Print LAPORAN Fil

ABSTRAK

Filtrasi merupakan suatu operasi dimana campuran heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan dipisahkan oleh media filter yang meloloskan fluida dan menahan partikel-partikel padatan. Jenis alat filtrasi yang digunakan pada percobaan ini adalah plate and frame filter press, press, bekerja berdasarkan driving force berupa beda tekan. Pada percobaan ini dilakukan proses filtrasi slurry CaCO3 menggunakan plate and frame filter press dengan press dengan filter filter cloth kain cloth kain jeans yang membungkus frame membungkus frame.. Perolehan filtrat akan diukur setiap selang waktu tertentu sehingga didapatkan hubungan antara keduanya. Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan karakteristik penyaringan berupa hubungan waktu dengan perolehan filtrat, menentukan pengaruh konsentrasi slurry dan beda tekan proses filtrasi terhadap tahanan pada medium filter maupun cake pada saat operasi penyaringan. Variasi pada percobaan ini adalah jumlah plate and frame frame sebanyak 2 dan 4 buah yang dirangkai berselang-seling, beda tekan pada bagian suction dan discharge sebesar 2 psig dan 4 psig, dan jumlah putaran pengaduk setiap menit sebesar 600 rpm dan 900 rpm. Seluruh variasi tersebut akan dilakukan pada konsentrasi slurry slurry 2%, dengan mengambil volume filtrasi sebesar 300 mL dalam selang waktu tertentu untuk setiap data. Setiap run run memerlukan minimal 8 buah data untuk dapat membuat persamaan garis yang valid , dengan total jumlah run yang run yang diperlukan adalah 8 run. run. Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin tinggi beda tekan yang diberikan, semakin tinggi pula resistansi spesifik cake cake dan semakin rendah nilai rasio cake. cake. Semakin banyak jumlah plate and frame yang digunakan, semakin kecil nilai resistansi spesifik cake per cake per frame frame,, tetapi semakin besar secara total. Kecepatan pengadukan tidak berpengaruh terhadap resistansi spesifik cake, cake, kecuali campuran belum homogen. Nilai resistansi spesifik cake diperoleh cake diperoleh dalam rentang 3,81 x 10 8 – 1,67 1,67 x 10 9 (m/kg). Nilai tahanan medium filter rata-rata yang diperoleh adalah 9,47 x 109 (m-1). Kata kunci : cake, cake, plate and frame, slurry, frame, slurry, resistansi spesifik BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Filtrasi adalah operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan dengan melewatkan umpan (padatan + cairan) melalui medium penyaring. Proses filtrasi umum dilakukan di industri, seperti pada pemurnian air minum, pemisahan kristal-kristal garam dari cairan induknya, pabrik kertas dan lain-lain. Pada proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan adanya perbedaan tekanan, contohnya seperti gaya gravitasi atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya. Salah satu alat filtrasi yang umum digunakan adalah jenis plate jenis plate and frame, frame, alat digunakan pada percobaan kali ini. Alat tersebut dilengkapi dengan filter dengan filter cloth yang cloth yang membungkus frame membungkus frame dan dan dijepit oleh plate plate pada kedua sisinya. Filter cloth tersebut bertindak sebagai medium filter dimana terjadi pemisahan antara padatan dan cairan. Cairan filtrat akan diteruskan, sedangkan padatan akan tertahan di frame dan filter cloth. cloth. Padatan tersebut akan terakumulasi dan menjadi cake, cake, cake tersebut menjadi hambatan baru bagi aliran umpan. Setelah beberapa lama ruang antara plate antara plate akan akan tertumpuk oleh slurry dan slurry dan lama kelamaan umpan akan berhenti mengalir. Jika hal ini terjadi, maka cloth cloth harus segera dicuci dengan menyalurkan air bersih ke dalam plate dalam plate dan dan keluar melalui frame melalui frame..

1.2

Tujuan Percobaan

Tujuan

dari

percobaan

ini

adalah

menentukan

karakteristik

filtrasi

(penyaringan), yaitu hubungan waktu dengan perolehan filtrat dan memahami tahanan / hambatan yang terdapat pada medium filter, maupun cake pada operasi filtrasi. Oleh karena itu diperlukan tujuan khusus untuk mencapai tujuan tersebut, yaitu menentukan persamaan penyaringan pada tekanan tetap, menghitung tahanan medium penyaring dan tahanan spesifik padatan saring, saring, menentukan pengaruh pengaruh tekanan, jumlah plate and frame, frame, serta kecepatan pengadukan terhadap tahanan spesifik padatan dan kekeringan padatan.

BAB II METODOLOGI PERCOBAAN 1

2.1

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah: •

Plate and frame filter press

Cawan penguapan

Tangki suspensi

Filter cloth (kain cloth (kain jeans)

Oven

Pengeruk cake

Stopwatch

Pressure gauge

Ember

Selang

Kompresor

Gelas ukur 500 mL

Timbangan

Motor pengaduk

Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah: •

Air

•

Bubuk CaCO 3

2.2

Skema Alat

2.3

Gambar 2.1 Skema alat plate alat plate and frame filter press Langkah-langkah Percobaan

Langkah-langkah pada percobaan ini secara garis besar dapat dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu persiapan alat, pembuatan slurry pembuatan slurry CaCO CaCO3, dan proses filtrasi itu sendiri.

2

2.3.1 Persiapan Alat

Kain jeans sebagai filter cloth dikenakan pada frame sehingga frame terbungkus. Plate and frame dirangkai bergantian sesuai variasi, yaitu dua buah dan empat buah. Lubang pada kain jeans disesuaikan dengan lubang pada frame dan plate tepat menembus. Kemudian perangkat plate and frame filter press ditekan hingga rapat menggunakan pemutar hidrolik untuk menghindari kebocoran. Selanjutnya tangki suspensi disiapkan dengan cara memastikan valve blow down dalam keadaan tertutup dan valve menuju alat filtrasi terbuka. Tangki suspensi nantinya akan diisi oleh umpan berupa slurry CaCO3 dengan cara membuka bagian atasnya menggunakan kunci. Kompresor digunakan untuk mengalirkan udara tekan ke dalam tangki suspensi agar slurry mengalir dalam alat filtrasi. Kompresor bekerja secara otomatis, ketika dicolokkan ke sumber listrik akan langsung menyala dan mengalirkan udara. Saklar listrik dimatikan terlebih dahulu, kemudian kompresor dicolokkan ke sumber listrik setelah itu saklar listrik dinyalakan. Pada kompresor terdapat valve untuk mengatur aliran udara yang memasuki tangki suspensi. 2.3.2 Pembuatan Slurry CaCO3

Campuran slurry ini terdiri dari air dan bubuk CaCO 3 yang akan dimasukkan ke dalam tangki suspensi. Jumlah CaCO 3 yang dimasukkan ditentukan dengan sebelumnya menentukan volume filtrat yang akan diambil untuk setiap selang waktu tertentu dalam satu run. Volume filtrat yang akan diambil sejumlah 300 mL untuk tiap selang waktu dan data diambil sebanyak 15 kali. Volume filtrat yang dibutuhkan untuk 8 run adalah 36 L ditambah dengan 20 L untuk mencegah pengaduk tidak tercelup ke dalam cairan, densitas air adalah 1 kg/L sehingga didapatkan kebutuhan air sebanyak 56 kg untuk 8 run. Variasi konsentrasi slurry pada percobaan ini adalah 2% dan 4%. Massa CaCO 3 yang dibutuhkan untuk 8 run pada konsentrasi slurry 2% adalah 1,143 kg, sedangkan untuk konsentrasi slurry 4% dibutuhkan 2,333 kg CaCO 3. Air dimasukkan sejumlah 56 L ke dalam tangki suspensi kemudian diikuti dengan bubuk CaCO 3 dimasukkan sesuai variasi. Setelah itu motor pengaduk dinyalakan untuk mencampur hingga terbentuk

3

slurry, jumlah putaran per menit dari motor pengaduk divariasikan sebesar 600 rpm dan 900 rpm. 2.3.3 Proses Filtrasi

Proses filtrasi dimulai dengan mengalirkan udara tekan dari kompresor ke dalam tangki suspensi. Udara ditekan oleh kompresor sesuai dengan variasi beda tekan, yaitu 2 psig dan 4 psig. Beda tekan diukur dari hasil pengurangan discharge dan suction, tekanan suction disesuaikan dengan mengatur bukaan valve kompresor lalu dibaca nilainya dari pressure gauge, sedangkan tekanan discharge dianggap atmosferik. Kemudian volume filtrat yang dihasilkan ditampung dengan gelas ukur untuk mengukur volumenya, setelah mencapai volume 300 mL selang waktu yang dibutuhkan dicatat. Percobaan diulangi sebanyak 15 kali untuk mendapatkan data minimal 8 titik pada kurva selang waktu terhadap volume filtrat pada satu run. Setelah satu run selesai dilakukan, alat filtrasi dibongkar dan cake yang terdapat pada kain jeans serta pada frame dikeruk lalu ditimbang diatas timbangan menggunakan cawan penguapan yang sebelumnya sudah diketahui massanya. Setelah itu, cake dimasukkan ke dalam oven untuk mengeringkannya. Setelah kering, cake kembali ditimbang sehingga dari selisih antara massa cake sebelum dan setelah pengeringan didapatkan massa air dalam cake. Sebelum alat filtrasi disiapkan kembali, kain jeans dibersihkan terlebih dahulu beserta plate dan frame yang dipakai. Kemudian alat dirangkai kembali untuk memulai run berikutnya, prosedur yang sama dilakukan untuk seluruh run selanjutnya sampai percobaan selesai.

4

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1

Penentuan Persamaan Filtrasi Pada Tekanan Tetap

Karakteristik filtrasi dapat dilihat dari volume filtrat yang dihasilkan setiap selang waktu tertentu, hubungan antara waktu dan volume filtrat diperlihatkan pada persamaan yang dihasilkan dari penurunan Hukum Darcy pada sistem filtrasi batch tekanan tetap dengan asumsi cake bersifat incompressible, yaitu persamaan 3.1 di bawah.

(3.1) Terlihat dari persamaan 3.1 di atas bahwa hubungan antara waktu dan volume filtrat dapat diperoleh dengan menentukan nilai Kp dan B. Nilai Kp dan B menjadi karakteristik proses filtrasi itu sendiri, nilai Kp diperoleh dengan mengalikan dua nilai gradien dari kurva t/V terhadap V, sedangkan nilai B diperoleh dari intercept kurva t/V terhadap V. Data persamaan filtrasi untuk setiap variasi percobaan (run) ditampilkan pada Tabel 3.1 di bawah. Tabel 3.1 Persamaan Filtrasi Pada Setiap Run Percobaan Konsentrasi

Beda

Kecepatan

Jumlah

Slurry

Tekan

Pengadukan

Plate and

(% massa)

(psig)

(rpm)

Frame

2

2

600

4

Persamaan

Kp

B

2

t/V = 2x10 V + 26738

4x10

26738

600

2

t/V = 10 V + 20830

2x106

20830

2

900

2

t/V = 2x10 6V + 25250

4x10 6

25250

4

900

2

t/V = 962922V + 18412

1925844

18412

2

900

4

t/V = 629124V + 14255

1258248

14255

4

900

4

t/V = 416066V + 11544

832132

11544

2

600

4

t/V = 459516V + 15349

919032

15349

5

4

600

4

t/V = 431099V + 11875

431099

11875

Secara lebih jelas, kurva hubungan antara t/V dan V ditunjukkan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.8 di bawah.

3

m / s V / t

y = 2,11E+06x + 2,67E+04 R² = 0,9709

V(m3)

Gambar 3.1 Kurva hubungan t/V terhadap V pada beda tekan 2 psig, kecepatan

pengadukan 600 rpm, jumlah plate and frame 2 dan konsentrasi slurry 2% (Run 1)

3

m / s V / t

y = 1,008E+06x + 2,083E+04 R² = 9,725E-01

V(m3)


pengadukan 600 rpm, jumlah plate and frame 2 dan konsentrasi slurry 2% (Run 2) 6

m / s V / t y = 1,93E+06x + 2,53E+04 R² = 9,93E-01

V(m3)



3

m / s V / t y = 962922x + 18412 R² = 0,9706

V(m3)



7

3

m / s V / t y = 629124x + 14255 R² = 0,9631

V(m3)



m / s V / t y = 416066x + 11544 R² = 0,9608

V(m3)



8

3

m / s V / t y = 459516x + 15349 R² = 0,9682

V(m3)



3

m / s V / t y = 459516x + 15349 R² = 0,9682

V(m3)



9

3.2

Resistansi Medium Filter

Resistansi medium filter merupakan hambatan dari medium filter yang digunakan (jeans) terhadap aliran fluida yang menembusnya. Nilai resistansi medium filter yang diperoleh untuk setiap run percobaan ditampilkan pada Tabel 3.2 di bawah. Tabel 3.2 Nilai Resistansi Medium Filter Pada Setiap Run Percobaan Konsentrasi

Beda

Kecepatan

Jumlah

Resistansi Medium

Slurry

Tekan

Pengadukan

Plate and

Filter (m )

(% massa)

(psig)

(rpm)

Frame

2

2

600

2

9,79x10

4

600

2

1,53x10

2

900

2

9,25x10

4

900

2

1,35x10

2

900

4

5,22x10

4

900

4

8,45x10

2

600

4

5,62x10

4

600

4

8,70x10

-1

Terlihat pada Tabel 3.2 bahwa resistansi medium filter mengalami kenaikan pada beda tekan yang lebih besar dengan kondisi kecepatan pengadukan dan jumlah plate and frame yang sama. Seharusnya pada kondisi di mana medium filter yang digunakan sama, resistansi medium filternya memiliki nilai yang sama. Hal seperti di atas, di mana nilai resistansi medium filter berbeda dapat disebabkan jeans yang dipakai tidak 100% homogen sehingga potongan yang satu memiliki nilai resistansi berbeda dengan yang lainnya. Beda tekan juga memiliki pengaruh terhadap nilai resistansi medium filter tersebut, semakin meningkatnya beda tekan membuat partikel-partikel padatan terdesak masuk dan menutupi beberapa pori dari medium filter membuat tahanan medium filter meningkat, sedangkan pengaruh dari swelling (pembengkakan) pada nilai resistansi medium filter tidak signifikan, terlihat bahwa pada kenaikan beda tekan seharusnya membuat medium filter mengalami

10

swelling sehingga tahanannya berkurang, tetapi nilai resistansi yang diperoleh menunjukkan kenaikan. 3.3

Pengaruh Tekanan Terhadap Resistansi Spesifik Cake dan Kekeringan Cake

Resistansi cake merupakan hambatan terhadap aliran fluida yang mengalir akibat terbentuknya cake sedangkan resistansi spesifik cake merupakan besarnya beda tekan yang dihasilkan per satuan kilogram padatan yang terkandung dalam cake. Kekeringan cake adalah rasio dari massa cake basah terhadap massa cake kering sehingga semakin besar rasio cake menunjukkan cake yang semakin kering. Nilai resistansi dan kekeringan cake akan berbeda sesuai dengan variasi percobaan yang dilakukan karena dengan kondisi yang berbeda akan dihasilkan jumlah dan kondisi cake yang berbeda pula. Nilai resistansi cake dan kekeringan cake pada setiap run percobaan ditampilkan pada Tabel 3.3 di bawah. Tabel 3.3 Nilai Resistansi Spesifik Cake Pada Setiap Run Percobaan Kecepatan

Jumlah

Konsentrasi

Beda

Pengadukan

Plate

Slurry

Tekan

(rpm)

and

(% massa)

(psig)

2

Resistansi Spesifik

Rasio

Cake (m/kg)

Cake

Frame

2

600

2

1,66x109

1,278351

4

600

2

1,67x109

1,140046

2

900

2

1,65x109

1,493069

4

900

2

1,59x109

1,425968

2

900

4

5,22x108

1,345972

4

900

4

6,92x108

1,215739

2

600

4

3,81x108

1,294004

4

600

4

7,17x108

1,193651

Seperti yang terlihat pada Tabel 3.3 bahwa masing-masing variasi memiliki pengaruh tersendiri

terhadap

nilai

resisitansi

spesifik

dan

kekeringan

cake. Pengaruh

masingmasing variasi di atas, yaitu tekanan, kecepatan pengadukan, dan jumlah plate and frame akan dibahas lebih lanjut pada bagian 3.3.1, 3.3.2, dan 3.3.3. 11

3.3.1 Pengaruh Tekanan Terhadap Resistansi Spesifik dan Kekeringan Cake

Nilai resistansi spesifik cake dipengaruhi pleh faktor tekanan seperti terlihat pada Tabel 3.3. Semakin tinggi tekanan, resistansi spesifik cake cenderung mengalami kenaikan terutama terlihat pada kondisi jumlah plate and frame yang dipakai 4 buah. Pengaruh tekanan secara lebih jelas ditampilkan pada Gambar 3.9 dan Gambar 3.10 di bawah. 8 7 6 5 N =2; V= 600 rpm N= 2; V = 900 rpm

4

N=4; V = 600 rpm 3

N=4; V=900 rpm

2 1 0 0

10

20 ΔP

30

(kPa)

Gambar 3.9 Pengaruh variasi tekanan terhadap nilai resistansi spesifik cake pada

kecepatan pengadukan 600 rpm dan 900 rpm serta jumlah plate and frame 2 dan 4 1,6 1,4 1,2 1 N =2; V= 600 rpm 0,8 N= 2; V = 900 rpm 0,6

N=4; V = 600 rpm N=4; V =900 rpm

0,4 0,2 0 0

5

10

15 ΔP

20

25

30

(kPa)

12

Gambar 3.10 Pengaruh variasi tekanan terhadap nilai kekeringan cake pada kecepatan

pengadukan 600 rpm dan 900 rpm serta jumlah plate and frame 2 dan 4 Pada Gambar 3.9 di atas terlihat bahwa pengaruh tekanan jelas terlihat pada jumlah plate and frame 4 buah, sedangkan pada jumlah plate and frame 2 buah pengaruh tekanan tidak terlalu signifikan. Semakin meningkatnya nilai resistansi spesifik cake disebabkan semakin banyaknya padatan yang tertekan pada jeans dan membuat penumpukan cake yang terjadi lebih cepat. Beda tekan yang besar membuat laju alir slurry meningkat dan akumulasi cake yang terbentuk juga lebih banyak sehingga massa cake yang dihasilkan lebih besar dan mempengaruhi resistansi spesifik cake. Pada Gambar 3.10 terlihat bahwa semakin besar tekanan membuat rasio cake yang dihasilkan menurun. Hal ini berarti cake yang dihasilkan semakin sedikit mengandung air, dengan kata lain semakin kering. Fenomena ini terjadi karena semakin banyak air yang terdorong melewati medium filter dan dengan disertai oleh peningkatan resistansi spesifik cake membuat padatan yang tersaring semakin sedikit mengandung air sehingga perbandingan antara massa cake basah dan kering menjadi kecil.

3.3.2 Pengaruh Jumlah Plate and Fr ame Terhadap Resistansi Spesifik dan Kekeringan Cake

Nilai resistansi spesifik cake dipengaruhi jumlah plate and frame seperti terlihat pada Tabel 3.3. Semakin banyak jumlah plate and frame yang dipakai membuat nilai resistansi spesifik cake semakin rendah. Rasio cake yang dihasilkan tidak terlihat dipengaruhi oleh jumlah plate and frame karena tidak ada kecenderungan tertentu yang terlihat pada jumlah plate and frame 2 dan 4. Pengaruh jumlah plate and frame secara lebih jelas diperlihatkan pada Gambar 3.11. Semakin banyak jumlah plate and frame akan membuat nilai resistansi spesifik cake menurun karena nilai tersebut diambil untuk satu buah frame, sedangkan yang sebenarnya dipakai adalah 2 dan 4 buah frame. Pada kondisi dengan 2 buah frame, resistansi spesifik akan bernilai lebih besar karena cake yang terakumulasi hanya pada kedua frame tersebut, sedangkan pada kondisi dengan 4 buah frame, cake terakumulasi

13

pada 4 buah frame yang membuat nilai resistansi spesifik cake untuk satu buah frame lebih kecil dengan resistansi total frame yang lebih besar. 1,8 1,6 1,4 1,2

Delta P = 2 psig ; V =600 rpm

1

Delta P = 2 psig; V=900 rpm

0,8

Delta P = 4 psig; v= 600 rpm

0,6 0,4

Delta P = 4 psig; V =900rpm

0,2 0 0

1

2

3

4

5

Jumlah plate (buah)

Gambar 3.11 Pengaruh variasi jumlah plate and frame terhadap resistansi spesifik cake

pada beda tekan 2 psig dan 4 psig serta kecepatan pengadukan 600 rpm dan 900 rpm 3.3.3 Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Resistansi Spesifik dan Kekeringan Cake

Pengadukan berfungsi untuk mempercepat proses pencampuran (homogenisasi) air dengan bubuk CaCO 3 yang dituangkan ke dalam tangki suspensi. Pencampuran dilakukan agar terbentuk slurry CaCO3 yang homogen dan tidak terbentuk endapan CaCO3 pada dasar tangki. Kecepatan pengadukan akan mempengaruhi seberapa cepat campuran menjadi homogen atau seberapa homogen campuran yang terjadi. Pada kondisi di mana campuran sudah menjadi homogen, maka perbedaan kecepatan pengadukan tidak berpengaruh terhadap nilai resistansi spesifik cake dan kekeringan cake. Pada kondisi tersebut, air dan padatan CaCO 3 dianggap sudah tercampur sempurna dan tidak terjadi endapan kapur pada bagian bawah tangki. Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap nilai resistansi spesifik cake secara lebih jelas ditampilkan pada Gambar 3.12 di bawah.

14

1,8 1,6 1,4 1,2 1

N=2; delta P = 2 psig

0,8

N=2 ; delta P = 4 psig

0,6

N =4 ; delta P =2 psig

0,4

N=4 ; delta P = 4 psig

0,2 0 0

200

400

600

800

1000

Kecepatan motor (rpm)

Gambar 3.12 Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap resistansi spesifik cake pada

beda tekan 2 psig dan 4 psig serta jumlah plate and frame 2 dan 4 Terlihat pada Gambar 3.12 di atas bahwa kecepatan pengadukan relatif tidak berpengaruh terhadap nilai resistansi spesifik cake, tetapi terlihat pengecualian pada kondisi beda tekan 2 psig dengan jumlah plate and frame 4. Pada kondisi tersebut, dengan meningkatnya kecepatan pengadukan, diperoleh nilai resistansi spesifik cake yang semakin besar. Hal ini terjadi karena campuran pada tangki suspensi belum bersifat homogen pada kecepatan pengadukan yang rendah sehingga padatan yang terbawa aliran menjadi sedikit jumlahnya. Sedikitnya jumlah padatan yang terbawa aliran membuat nilai resistansi spesifik cake yang dihasilkan pun menjadi lebih rendah dari yang seharusnya. Sebaliknya, pada kecepatan pengadukan 900 rpm diperoleh campuran yang homogen sehingga nilai resistansi spesifik cake lebih tinggi. 3.4

Perbandingan Metode Perhitungan Baru dan Konvensional untuk Tahanan Medium Filter dan Tahanan Cake

Keunggulan dari metode baru dibandingkan dengan metode adalah tahanan cake dan tahanan filter cake dapat diperoleh hanya dengan satu kali run saja pada rentang tekanan dan temperatur tertentu dibandingkan dengan metode konvensional yang mengharuskan pengambilan data dari beberapa run tertentu. Data perbandingan antara perhitungan baru dan konvensional untuk tahanan medium filter disajikan pada Tabel

15

3.4. Tabel 3.4 Perbandingan hasil perhitungan resistansi filter dan tahanan cake antara metode baru dan metode konvensional Rm Run

α

Metode konvensional

Metode baru

Metode konvensional

Metode baru

1

9,79E+09

2,56E+09

1,75E+09

7,17E+09

2

1,53E+10

3,72E+10

1,68E+09

1,15E+09

3

9,25E+09

2,54E+09

1,60E+09

5,56E+09

4

1,35E+10

5,09E+10

1,59E+09

5,51E+09

5

5,22E+09

1,26E+09

5,22E+08

3,04E+08

6

8,45E+09

1,98E+09

6,92E+08

5,96E+08

7

5,62E+09

1,26E+09

3,81E+08

3,26E+08

8

8,70E+09

2,04E+09

7,17E+08

6,25E+08

Dai tabel 3.4 dapat dilihat bahwa perhitungan tahanan spesfik cake dan tahanan medium filter dari metode konvensional dan metode baru tidak menunjukkan perbedaan yang terlalu signifikan.

16

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1

Kesimpulan

Berdasarkan percobaan ini yang dilakukan pada konsentrasi slurry 2%, kecepatan pengadukan 600 rpm dan 900 rpm, jumlah plate and frame 2 dan 4 buah, serta beda tekan 2 psig dan 4 psig, disimpulkan bahwa : 1. Semakin tinggi beda tekan, semakin tinggi pula nilai resistansi spesifik cake 2. Semakin tinggi beda tekan, semakin kecil rasio cake yang dihasilkan, dengan kata lain cake semakin kering 3. Semakin banyak jumlah plate and frame yang digunakan, semakin rendah nilai resistansi spesifik cake untuk setiap frame, tetapi semakin tinggi untuk keseluruhan total jumlah frame 4. Kecepatan pengadukan tidak berpengaruh terhadap nilai resistansi spesifik cake, kecuali campuran dalam tangki suspensi belum bersifat homogen 5. Rentang nilai resistansi spesifik cake berada pada : 3,81 x 10 8 – 1,67 x 10 9 (m/kg) 6. Nilai tahanan medium filter rata-rata adalah 9,47 x 109 (m-1)

4.2

Saran

Setelah melakukan percobaan ini, beberapa saran yang diberikan adalah : 1. Cawan penguapan sebaiknya diperbanyak untuk dapat menampung cake dengan lebih baik, tidak sampai meluap 2. Plate yang digunakan sebaiknya diberi penyangga yang lebih panjang untuk menghindari terjatuh saat pembongkaran alat 3. Tangki suspensi sebaiknya dilengkapi dengan sight glass untuk mencegah pengaduk

yang

tidak

tercelup

cairan

dan

mempermudah

dalam

memperkirakan volome cairan tambahan yang diperlukan

17

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, Christ i e Jean. 1993. Transport Process and Unit Operations, 3rd Edition.Englewood Cliffs. New Jersey: Prent i ce-Hall Inc. Mc

Cabe,

W.L.,

Unit

Operation

of

Chemical

Engineering,

5rd

Edition,

McGrawHill Book Co. Teoh, S.K.; Tan, R.B.H; Tien C., “A New for determining specific filter cake resistance from filtration data”, Chemical Engineering Science 61 (2006) 4957 – 4965

18

LAMPIRAN A DATA DARI LITERATUR A.1 Data Densitas Air Berbagai Temperatur

Tabel A.1 Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur

19

Lanjutan Tabel A.1

th

Sumber : Perry, Robert H. Don W Green(1999). Perry’s Chemical Engineers 7 edition, Mc Graw-Hill Companies halaman 97-98

20

A.2 Data Viskositas Air

Tabel A.2 Viskositas Air berbagai Temperatur pada Tekanan 1 atm

Sumber : Geankoplis, Christie J. 1993. Transport Processes and Unit Operations 3 rd Edition. Prentice Hall International, Inc. halaman 855

21

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

B.1 Perhitungan Luas Permukaan Filtrasi (A)

A = luas bujur sangkar – 2 x luas lingkaran

(B.1)

= (0,153 x 0,153) – = 0,0232 m 2

B.2 Perhitungan Rasio Cake (m)

(B.2)

B.3 Perhitungan Konsentrasi Cake Kering yang Terakumulasi (Cs)

(B.3) Keterangan : Cx = fraksi massa padatan dalam slurry  = massa jenis filtrat (kg/m3)

22

B.4 Penentuan Nilai Kp dan B

Dari hasil linierisasi data yang ada pada Lampiran C, maka diperoleh persamaan filtrasi: (B.4) Keterangan : Slope = Kp/2 Intercept = B

Kp/2 = 2 x 10 6 → Kp = 4 x 106 B = 26738

B.5 Perhitungan Nilai Konsentrasi Spesifik Cake (∝)

(B.5)

= 1,67 x 10 9 B.6 Perhitungan Nilai Resistansi Spesifik Bahan (Rm)

(B.6)

23

LAMPIRAN C HASIL ANTARA Tabel C.1 Variasi yang digunakan pada percobaan Run

P (psig)

P(Pa)

Plate

Putaran motor(rpm)

1

2

13789,51456

2

600

2

4

27579,02912

2

600

3

2

13789,51456

2

900

4

4

27579,02912

2

900

5

2

13789,51456

4

900

6

4

27579,02912

4

900

7

2

13789,51456

4

600

8

4

27579,02912

4

600

Tabel C.2 Data Waktu dan Volume Filtrat Hasil Percobaan

Run 1 3

Run 2 3

3

Run 3 3

3

t (s)

V(m )

t/V (s/m )

t (s)

V (m )

t/V (s/m )

t (s)

V (m )

t/v

7,8

0,0003

26000

6,3

0,0003

21000

7,8

0,0003

26000

16,6

0,0006

27666,67

13,1

0,0006

21833,33

15,6

0,0006

26000

26

0,0009

28888,89

19,5

0,0009

21666,67

24,6

0,0009

27333,33

34,8

0,0012

29000

26

0,0012

21666,67

33,2

0,0012

27666,67

44,7

0,0015

29800

33,8

0,0015

22533,33

42

0,0015

28000

55,1

0,0018

30611,11

40,1

0,0018

22277,78

51,9

0,0018

28833,33

66

0,0021

31428,57

48,3

0,0021

23000

61,7

0,0021

29380,95

77,2

0,0024

32166,67

56,2

0,0024

23416,67

71,2

0,0024

29666,67

88,2

0,0027

32666,67

63,9

0,0027

23666,67

81,7

0,0027

30259,26

99,2

0,003

33066,67

71,8

0,003

23933,33

93,8

0,003

31266,67

110,6

0,0033

33515,15

80,1

0,0033

24272,73

103,7

0,0033

31424,24

122,3

0,0036

33972,22

88,2

0,0036

24500

114,9

0,0036

31916,67

96,3

0,0039

24692,31

127,8

0,0039

32769,23

104,6

0,0042

24904,76

140,7

0,0042

33500

153,4

0,0045

34088,89

24

Lanjutan Tabel C.2 Run

Run 5

Run 6

t (s)

V (m3)

t/v

t (s)

V (m3)

t/v

t

V (m3)

t/v

5,5

0,0003

18333,33

4,4

0,0003

14666,67

3,5

0,0003

11666,67

11,8

0,0006

19666,67

8,3

0,0006

13833,33

6,9

0,0006

11500

17,4

0,0009

19333,33

13,4

0,0009

14888,89

10,9

0,0009

12111,11

23,4

0,0012

19500

18,2

0,0012

15166,67

14,4

0,0012

12000

29,7

0,0015

19800

23

0,0015

15333,33

18,4

0,0015

12266,67

Run 3

Run 5 3

Run 6 3

t (s)

V (m )

t/v

t (s)

V (m )

t/v

t

V (m )

t/v

36,2

0,0018

20111,11

27,6

0,0018

15333,33

22,1

0,0018

12277,78

42,7

0,0021

20333,33

32,3

0,0021

15380,95

26,1

0,0021

12428,57

49,5

0,0024

20625

37,5

0,0024

15625

30,1

0,0024

12541,67

56,3

0,0027

20851,85

42,5

0,0027

15740,74

34,3

0,0027

12703,7

63,4

0,003

21133,33

48,2

0,003

16066,67

38,7

0,003

12900

71,4

0,0033

21636,36

54

0,0033

16363,64

42,8

0,0033

12969,7

79

0,0036

21944,44

60

0,0036

16666,67

47

0,0036

13055,56

86,9

0,0039

22282,05

65,6

0,0039

16820,51

51,5

0,0039

13205,13

94,3

0,0042

22452,38

71,1

0,0042

16928,57

55,6

0,0042

13238,1

102,8

0,0045

22844,44

59,7

0,0045

13266,67

Lanjutan Tabel C.2 25

Run 3

Run 3

3

t (s)

V (m )

t/v (s/m )

t (s)

V (m )

t/v

5,6

0,0003

18666,67

3,6

0,0003

12000

11,1

0,0006

18500

7,3

0,0006

12166,67

16,5

0,0009

18333,33

10,9

0,0009

12111,11

21,4

0,0012

17833,33

15

0,0012

12500

25,8

0,0015

17200

18,9

0,0015

12600

30,2

0,0018

16777,78

22,8

0,0018

12666,67

35

0,0021

16666,67

26,7

0,0021

12714,29

39,7

0,0024

16541,67

30,8

0,0024

12833,33

44,7

0,0027

16555,56

35,2

0,0027

13037,04

49,9

0,003

16633,33

39,5

0,003

13166,67

55,6

0,0033

16848,48

43,9

0,0033

13303,03

61,6

0,0036

17111,11

48,7

0,0036

13527,78

66,6

0,0039

17076,92

53

0,0039

13589,74

72,4

0,0042

17238,1

57,5

0,0042

13690,48

78,5

0,0045

17444,44

84,4

0,0048

17583,33

Tabel C.3 Data perhitungan tahanan spesifik cake dan filter dengan menggunakan metode konvesional Run

Massa cake basah(kg)

Massa cake kering(kg)

m

Cs

Kp

B

α

Rm

1

0,248

0,194

1,278351

20,45908

4,22E+06

26738

1,75E+09

9,79E+09

2

0,197

0,1728

1,140046

20,40117

2,02E+06

20830

1,68E+09

1,53E+10

3

0,1508

0,101

1,493069

20,54964

3,86E+06

25250

1,60E+09

9,25E+09

4

0,1252

0,0878

1,425968

20,52125

1925844

18412

1,59E+09

1,35E+10

5

0,1136

0,0844

1,345972

20,48751

1258248

14255

5,22E+08

5,22E+09

6

0,1792

0,1474

1,215739

20,43282

832132

11544

6,92E+08

8,45E+09

7

0,1338

0,1034

1,294004

20,46565

919032

15349

3,81E+08

5,62E+09

8

0,1504

0,126

1,193651

20,42357

862198

11875

7,17E+08

8,70E+09

Tabel C.4 Perbandingan data Rm metode konvensional dan metode baru 26

Rm (1/m) Run

Metode konvensional

Metode baru

1

9,79E+09

2,56E+10

2

1,53E+10

3,72E+10

3

9,25E+09

2,54E+10

4

1,35E+10

5,09E+10

5

5,22E+09

1,26E+10

6

8,45E+09

1,98E+10

7

5,62E+09

1,26E+10

8

8,70E+09

2,04E+10

27

LAMPIRAN D TUGAS TAMBAHAN

1.

Persamaan filtrasi metode konvensional untuk filtrasi pada tekanan tetap yang

terdapat pada modul dapat dilihat pada Bab 14 halaman 913 dari buku Transport Processes and Seperartion Processes Principles. Penurunan persamaan tersebut dapat dillihat dari persamaan D.1-D.12 :

(Persamaan Carman-Koezeny untuk aliran laminer) (D.1)

(D.2)

(1 − ) = ( + ) (D.3) Subtitusi persamaan D.1 ke dalam persamaan D.2 dengan menggunakan persamaan D.3 untuk mengeliminasi L, sehingga diperoleh persamaan D.4

(D.4) Dengan α yang merupakan tahanan spesifik cake

(D.5) Tahanan medium filter :

28

(D.6) Persamaan D.6 digabung dengan persaman D.5 se hingga diperoleh persamaan D.7

(D.7)

(D.8)

(D.9)

(D.10)

(D.11)

(D.12)

(D.13) 2.

Persamaan filtrasi metode baru untuk menentukan tahanan spesifik cake

diperoleh dari jurnal “A new procedure for determining specific filter cake resistance from filtration data”

29

(D.14)

(D.15)

(D.16)

(D.17)

(D.18) Keterangan : Αav = tahanan

rata-rata cake (m kg-1)

= rasio kekeringan cake = hilang tekan dari filter cake (Pa) = hilang tekan medium filter (Pa) Po = tekanan yang diberikan (Pa) = tahanan medium filter (m-1) V = volume filtrasi kumulatif per unit area (m3m-2) µ = viskositas filtrat (Pa s)

= densitas partikel (kg/m3) 30

3.

Filter Aid Filter aid merupakan bubuk mineral anorganik yang digunakan dalam

kombinasi dengan perangkat filtrasi untuk meningkatkan performa filtrasi. Filter aid dapat digunakan sebagai pre-coat sebelum slurry difiltrasi, tujuannya adalah agar padatan tidak menutup pori yang terdapat pada filter cloth. Selain itu, dapat juga ditambahkan pada slurry sebelum filtrasi, tujuannya adalah untuk meningkatkan porositas cake dan mengurangi resistansi cake saat proses filtrasi. Filter aid yang bagus adalah yang ringan dan yang secara kimia bersifat inert . Jenis filter aid yang digunakan untuk pemisahan padat-cair termasuk bubuk mineral anorganik, seperti tanah diatom, perlite, bahan berserat organik (selulosa dan linter kapas). Filter aid yang berasal dari bahan organik adalah abu sekam padi. Contoh-contoh filter aid yang komersial adalah :

4.

•

Celite fibra-cel BH-200 (berbahan selulosa)

•

Harbourlite 635 dan 700 (berbahan perlite)

•

Celpure 65, dan lainnya (berbahan diatomite)

•

Alpha selulosa

•

Abu sekam padi

•

Linter kapas

•

Kaolinite alami Tipe Aliran Filtrasi

Aliran filtrasi dibagi menjadi 2 jenis, yaitu dead-end dan cross flow. Arah aliran fluida pada dead-end adalah tegak lurus terhadap medium filter. Pada aliran dead-end seluruh fluida melewati medium filter dan seluruh partikel yang ukurannya lebih besar daripada ukuran pori filter akan terhenti diatas permukaan filter tersebut. Ukuran partikel mencegah zat kontaminan memasuki dan melewati medium filter. Partikel yang terperangkap akan mulai membentuk cake diatas permukaan filter.

31

Pada filtrasi dengan cross flow, aliran fluida sejajar dengna medium filter, membuat perbedaan tekanan sepanjang medium filter tersebut. Hal ini membuat beberapa partikel dapat melewati medium filter. Partikel lainnya terus mengalir sepanjang medium filter, “membersihkannya”. Berbeda dengan jenis dead-end , menggunakan arah aliran yang sejajar dapat mencegah partikel untuk membentuk cake yang lebih tebal dan banyak.

5.

Aplikasi Filtrasi •

Aplikasi filtrasi pada industri pati dan gula : Proses filtrasi membran seperti reverse osmosis, nanofiltrasi, dan mikrofiltrasi telah diterima di industri tersebut. Mikrofiltrasi pada tangki sakarifikasi minuman keras dapat menghilangkan pati yang belum cair, polisakarida, protein, dan pengotor lainnya. Proses ini secara baik telah diterapkan pada pemanis turunan dari berbagai sumber pati, seperti jagung, tapioka, kentang, dan lainnya. Proses ini menghilangkan keperluan memakai kieselguhr dan sejenisnya pada rotary vacuum filter dengan pada saat bersamaan menghasilkan kualitas produk yang lebih baik. Mikrofiltrasi juga digunakan untuk klarifikasi maltodekstrin, depirogenasi dekstrosa, dan filtrasi akhir dari sirup fruktosa. Reverse osmosis digunakan untuk konsentrasi aliran gula encer dan dalam beberapa kasus sebagai langkah pre-konsentrasi sebelum ke evaporator.

32

•

Aplikasi filtrasi untuk water treatment di industri: Biofilter diperkenalkan sebagai trickling filter untuk wastewater treatment dan telah sukses untuk berbagai jenis air. Biofilter adalah unggun dimana mikroorganisme melekat dan tumbuh untuk membentuk lapisan biologis yang disebut biofilm.

•

Aplikasi filtrasi untuk penangan limbah udara industri pertambangan: Digunakan pada unit tahap akhir filtrasi partikel debu. Lapisan kain atau tenun yang digunakan berfungsi untuk menahan partikel debu yang masih terkandung didalam gas. Walaupun memiliki efisiensi cukup tinggi, alat filtrasi ini memiliki beberapa kekurangan, di antaranya dapat menyebabkan terjadinya penurunan tekanan gas yang melewati medium filtrasi ini dan terbentuknya lapisan partikel debu di permukaan filter yang akan mempengaruhi proses filtrasi akibat sifat bahan filter tersebut.

REVISI LAPORAN SINGKAT FILTRASI

33

3

m / s V / t

y = 2,11E+06x + 2,67E+04 R² = 0,9709

V(m3)



3

m / s V / t

y = 1,008E+06x + 2,083E+04 R² = 9,725E-01

V(m3)



34

m / s V / t y = 1,93E+06x + 2,53E+04 R² = 9,93E-01

V(m3)



3

m / s V / t y = 962922x + 18412 R² = 0,9706

V(m3)



35

3

m / s V / t y = 629124x + 14255 R² = 0,9631

V(m3)



m / s V / t y = 416066x + 11544 R² = 0,9608

V(m3)



36

3

m / s V / t y = 459516x + 15349 R² = 0,9682

V(m3)



3

m / s V / t y = 459516x + 15349 R² = 0,9682

V(m3)



37

Print LAPORAN Fil

Recommend Documents