Rotary Drum Vacuum Filter Disusun untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah Laboratorium Teknik Kimia 1
Dosen Pembimbing: Ir. Retno Indarti, MT. Oleh Kelompok / Kelas : 7/2B
Aistya Salsabila
171411037
Risa Nurlaili Qodariah
171411060
Yasir Naufal
171411064
PROGRAM DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2018
A. Pengertian Rotary Vacuum F ilter Rotary Vacuum Filter adalah sebuah filter yang bekerja secara berkelanjutan dimana bagian yang solid dari sebuah campuran dipisahkan oleh filter yang hanya dapat dilalui oleh liquid atau gas, dalam hal ini keadaan vakum diperlukan untuk mengakumulasi zat padat di permukaan. Menurut Geankoplis, J.C, [1993], Rotary 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. Hay & Forage Grower dalam websitenya menyebutkan bahwa Rotary drum vacuum filters (RDVF) banyak digunakan dalam operasi pabrik kimia. Filter ini sangat efisien dan mampu menghasilkan tangkapan solid serta output cake yang tinggi. Unitunit ini menggunakan diferensial vakum untuk menarik cairan melalui media berpori kontinyu yang melekat pada drum berputar yang sebagian terendam slurry. Saat drum berputar melewati slurry, padatan akan terkumpul pada media berpori. Ketika drum berputar keluar dari slurry, vakum bertindak untuk mengeringkan padatan yang terkumpul, mengeluarkan cairan dan menghasilkan cake padat. Cake tersebut kemudian dikerok dari media, yang kemudian berputar kembali ke slurry dan siklus terus menerus diulang. Pemadatan cake sebesar 15 – 20 % dapat dicapai. Menurut Fellows, P.J, [1990], Ketika sebuah suspensi partikel dilewatkan melalui filter, partikel pertama akan terjebak dalam media filter dan, sebagai hasilnya, mengurangi wilayah dimana cairan dapat mengalir. Hal ini meningkatkan resistensi terhadap aliran fluida dan perbedaan tekanan yang lebih tinggi itu perlu untuk mempertahankan laju alir filtrat. Laju filtrasi dinyatakan sebagai berikut: Laju filtrasi =
Kekua tan pendorong ( perbedaan tekanan pada filter Re sistensi terhadap tekanan
Dengan asumsi bahwa filter cake tidak menjadi dikompresi, resistensi untuk mengalir melalui filter ditentukan menggunakan:
...............................................................................................(2)
Keterangan: R
= Resistensi laju alir melalui filter
A
= Luas filter
V
= Volume filtrat
Vc
= Volume fraksional dari padatan(cake) dalam umpan sebesar volume
µ
= Kekentalan larutan
L
= Tebal dari filter
R
= Tahanan
Untuk filtrasi laju konstan aliran melalui saringan ditentukan menggunakan: ........................................................................................(3)
Keterangan: Q
= Laju alir filtrasi susu kedelai (V/t) (m3s-1)
A
= Luas filter (dapat diukur dan ditetakan)
V
= Volume filtrat
Vc
= Volume fraksional dari padatan(cake) dalam umpan sebesar volume
µ
= Kekentalan larutan
L
= Tebal dari filter
ΔP
= Perbedaan tekanan
t
= Waktu filtrasi
r
= Tahanan
Persamaaan ini digunakan untuk menghitung drop tekanan yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan alir yang diinginkan atau untuk memprediksi kinerja filter skala besar berdasarkan data. Dalam penyaringan tekanan konstan, laju alir secara bertahap menurun sebagai resistensi terhadap aliran yang disebabkan oleh jumlah cake yg meningkat, persamaan (3) ditulis ulang dengan ΔP konstan
=
2∆
+
∆
.........................................................................................(4)
Jika t/(V/A) diplot terhadap V/A akan diperoleh garis lurus ( Gambar 1). Slope dan intercept digunakan untuk mengetahui tahanan spesifik cake dan ketebalan cake setara dengan media penyaring.
5 4 ) A / V ( / t
3 2 1 0 0
0.25
0.5
0.75
V/A
1
1.25
Gambar 1. Grafik t/(V/A) terhadap V/A Slope =
2∆
Intercept =
.........................................................................................(5)
∆
...........................................................................................(6)
Jika filter cake kompresibel (perubahan resistansi dengan tekanan ditetapkan) r diubah sebagai berikut :
= 1 (∆P)s Dimana r 1 adalah tahanan spesifik dari cake dibawah perbedaan tekanan 101 kPa dan s adalah kompresibilitas cake. Ini kemudian digunakan pada persamaan (2).
B. Komponen dan Spesifikasi Rotary Vacuum F ilter Komponen utama dari rotary drum filter berupa sebuah drum berputar yang didingnya merupakan support dari mediuim 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 mediumyang banyak dipakai adalah : polyester, nylon, polypropylene, dan bahan dari serat khusus. Dasar-dasar instalasi dari rotary vakum filter yaitu : 1.
Filter : drum, tong, agitator dan tempat pembuangan padatan
2.
Alat tambahan : sumber vakum (biasanya pompa air cincin vakum),
tempat untuk memisahkan udara dan cairan dari filter dan pompa filtrat (untuk mengangkut cairan dari vakum receiver ke dalam proses selanjutnya Filter di lihat dari ukuran (luas)drum dan outpunya (pond per jam) ukuran komponen paket bantu tergantung pada area filter dan jenis apliasi karena filter vakum dapat menangani berbagai macam material yang berkisar 15-200jam/m2
1.
Desain Drum
Setiap RVF menggunakan pengikis,sabuk tak berujung, tali yang ada di drum dengan pipa filtrat dan katup. Filter melepaskan precoat dengan menggunakan beberapa cara yaitu, drum dengan pipa filtrat,drum dengan valvebody,drum tanpa katup atau drum tanpa pipa filtrat. Hal ini dikarenakan pelepasan precoat mimiliki beragam desain,fitur khusus dan berbagai persyaratan untuk operasi yang maksimal. Pada desain drum universal katup vakum dan aliran udara akan dikontrol kesetiap posisi radial drum,persyaratan ini untuk semua desain debit kecuali precoat. Tanpa adanya katup maka drum hanya digunakan saat pelepasan precoat. Desain drum yang universal dan tanpa celah telah menggunakan vakum hanya pada permukaan drum dengan menggunakan pipa filtrat. Semua cairan dan udara terkandung dalam pipa filtrat. Bagian dalam drum kering dan tekanan atmosfir. 2.
Cake Wash
Minuman keras pencuci yang tepat dapat diterapkan pada padatan kue yang terbentuk jika prosesnya memerlukan pemulihan cairan induk yang tinggi. Sebagai aturan praktis, 90% dari cairan induk dapat dipulihkan dengan penerapan cairan pencuci yang sama dengan 2 perpindahan kandungan cairan induk dalam padatan kue yang difilter. Sangat penting bahwa cairan pencuci diterapkan pada padatan kue dengan distribusi seragam. Nosel semprot lebih disukai, tetapi merupakan item perawatan tinggi. Pipa tetes tidak memberikan distribusi yang baik kecuali dikombinasikan dengan selimut pencuci (item perawatan tinggi lainnya). Pemisahan minuman keras yang lemah hanya mungkin jika drum adalah desain universal. Penerima vakum tambahan dan pompa filtrat akan diperlukan. Mencuci kue dapat dilakukan pada semua desain debit dan drum. 3.
Receiver Knock-Out
Aplikasi pembuangan prabayar biasanya adalah generator busa tinggi. Karena busa tidak mudah dipisahkan dari aliran udara / cair yang keluar dari drum filter, ada kecenderungan tinggi untuk busa yang disapu melalui penerima vakum, ke dalam pompa vakum dan keluar dari sistem filtrasi dengan pompa vakum segel air. Ini dapat menyebabkan masalah lingkungan, masalah pengoperasian pompa vakum dan
hilangnya produk yang difilter. Dengan menambahkan receiver kedua dengan diameter yang cukup untuk mengurangi kecepatan aliran udara hingga 1 ft / detik (atau kurang), kebanyakan busa dapat dibuang dari aliran udara. Busa carry-over juga dapat dihilangkan dengan mengurangi tingkat vakum operasi filter. Namun, ini akan mengurangi throughput filter dan meningkatkan biaya operasi, terutama dengan filter discharge precoat. 4.
Tilting Vat
Salah satu produsen menawarkan desain "tilting vat" yang menyediakan sarana untuk mengurangi waktu "mati" antara pisau pada titik pembuangan dan drum saat memasuki slurry. Vat horisontal ketika menyaring pada "tinggi" drum submergence dan semakin "miring" sebagai drum submergence (tingkat tong) menurun. Dua fitur desain penting lainnya dari filter ini adalah bahwa: pisau dilekatkan pada tong, yang bergerak maju mundur, untuk menghasilkan pisau maju atau retraksi; seperti halnya beberapa desain Eropa lainn ya, filter tidak memiliki agitator tong. 5.
Pengaduk Hidraulik
Beberapa produsen filter Eropa menghilangkan pengaduk gaya "penggaruk" dan menggunakan hidraulik pompa umpan untuk menjaga slurry (filteraid & proses) dalam suspensi. Desain menggabungkan serangkaian nozel di bagian belakang tong yang terhubung ke manifold umum dan pompa umpan. Pengontrol tingkat tong menyalakan pompa dan mematikan sehingga dapat mempertahankan level tong yang diinginkan. Bubur-lumpur padat disimpan dalam suspensi oleh [1] kecepatan dari saluran-saluran masuk multi-aliran dan [2] gerakan gelombang yang disebabkan oleh siklus pompa umpan. Kinerja yang memuaskan tergantung pada pompa umpan yang berukuran cukup untuk memastikan bahwa kecepatan bubur cukup untuk suspensi yang tepat. Bubur proses biasanya tidak menjadi perhatian utama. Slurry filteraid, bagaimanapun, dapat mengendap selama mode precoating jika pompa tidak mampu menghasilkan output yang signifikan.
Gambar 1. Komponen Utama Rotary Drum Filter
Drum diberi vakum dibagian 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 alirkan k e tangki filtrat oleh sebuah pompa.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
(zona pencucian) final drying zone
(zona pengeringan akhir)
predrying zone
discharge zone
(zona pra pengeringan)
(zona pelepasan)
dead zone
(zona mati)
formation zone ARAH PUTARAN
(zona pembentukan)
Gambar 2. Mekanisme dan zona dalam rotary drum fi lter
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
.
Gambar 3. Pengaturan kondisi tekanan dengan valve bidging
Gambar 4. Susunan alat Rotary Drum Filter Dalam aplikasi secara industrial, rotary drum filter cocok diguanakan untuk proses yang mempunyai karakteristik sebagai berikut : 1. Suspensi atau (slurry) dengan padatan yang tidak cenderunga 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 mengasilkan recovery filtrat yang maksimal. 4. Iltrat yang tidak memerlukan pemisahan tajam antara filtrat induk dan filtat hasil pencucian. 5. Filtrat yang diizinkan mengandung sedikit padatan halus. Padatan ini mungin lolos melewati medium filter paa detik-dtik pertama dari pembentukan cake. Dalam beberapa pengoperasian rotary drum filter, biasanya filtrat dapat mengandung sampai 5000 ppm padaan tak larut. Karakter rotary drum filter didasarkan pesamaan karakteristik yang dapat menggambarkan perilaku rotary drum filter, yaitu : Flow rate =
.
= [
2..(−∆) 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 treukur dalam drum
: viskositar filtrat
: hambatan spesifik cake (specific cake resistant)
cs
: kg solid/m3 volume filtrat
harga cs didapatkan dari persamaan berikut : cs =
. 1−.
: massa jenis air
cx
: kg solid/ kg slurry
m
: kg cake basah/kg cak kering
flow rate biasa dilambangakan , merupakan laju alir linier filtrat yang dipidahkan 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.
C. Prinsip Kerja Rotary Vacuum F ilter Proses RDVF bersifat kontinyu. Setiap perputaran drum terdiri dari formasi cake, pencucian kue (jika diperlukan), dewatering atau pengeringan, dan pembuangan cake.
Cara Kerja Alat Rotary Drum Vacuum Filter : 1. Saat drum berputar, sebagian drum tersebut terendam dalam bubur umpan. 2. Vakum akan menarik cairan melalui media filter (kain) pada permukaan drum yang mempertahankan akan padatan. Vakum yang digunakan berupa pompa vakum cincin cair atau yang lainnya. 3. Vakum menarik udara (atau gas) melalui cake dan akan terus menghilangkan kelembabannya saat drum berputar. 4.
Akhirnya, cake dibuang dari drum ke konveyor atau chute ke langkah proses selanjutnya.
5. Filtrat dan udara ditarik melalui aliran menengah melalui pipa filtrat internal dan melewati katup putar dan masuk ke penerima filtrat. 6. Aliran cair dipisahkan dari aliran uap di penerima. 7. Filtrat cair kemudian dipompa ke langkah berikutnya dalam proses.
Jika diperlukan, cake dapat dicuci untuk menghilangkan kotoran atau untuk mengekstrak lebih banyak produk. Pengeringan tambahan pada cake dilakukan setelah pencucian.
DAFTAR PUSTAKA
Environmental Protection Agency. 1974. Process Design Manual for Sludge Treatment and Disposal, Technology Transfer , EPA 625/1-74-006. Fellows, P.J.1990. Food Processing Technology: Principles and Practice. Woodhead Publishing Limited Geankoplis, C. J. 1993.Transport Processes and Unit Operations, 3th Edition. Prentice-Hall International. Haug,Gene.2000. Aspects of Rotary Vacuum Filter Design & Performance dalam Fluid/Particle Separation Journal, Vol. 13, No. 1. Eagle-Picher Minerals, Inc. Hay & Forage Grower, dalam hayandforage.com/mag/farming_separating_fact_fiction/index.html (diakses pada 5 September 2018). Sanderson, Komline. 1996.The Komline-Sanderson Rotary Drum Vacuum Filter , Peapack, NJ,. Sanderson, Komline. 2018. Filter Vacuum Drum Rotary di http://www.komline.com/products/rotary_drum_vacuum_filter.html (di akses 8 September 2018)
