dan filtrat hasil pencucian 5. Filtrat yang diizinkan mengandung sedikit padatan halus. Padatan ini mungkin lolos menembus medium filter pada detik-detik pertama dari pembentukan cake. Dalam beberapa pengoperasian rotary drum filter, biasanya filtrat dapat mengandung sampai 5000 ppm padatan tak terlarut. Karakter rotary drum filter didasarkan persamaan karakteristik yang dapat menggambarkan perilaku rotary drum filter, yaitu :
V A.t C Flow rate =
=
2. f .(P) t C .. .c S
1/ 2
(Geankoplis, 1993, hal. 814)
Dimana : V
: volume filtrat yang tertampung di bak penampung
A
: luas penampang filtrasi (filter area)
tC
: waktu siklus total (total cycle time)
f
: fraksi bagian yang tercelup dalam slurry
(-ΔP)
: beda tekan yang terukur dalam drum
μ
: viskositas filtrat
α
: hambatan spesifik cake (specific cake resistance)
cs
: kg solid/m3 volume filtrat
harga cs didapatkan dari persamaan berikut :
.c X 1 m.c X cs =
ρ
: massa jenis air
cx : kg solid/kg slurry m : kg cake basah/kg cake
Flow rate biasa dilambangkan Φ, merupakan laju alir linier filtrat yang dipindahkan ke tangki penampung. Perpindahan massa filtrat ini hanya berlangsung di bagian drum yang tercelup ke dalam suspensi. Tahanan perpindahan dianggap hanya dari cake, sedangkan dari medium diabaikan karena dalam operasi filtrasi kontinyu biasanya memiliki harga yang relatif kecil. Dalam praktikum ini telah dipilih jenis umpan serta bahan medium yang cocok untuk kondisi tersebut.
III. PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan Praktikum a. alat utama : seperangkat alat praktikum rotary drum filter
b. Alat Pendukung 1. Gelas Kimia berkapasitas 1L 2. Ember Plastik 3. Cawan Penguap
4. Piknometer 5. Stopwatch
c. Bahan 1. Air Kran dan rajangan kertas sebagai bahan feed 2. Kain Sari atau sejenisnya sebagai medium filter 3.2 Prosedur Kerja 3.2.1 Persiapan setelah slurry tersedia, dilaukan proses persiapan yaitu dengan memastikan bahwa semua pipa telah tersambung, listrik telah terhubung, dan valve dalam kondisi yang diinginkan.
Jika dipakai pompa vakum lokal, pastikan salurannya telah tersambung dengan bak berisi air es. Periksa dan pastikan sistim perpipaan telah tersambung dengan baik
Ukur keliling drum dan lebar screen, jika belum terukur
Jalankan pompa feed, sampai tangki penampung slurry terisi sampai batas saluran pelimpah, kemudian hentikan pompa feed ini
Ukur keliling drum atau panjang screen yang tercelup ke dalam slurry, jika belum terukur. Ukur juga panjang dead zone.
Basahi seluruh bagian screen dengan cara menjalankan drum sesuai skala yang diperintahkan Pembimbing, sampai drum berputar 3 kali. Sambil melakukan langkah ini, lakukan pengukuran periode putaran drum (tc).
3.2.2 Operasi Rotary Drum Filter
Jalankan pompa feed
Nyalakan tombol pompa vakum yang sekaligus menjalankan pompa produk
Jalankan drum pada skala yang ditugaskan
Catat awal filtrat masuk ke tangki produk dengan stopwatch I. Catat waktu awal cake menyentuh pisau dengan stopwatch II.
Amati ketinggian filtrat yang tertampung di tangki produk dan catat waktu yang dibutuhkan dengan stopwatch I 3.2.3 Shut Down dan Perisapan untuk Run Berikutnya
Matikan tombol pompa vakum, kemudian segera matikan pompa feed
Tunggu sampai cake terkelupas semua, catat waktu dengan stopwach II pada saat cake terakhir tergesek oleh pisau
Matikan putaran drum
Ambil sample berupa slurry dan cake setelah yakin alat sepenuhnya mati
Kembalikan cake dan filtrat ke dalam tangki produk
3.3 Data yang diambil
a. Kondisi alat Lakukan pengukuran keliling drum, lebar screen, panjang busur drum yang tercelup ke dalam slurry, panjang dead zone dan lihat di label yang terdapat dalam tangki produk untuk mengetahui kesetaraan 1 cm ketinggian filtrat dengan volume filtrat. Catat juga tekanan operasi yang dapat dicapai. Masukkan hasil pengukuran dan pencatatan ini dalam lembar data. b. Hubungan antara volume filtrat dengan time cycle (1) Pada saat membasahi medium dengan melakukan putaran tanpa vakum, catat waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran penuh, sesuai dengan skala putaran yang ditugaskan. (2) Pada saat dilakukan pengoperasian rotary drum filter, segera setelah penyalaan tombol pompa vakum yang sekaligus menjalankan pompa produk, lakukan pengamatan waktu total (t) yang diperlukan untuk mencapai ketinggian filtrat tertentu (H fiktrat), dan catat dalam lembar data. c. Karakter filtrat Lakukan pengukuran massa jenis filtrat dan viskositas filtrat dengan metode yang standar. Jika filtrat berupa air, maka Pembimbing dapat mengarahkan untuk mengambil sifat air dari literatur. Catat dalam lembar data. d. Hubungan antara tebal cake dengan periode putaran (1) Catat selang waktu antara cake pertama menyentuh pisau sampai waktu terakhir menyentuh pisau dengan stopwatch II (sebagai tp) (2) Kumpulkan seluruh cake yang dihasilkan dan ukur volumenya (Vcake) e. Penentuan cs (1) Ambil sample slurry kira-kira ¼ sendok teh dalam cawan penguap, timbang beratnya. Masukkan sample ini ke dalam oven pemanas, dan timbang beratnya setelah 24 jam pemanasan (2) Ambil sample cake basah kira-kira ¼ sendok teh dalam cawan penguap, timbang beratnya. Masukkan sample ini ke dalam oven pemanas, dan timbang beratnya setelah 24 jam pemanasan (3) Masukkan data ini dan lakukan perhitungan sesuai dengan tabel yang terdapat dalam lembar data IV.
DATA PENGAMATAN
a. Kondisi alat (1) Keliling Drum (K)
= 1,56 m
(2) Lebar Screen (L)
= 0,4 m
(3) Filter Area = K x L
= 0,624 m2
(4) Panjang busur drum yang tidak tercelup ke dalam slurry (K’) = 1,10 m (5) Fraksi Drum yang tercelup = K/K’
= 1,484
(6) Panjang dead zone (Ldz)
= 0,13 m
(7) Tekanan operasi (-ΔP) : 0.34 bar
= 34 000 Pascal
(8) 1 cm tinggi filtrat (Hfiltrat) setara dengan volume filtrat (V) 2,28 x 10-3 m3 b. Hubungan antara volume filtrat dengan time cycle
RUN SKALA PERIODE*) Nomor Hfiltrat
1 2 3 2 3 4 30 detik 32 detik 35 detik Waktu pengisian tangki filtrat (detik)
Data
(cm)
1
10
163
180
147
2
20
300
368
234
3
30
452
557
350
4
40
633
777
492
5
50
816
1004
632
1010 1172 742 6 60 *) Waktu yang ditempuh untuk menyelesaikan satu putaran drum dalam satuan detik d. Hubungan antara tebal cake dengan periode putaran RUN Waktu pengolahan (tp, detik) Volum total cake (Vcake, m3)
e. Karakter filtrat
1
2
3
1856
1705
1620
0,0106
0,0107
0,0110
Air pada suhu operasi 25 oC, tekanan 1 atm mempunyai massa jenis (ρ) sebesar 997 kg/m3 dan viskositas (μ) sebesar 0,8947 Pa.s f. Penentuan Cs RUN
1
2
3
Berat basah slurry( gram)
2,06
2,08
2,05
Berat kering slurry( gram)
0,10
0,12
0,06
Cx
0,05
0,06
0,04
Berat basah cake (gram)
1.39
1,41
1,60
Berat kering cake (gram)
0,15
0,17
0,20
m
9,27
8,29
8,00
cs
93,19
119,38
58,82
Cs rata-rata
90,46
PENGOLAHAN DATA
Grafik Hubungan antara Volume FIltrat Dengan Waktu 0.16 0.14 0.12 0.1
Run 1
Linear (Run 1)
0.08 0.06 0.04 0.02 0 100
200
300
400
500
600
700
800
Grafik Hubungan antara Volume FIltrat Dengan Waktu 0.16 0.14 0.12 0.1
Run 2
Linear (Run 2)
0.08 0.06 0.04 0.02 0 100
200
300
400
500
600
700
800
Grafik Hubungan antara Volume FIltrat Dengan Waktu 0.16 0.14 0.12 0.1
Run 3
Linear (Run 3)
0.08 0.06 0.04 0.02 0 100
200
300
400
500
600
700
800
PEMBAHASAN Pada praktikum yang telah dilakukan yang bertujuan dapat memahami dan mengoperasikan alat rotary drum filter dari mulai prosedur start up, operasi normal sampai shut down. Serta memahami karakter proses operasi filtrasi kontinyu memakai alat rotary drum filter dan mendapatkan hubungan antar variabel yang mempengaruhi pengoperasian rotary drum filter dengan persamaan karakteristik yang tersedia dalam literatur. Serta dapat menentukan konstanta karakteristik untuk operasi. Pertama mengukur keliling dan lebar screen, mengukur keliling drum atau panjang screen yang tercelup kedalam slurry. Lalu,slurry telah tersedia. Setelah sluury tersedia tanpa perlu membuat lagi langsung masuk kedalam tahap persiapan, memastikan semua pipa telah tersambung, karena dikhawatirkan akan terjadi kebocoran pada saat operasi berlangsung, lalu menyalakan dan valve dalam kondisi yang diinginkan. Dijalankan pompa feed, sampai tangki penampung slurry terisi sampai batas saluran pelimpah, kemudian pompa feed dihentikan Selanjutnya masuk kedalam tahap Operasi Rotary Drum Filter, dijalankan pompa feed, dijalankan drum pada skala awal tinggi slurry pada run pertama 72 cm, 64 pada run kedua dan 61 pada run ketiga. Dinyalakan tombol pompa vakum dan dijalankan pompa produk. Dicatat awal filtrat masuk kedalam tangki pada run pertama didapat 4 menit 9 detik, run kedua 2 menit 59 detik dan run ketiga 2 menit 27 detik, ini menandakan bahwa dari run pertama hingga run ketiga mengalami penambahan kecepatan pada saat filtrat masuk ke tangki produk, twaktu awal cake menyentuh pisau adalah 1856 detik dengan volume total cake 0,0106 m3 pada run pertama. 1705 detik dengan volume 0,0107 m 3 pada run kedua dan 1620 detik dengan volume 0,0110 m3 pada run ketiga, dapat dilihat dengan jelas dari run pertama hingga run ketiga waktu semakin cepat dan volume cake semakin bertambah Berdasarkan literatur, Air pada suhu operasi 25 oC, tekanan 1 atm mempunyai massa jenis (ρ) sebesar 997 kg/m3 dan viskositas (μ) sebesar 0,8947 Pa.s. sehingga diperoleh penentuan Cs yang terdapat pada tabel pengolahan data.
Daftar Pustaka : 1. Geankoplis, Christie.J, 1983, “Transport Process and Unit Operation”, Ally and Bacon,Inc, United State of America 2. Rousseau Ronald W, 1987, “Handbook of Separation Process Technology”, John Willey & Son, Inc, Canada 3. “Perry’s Chemical Engineering Handbook”, 5th ed. 4. Praktikum Unit Operasi, PEDC.
Lampiran
Gambar
Proses gambar kondisi operasi alat rotary drum filter dari run pertama hingga run ketiga
Gambar terdapatnya cake lalu diambil sampelnya
Dilakukan penimbangan cake pada setiap run
Dilakukan pengambilan sampel filtrat pada setiap run
