lap filtrasi udah ubah rumus di fogler , ready to acc sebenarnya
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Filtrasi atau penyaringan adalah pemisahan partikel zat padat dari fluida
dengan jalan melewatkan fluida itu melalui suatu medium penyaring atau
septum,dimana zat padat itu bertahan. Operasi filtrasi dijalankan untuk mengambil
bahan yang diinginkan yaitu padatannya atau cairannya dan bahkan kedua-
duanya. Operasi filtrasi sangat diperlukan dalam industri kimia terutama yang
menghasilkan campuran padat-cair. Contoh-contoh operasi filtrasi di pabrik-
pabrik antara lain :
- Pabrik gula menjalankan operasi filtrasi untuk memisahkan larutan
gula dengan padatan-padatan
- Industri pemurnian air
- Pemisahan senyawa garam dari suspensinya dan lain-lain
Agar proses filtrasi berjalan cepat biasanya dapat dimodifikasi umpan
dengan cara pemanasan, rekistralisasi, atau dengan penambahan filter aid yaitu
suatu senyawa yang dapat mengurangi kompresibililitas cake, mengurangi
penetrasi partikel kecil lain yang tidak diharapkan yang dapat menutupi pori-pori
membran sehingga mengurangi laju filtrasi.
Oleh karena banyaknya ragam bahan yang difiltrasi dan bermacam kondisi
operasi, jenis filter pun dapat dimodifikasi. 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.
Kebanyakan filter industri merupakan filter tekanan atau filter vakum. Alat
tersebut dapat dijalankan secara batch atau kontinu, bergantung pada cara
mengeluarkan zat padatnya. Jika filtrasi dijalankan secara batch alat harus
dibongkar untuk pengambilan cake kemudian dipasang kembali, sehingga
diperlukan waktu untuk bongkar pasang sedangkan pada proses kontinu
pengambilan cake dilakukan secara terus menerus dan memerlukan waktu operasi
yang lebih cepat.
Pada praktikum ini digunakan press filter berupa plate and frame filter
press. Filter terdiri atas plate and frame yang tersusun secara selang-seling. Plate
terpisah dari frame dengan suatu filter cloth. Pressing dilakukan untuk
mendapatkan posisi plate dan frame yang sesuai dan dikerjakan dengan putaran
manual dan putaran hidrolik. Slurry dimasukkan melalui lubang-lubang frame dan
filtrat mengalir melalui cloth ditiap sisi sehingga 2 produk (slurry dan cake)
terbentuk secara simultan di tiap ruang penyaringan.
1.2 Tujuan Percobaan
Dalam melaksanakan percobaan ini terdapat beberapa tujuan, yaitu :
1. Untuk mengetahui cara memisahkan partikel padat (kalsium karbonat) dari
fluida cair dengan memakai media berpori.
2. Untuk mengetahui prinsip kerja dari alat filtrasi plate and frame filter press.
3. Menghitung nilai tahanan media (Rm) dan tahanan ampas (α) dari data
percobaan yang diperoleh
1.3 Landasan Teori
Beberapa cara pemisahan mekanik fisik dapat diklasifikasikan menjadi
sebagai berikut (Geankoplis,1993) :
1. Filtration
Pemisahan dapat dilakukan karena adanya media filtrasi seperti kain, kanvas,
pasir. Pemilihan media filtrasi didasarkan atas :
a. Jumlah padatan yang dipisahkan
b. Tipe padatan
c. Viskositas dari fluida
2. Settling and sedimentation
Pada settling and sedimantation, partikel dipisahkan dari fluida dengan adanya
perbedaan gaya gravitasi dan densitas dari partikel tersebut.
3. Centrifugal settling and sedimentation
Proses pemisahan partikel dari fluida karena adanya gaya sentrifugal pada
berbagai ukuran dan densitas fluida.
4. Centrifugal filtration
Proses pemisahan yang dilakukan dengan filtrasi tetapi gaya sentrifugal yang
digunakan menyebabkan perbedaan tekanan dapat diabaikan.
5. Mechanical size reduction and separation
Pemisahan dilakukan dengan cara mengubah diameter partikel, kemudian
dipisahkan dengan ayakan.
Operasi filtrasi dijalankan dengan dua cara yaitu :
1. Filtrasi batch
Proses secara batch memerlukan waktu yang lebih lama dan memerlukan
biaya yang lebih mahal.
2. Filtrasi kontinu
Proses filtrasi secara kontinu banyak diterapkan pada industri kimia. Analisis
operasi filtrasi ini dibagi dalam 3 tahap, yaitu :
a. Pembentukan cake,
b. Pencucian cake untuk membuang larutan
c. Pelepasan cake dari filter.
Berdasarkan gaya pendorong yang digunakan, dikenal bermacam-macam
filter yaitu gravity filters, plate and frame filter press dan continous rotary
vacuum filters. Tipe plateand frame filter press yang paling umum
digunakandapat dilihat pada Gambar 1.1. 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.
Gambar 1.1 Plate and Frame Filter Press
(Sumber: www.parksanfilters.com)
Jenis lain adalah rotary vacuum filter. Filter jenis ini banyak digunakan
pada industri skala besar dikarenakan dapat menangani padatan yang sulit difilter,
dan banyak dilengkapi sarana otomatis sehingga tenaga manual yang dibutuhkan
tidak banyak. Pada Gambar 1.2 dapat dilihat bentuk dari filter jenis ini. Filter ini
dilengkapi drum yang terus berputar. Tekanan di luar drum adalah tekanan
atmosferik, tetapi di dalam drum mendekati vakum. Drum ini dimasukkan ke
dalam cairan yang mengandung suspensi padatan yang akan difilter, lalu drum
diputar dengan kecepatan rendah selama operasi. Cairan tertarik melewati filter
cloth karena tekanan vakum, sedangkan padatan akan tertinggal di permukaan luar
drum membentuk cake. Jika cake akan diambil dari drum, putaran drum
dihentikan, drum dikeluarkan dari fasa cair, cake dicuci, dikeringkan, dan
kemudian diambil. Pengambilan padatan dari drum dilakukan dengan sejenis
pisau yang juga bermcam-macam jenis dan disainnya bergantung jenis cake.
Gambar 1.2 Rotary Vacuum Filter
(sumber : www.numna.com)
Pada filtrasi dikenal dua media filter, yaitu :
1. Media primer
Yaitu filter pembantu dapat berupa kain, kanvas, kertas saring .
2. Media sekunder
Yaitu medium filter yang sesungguhnya, yang terbentuk karena adanya
padatan-padatan yang tertahan oleh medium filter primer.
Berdasarkan prinsip kerjanya, filtrasi dapat dibedakan menjadi:
1. Pressure filtration
Merupakan filtrasi yang dilakukan dengan prinsip penekanan. Bentuk alat
tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.3.
Gambar 1.3 Pressure Filtration Press
(sumber : http://cpq.ist.utl.pt/spe/images/Foto_22.JPG)
2. Gravity filtration
Merupakan filtrasi yang menggunakan gaya gravitasi untuk mengalirkan
cairan.
3. Vacuum filtration
Merupakan filtrasi yang dilakukan dengan prinsip hampa udara untuk
mengalirkan cairan. Alat filtrasi dengan prinsip hampa udara dapat dilihat pada
Gambar 1.4. Filter ini dilengkapi drum yang terus berputar. Tekanan di luar drum
adalah tekanan atmosferik, tetapi di dalam drum mendekati vakum. Drum ini
dimasukkan ke dalam cairan yang mengandung suspensi padatan yang akan
difilter, lalu drum diputar dengan kecepatan rendah selama operasi. Cairan tertarik
melewati filter cloth karena tekanan vakum, sedangkan padatan akan tertinggal di
permukaan luar drum membentuk cake pada proses.
Gambar 1.4 Drum Vacuum Filter
(sumber : abhishekfilter.com)
Jika cake akan diambil dari drum, putaran drum dihentikan, drum
dikeluarkan dari fasa cair, cake dicuci, dikeringkan, dan kemudian diambil.
Pengambilan padatan dari drum dilakukan dengan sejenis pisau yang juga
bermcam-macam jenis dan disainnya bergantung jenis cake.
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 kimia kuat secara fisik dalam kondisi proses.
4. Harus memungkinkan penumpukan ampas dan pengeluaran ampas secara total
dan bersih
5. Tidak boleh terlalu mahal (Mc. Cabe, 1993)
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.
Berdasarkan kompressibilitasnya, cake dapat dibedakan menjadi
Compressible cake dan Non-compressible cake.
1. Compressible cake
Compressible cake adalah cake yang mengalami perubahan struktur karena
adanya tekanan, sehingga ruang kosong dalam cake semakin kecil, akibatnya
penahanan semakin besar dan filtrasi semakin sulit dilakukan. Nilai koefisien
kompresibilitas (s) untuk cake jenis ini adalah 0,1 < s < 0,8. Untuk mengestimasi
efek faktor kompresibilitas, diasumsikan resistansi spesifik α adalah fungsi dari
ΔP menurut hubungan:
α = α '(ΔP)s (1)
(Geankoplis,1993)
Nilai α’ dan s mudah ditentukan dengan memplot log α terhadap log ΔP. Jika nilai
s besar umpan harus dipretreatment dengan penambahan filter aid.
2. Non compressible cake
Non compressible cake adalah cake yang tidak mengalami perubahan struktur
karena adanya penekanan. Sebenarnya cake seperti ini tidaka ada, tetapi pada
percobaan ini cake dianggap non compressible karena perbedaan tekanan sangat
kecil. Koefisien kompressibilitasnya adalah nol.
Filtrasi dapat dilakukan dengan cara :
1. Pada perbedaan tekanan konstan, antara P1 dan P2 konstan misalnya
pada filter press.
2. Pada volum konstan, jumlah filtrat yang dihasilkan konstan setiap
waktu.
Media filtrasi
Umpan
P1
P2
Dalam filtrasi umpan dapat berupa campuran gas-padat atau cairan-
padatan. Diameter padatan bisa sangat halus atau sangat kasar tergantung pada
jenis partikel dari padatan tersebut. Produk yang dihasilkan pada proses filtrasi
dapat berupa padatan maupun cairan. Pada Gambar 1.5 dapat dilihat skematis
pemasukan umpan kedalam media filtrasi untuk proses batch.
Gambar 1.5 Skematis Pemasukan Umpan pada Proses Batch
Campuran turun dari media filtrasi dikarenakan adanya perbeedaan
tekanan antara kedua sisi media filtrasi sehingga dapat dipisahkan antara cairan
dari padatannya.
Aliran fluida dalam media porous berbeda dengan aliran fluida melalui pipa
biasa. Dalam media porous, fluida akan mengalir melalui rongga-rongga diantara
partikel padatan sehingga perlu faktor koreksi untuk faktor friksi untuk aliran
fluida dalam media porous.
1. Bilangan Reynolds
Dihitung berdasarkan diameter partikel ditambah faktor FRe
(2)
dL
Filter cake
2. Faktor Friksi
Faktor Friksi dalam perhitungan ditambah faktor Ff sehingga persamaan :
(3)
(4)
Sumber: Geancoupis,C.J(1983)
Hubungan antara L dan V diperoleh dari neracaa massa padatan :
Massa padatan dalam cake = Massa padatan dalam slurry
(5)
(6)
Dengan menganggap aliran laminer :
(7)
Sumber:Reklaitis.G.V.(1976)
Substitusikan persamaan (5) ke persamaan (6) :
Didefinisikan besaran baru : Cv
(8)
Sehingga diperoleh persamaan :
(9)
Pada persamaan (9), adalah tekanan sisi masuk cake dikurangi
tekanan sisi keluar cake. Pada kenyataannya, tekanan pada titik-titik tersebut tidak
dapat diukur. Yang dapat diukur adalah selisih tekanan slurry saat akan masuk
dan saat akan keluar dari filter. Jadi, tahanannya bukan dari cake saja, tetapi juga
tahanan yang ditimbulkan oleh saluran-saluran dalam filter dan media penyaring
primer. Jika tahanan tambahan ini dinyatakan dalam volume equivalent (Ve),
maka besarnya adalah = , sehingga persamaan (9) menjadi :
(10)
Persamaan ini juga dapat dituliskan menjadi :
(11)
Untuk keperluan percobaan, persamaan (11) dapat diubah menjadi finite
difference sebagai berikut :
(12)
(Sumber: penuntun praktikum laboratorium teknik kima I 2010)
dengan anggapan pressure drop cukup rendah dan harganya konstan maka Cv
konstan, Ve konstan dan persamaan berupa garis lurus. Dengan mencatat waktu
filtrasi pada setiap volume filtrat tertampung ((V) konstan) maka bisa
diperoleh hubungan antara t/V dengan V sehingga dengan metoda Least
Square dapat dihitung haraga Cv dan Ve seperti gambar berikut :
Gambar 2.6 Grafik hubungan antara tf/V dengan V
Sumber: penuntun praktikum laboratorium teknik kima I (2010)
Waktu filtrasi optimum adalah waktu yang diperlukan agar jumlah volume
filtrat per satuan waktu optimum. Dalam operasi filtrasi, yang disebut waktu
siklus adalah waktu keseluruhan yang diperlukan untuk melakukan proses filtrasi
yang merupakan jumlah dari waktu filtrasi sesungguhnya, waktu pencucian, dan
waktu bongkar pasang.
(13)
Waktu pencucian diperoleh dari :
(14)
Dengan Vw adalah volume air pencuci yang digunakan. Penggabungan persamaan
(11) dan (13) diperoleh :
Untuk mudahnya, jumlah air pencuci dinyatakan sebagai :
(15)
(16)
Pada kondisi optimum V/ts maksimal atau ts/V minimal :
Diperoleh :
(17)
Dan waktu siklus optimum :
(18)
Sumber: penuntun praktikum laboratorium teknik kima I (2010)
Untuk keperluan optimasi jumlah air pencuci yang digunakan, maka ke
dalam slurry ditambahkan zat warna yang mempunyai sifat tidak berkaitan secara
permanen dengan padatannya sehingga mudah dihanyutkan oleh aair pencucinya.
Kadar zat warna dalam cucian yang keluar filter dianalisa untuk mengetahui
seberapa jauh operasi pencucian dilakukan. Operasi pencucian dihentikan jika
kadar zat warna dalam air cucian konstan. Jumlah air pencuci yang digunakan
sampai titik ini dicatat sebagai Vwopt.
Analisa kadar zat warna dalam air cucian dilakukan dengan
membandingkan warnanya dengan larutan standar yang telah diketahui
konsentrasinya. Dalam hal ini mata berfungsi sebagai detektor warna.
Gambar 2.7 Analisa kadar zat warna secara visual
Sumber: penuntun praktikum laboratorium teknik kima I (2010)
a. Pengenceran biasa pada luas tabung yang sama
Jumlah zat warna sebelum pengenceran = Jumlah zat warna sesudah
pengenceran
Jika luas tabung sama, maka :
(19)
b. Pengenceran berulang
Bila hs = 2 hs0
, dimana n = 2x (20)
Persamaan (19) disubstitusikan ke persamaan (20) sehingga menjadi :
(21)
Pada filtrasi batch laju alir cairan yang akan difiltrasi dapat disusun
menjadi:
v = (22)
dengan : v = laju alir filtrat (m/s)
dV/dt = jumlah filtrat yang dikumpulkan selama waktu t (m3/s)
A = luas area filtrasi (m2)
Persamaan yang berlaku pada proses filtrasi adalah persamaan Carman-
Kozeny untuk aliran laminer dalam packed bed, persamaan ini menjelaskan proses
mengalirnya suatu cairan dengan padatan dalam suatu pemisahan secara titrasi.
Persamaan tersebut adalah :
= (23)
dengan : ΔPc = perubahan tekanan pada cake (N/m2)
L = tebal cake yang terbentuk setelah proses filtrasi (m)
k1 = konstanta (4,17)
µ = viskositas fluida (Pa s)
v = laju alir filtrat (m/s)
ε = porositas
S0 = luas seluruh permukaan partikel padatan per volum wadah (m1)
Porositas merupakan ruang kosong antara tumpukan partikel, dan tanda
negatif pada perubahan tekanan menunujukkan terdapat penurunan tekanan antara
kedua media filtrasi.
Untuk menentukan berapa banyak filtrat yang terkumpul dapat
dihubungkan (rasio) antara neraca massa dengan tebal cake, sehingga diperoleh :
L A (1-ε) ρp = Cs (V +ε L A) (24)
(Mc.cabe,1993)
dengan : ρp = densitas partikel padatan dalam cake (kg/m3)
Cs = konsentrasi padatan didalam filtrat (kg/m3)
Kemudian disubstitusi persamaan (2) kedalam persamaan (1) dan gunakan
persamaan (3) untuk menghilangkan nilai L, sehingga diperoleh persamaan :
= = (25)
dimana nilai α adalah besarnya tahanan yang dihasilkan karena terjadi tumpukan
cake.
α = (26)
untuk tahanan pada media filtrasi (Rm) dapat dianalogkan persamaan (25),
sehingga :
= (27)
besar tahanan setelah filtrasi dapat dihitung dengan rumus :
= (28)
dimana ΔP = ΔPc + ΔPf , sehingga persamaan (7) dapat dimodifikasi menjadi :
= (29)
Dari persamaan (8) kita dapat menentukan persamaan dasar untuk filtrasi pada
proses batch dengan kondisi tekanan konstan, yaitu :
= (30)
= Kp V + B (31)
dengan Kp dalam s/m6, B dalam s/m3.
Kp = (32)
B = (33)
Untuk menentukan nilai Kp dan B dapat menggunakan grafik V versus t/V
t/V
V
Gambar 1.6 Grafik hubungan V terhadap t/V
waktu yang diperlukan selama filtrasi :
= Kp V + B
dt = (Kp V + B ) dV
t = Kp/2 V2 + BV (34)
untuk waktu siklus pada proses batch :
t siklus (tc) = waktu filtrasi + waktu bongkar pasang + waktu pencucian
waktu bongkar pasang biasanya 20 menit dan waktu pencucian dihitung dengan
rumus:
Waktu pencucian = (35)
laju pencucian filtrasi dihitung dengan persamaan :
Slope = Kp/2
Intercept = B
Laju pencucian = (36)
Untuk menghitung nilai cake kering maka dapat menggunakan rumus :
W = Cs V = V (37)
dengan : W = berat cake kering (kg)
Cs = konsentrasi slurry didalam filtrat (kg/m3)
Cx = konsentrasi slurry didalam umpan (berat padatan/berat
umpan)
M = rasio ampas basah terhadap ampas kering
ρ = densitas fluida (kg/m3)
V = volum filtrat (m3)
1.4 Analisa Data
Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data : V, C, hs, hw, Cs0, n,
Vw, (-P), A, dan tp.
a. Menentukan Cv dan Ve
Persamaan yang digunakan :
(38)
Untuk menghitung tf/V digunakan persamaan finite difference sebagai berikut :
1. Untuk data-data awal (Forward Finite Difference)
(39)
2. Untuk data-data tengah (Central Finite Difference)
(40)
3. Untuk data-data akhir (Backward Finite Difference)
(41)
(sumber : penuntun pratikum laboratorium teknik kimia I ,2010)
Maka dapat dihitung Cv dan Ve
b. Menentukan volume pencucian (Vw)
Persamaan yang digunakan :
Dengan membuat grafik hubungan antara CW dan VW, maka harga VW dapat
dicari yaitu pada saat VW mencapai keadaan konstan atau mendekati konstan
dimana pada saat kurva CW Vs VW mendatar. Grafik hubungan CW Vs VW
dapat ditunjukkan oleh gambar berikut :
Gambar 1.8 Grafik hubungan CW Vs VW untuk penentuan VW opt
c. Menentukan Vopt dan tsopt
Digunakan persamaan :
(42)
Dengan , maka :
(43)
(sumber : pratikum laboratorium teknik kimia I ,2010)
1.5 Hipotesis
Operasi filtrasi dengan plate and frame filter press pada pressure drop
konstan akan mengikuti persamaan non compressible cake :
Harga tf/V dapat didekati dengan tf/V, sehingga grafik hubungan antara
tf/V dengan V adalah linear. Harga CV dan Ve dapat ditentukan dari slope dan
intersep dari persamaan garis yang diperoleh, maka waktu yang diperlukan untuk
filtrasi semakin lama. Hubungan CW dan VW diharapkan berupa kurva lengkung
ke bawah, dan akhirnya konstan, sehingga harga VW dapat dicari.
BAB II
METODOLOGI PERCOBAAN
2.1 Bahan-bahan yang dipakai
Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
1. Serbuk Kalsium Karbonat (CaCO3), berwarna putih dan halus
sebanyak 500 gr
2. Air sebanyak 320 liter untuk membuat slurry
3. Larutan standar dibuat dari 0,125 gr zat warna dalam 1 liter air
4. Zat warna sebanyak 4 gr.
2.2 Peralatan yang digunakan
Peralatan yang digunakan pada percobaan adalah :
1. Alat filtrasi Plate and Frame Filter Press
2. Tangki umpan dan pencuci
3. Pengaduk
4. Gelas ukur
5. Stopwatch
2.3 Prosedur Percobaan
1. Persiapan alat
Gambar 2.1 Rangkaian alat praktikum
Keterangan Gambar :
1. Tangki pencuci 4. Kran 7. a. Frame
2. Tangki umpan 5. Pompa b. Plate
3. Pengaduk 6. Manometer 8. Gelas ukur
Rangkaian alat dipasang seperti yang terlihat pada Gambar 2.1.
Kemudian kran air dibuka, pompa dihidupkan. Tahap ini dilakukan untuk
pengecekan kebocoran alat.
2. Pembuatan slurry CaCO3
Ditimbang CaCO3 sebanyak 100 gr, kemudian dilarutkan dalam 8 liter air
dengan menggunakan ember, lalu ditambahkan 1gram zat warna kemudian
diaduk dengan alat pengaduk.
3. Pembuatan larutan standar
Larutan standar dibuat dengan 0,125 gram zat warna lalu dilarutkan dalam
1Liter air
4. Percobaan :
Slurry CaCO3 dimasukkan dalam tangki umpan, kran umpan dibuka,
pressure drop dijaga konstan dengan mengatur kran recycle. Tekanan
yang digunakan adalah 1 bar. Lalu, Filtrate ditampung setiap 200 cm3
dicatat waktunya. Filtrasi dihentikan setelah tidak ada lagi filtrat keluar.
5. Pencucian :
Kran air pencuci dibuka dan air pencuci yang keluar ditampung. Setiap
200 cm3 diambil sampelnya untuk ditentukan konsentrasinya. Pencucian
dihentikan bila warna air cucian relatif konstan.
6. Bongkar pasang
Plate and frame filter press dibongkar untuk membersihkannya dari cake
dan kotoran, dan filter cloth dicuci. Kemudian alat filtrasi dipasang lagi
untuk operasi selanjutnya. Waktu bongkar pasang di catat.
7. Selanjutnya lakukan percobaan dengan prosedur yang sama namun dengan
komposisi bahan dan tekanan yang berbeda yaitu sebagai berikut:
CaCO3 sebanyak 150 gram, dilarutkan dengan 8 Liter air dan
tekanan 1 bar
CaCO3 sebanyak 100 gram, dilarutkan dengan 8 Liter air dan
tekanan 1,4 bar
CaCO3 sebanyak 150 gram, dilarutkan dengan 8 Liter air dan
tekanan 1,4 bar
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Hasil Percobaan
a. Untuk massa CaCO3 = 100 gr dan tekanan 1 bar
Gambar 3.1 Grafik hubungan Δtf/ΔV dan volume larutan filtrasi untuk massa CaCO3 100 gram dan Tekanan 1 bar.
Pada gambar 3.1 dapat diamati bahwa terjadi kenaikan Δtf/ΔV
(terhadap perubahan waktu per perubahan volume filtrasi) seiring
dengan kenaikan volume filtrasi. Hal ini sesuai dengan teori yang ada
bahwa perubahan waktu filtrasi berbanding lurus dengan kenaikan
volume filtrasi (Geankoplis,1993).
Dari gambar tersebut diketahui persamaan liniernya adalah: Y =
0.0001x-0.2522
Sehingga grafik tersebut memilki slope 1 x 10-4 dan intersep 0,2522.
Dari slope dan intersep diperoleh nilai Cv yaitu 0.00394 m2.Pa.detik
dan nilai Ve adalah 2522 cm3. Ve adalah volume filtrat yang
membentuk cake dengan tahanan yang sama dengan tahanan dari filter
medium dan pemipaan.
Untuk massa CaCO3 100 gram dengan tekanan 1 bar, nilai tahanan
media filtrasi (Rm) yang diperoleh adalah 1,26 x 104 m-1 dan nilai
tahanan ampas (α) yang diperoleh adalah 13,191 m/kg.
Gambar 3.2 Grafik hubungan konsentrasi air pencuci (Cw) dan volume air pencuci (Vw)
Dari gambar 3.2 dapat dilihat bahwa semakin besar volume air
pencuci (Vw) maka nilai konsentrasi air pencuci (Cw) semakin turun
hingga menuju nilai konstan. Hal tersebut disebabkan karena semakin
besar volume semakin berkurang kepekatan warna
larutan.Berdasarkan perhitungan, grafik diatas memiliki Vopt 2166,87
cm3 dan tsopt9,47 menit. Vopt dan tsopt merupakan volume optimum dan
waktu optimum yang terjadi pada proses filtrasi. Tsopt terdiri dari
jumlah waktu proses, waktu pencucian dan waktu bongkar pasang
(Tim Penyusun, 2010)
b. Massa CaCO3 = 150 gr dan P = 1 bar
Gambar 3.3 Grafik hubungan Δtf/ΔV dan volume larutan filtrasi untuk massa CaCO3 150 gram dan Tekanan 1 bar
Pada gambar 3.3 dapat diamati bahwa terjadi kenaikan ΔtAf/ΔV
(terhadap perubahan waktu per perubahan volume filtrasi) seiring
dengan kenaikan volume filtrasi. Hal ini sesuai dengan teori yang ada
bahwa perubahan waktu filtrasi berbanding lurus dengan kenaikan
volume filtrasi.
Dari gambar tersebut diketahui persamaan liniernya adalah: Y =
7E-05x – 0,1324.
Sehingga grafik tersebut memilki slope 7 x 10-5 dan intersep 0,1324.
Dari slope dan intersep diperoleh nilai Cv yaitu 0.0027 m2.Pa.detik
dan nilai Ve adalah 1891.4286 m3. Ve adalah volume filtrat yang
membentuk cake dengan tahanan yang sama dengan tahanan dari filter
medium dan pemipaan.
Untuk massa CaCO3 150 gram dengan tekanan 1 bar, nilai tahanan
media filtrasi (Rm) yang diperoleh adalah 25,38 x 105 m-1 dan nilai
tahanan ampas (α) yang diperoleh adalah 17,36 m/kg.
Gambar 3.4 Grafik hubungan konsentrasi air pencuci (Cw) dan
volume air pencuci (Vw)
Dari gambar 3.4 dapat dilihat bahwa semakin besar volume air
pencuci (Vw) maka nilai konsentrasi air pencuci (Cw) semakin turun
hingga menuju nilai konstan. Hal tersebut disebabkan karena semakin
besar volume semakin berkurang kepekatan warna larutan.
Berdasarkan perhitungan, grafik diatas memiliki Vopt 2166,87 cm3 dan
tsopt 9,47 menit. Vopt dan tsopt merupakan volume optimum dan waktu
optimum yang terjadi pada proses filtrasi. Tsopt terdiri dari jumlah
waktu proses, waktu pencucian dan waktu bongkar pasang.
c. Massa CaCO3 = 100 gr dan P = 1,4 bar
Gambar 3.5 Grafik hubungan Δtf/ΔV dan volume larutan filtrasi
untuk massa CaCO3 100 gram dan Tekanan 1,4 bar.
Pada gambar 3.5 dapat diamati bahwa terjadi kenaikan ΔtAf/ΔV
(terhadap perubahan waktu per perubahan volume filtrasi)seiring
dengan kenaikan volume filtrasi. Hal ini sesuai dengan teori yang ada
bahwa perubahan waktu filtrasi berbanding lurus dengan kenaikan
volume filtrasi.
Dari gambar tersebut diketahui persamaan liniernya adalah: Y =
6E-04x – 1.181
Sehingga grafik tersebut memilki slope 6 x 10-4 dan intersep 1,181.
Dari slope dan intersep diperoleh nilai Cv yaitu 0.03359 m2.Pa.detik
dan nilai Ve adalah 1968.33 m3. Ve adalah volume filtrat yang
membentuk cake dengan tahanan yang sama dengan tahanan dari filter
medium dan pemipaan.
Untuk massa CaCO3 100 gram dengan tekanan 1.4 bar, nilai
tahanan media filtrasi (Rm) yang diperoleh adalah 6,32 x 105 m-1 dan
nilai tahanan ampas (α) yang diperoleh adalah 18,469 m/kg.
Gambar 3.6 Grafik hubungan konsentrasi air pencuci (Cw) dan
volume air pencuci (Vw)
Dari gambar 3.6 dapat dilihat bahwa semakin besar volume air
pencuci (Vw) maka nilai konsentrasi air pencuci (Cw) semakin turun
hingga menuju nilai konstan. Hal tersebut disebabkan karena semakin
besar volume semakin berkurang kepekatan warna larutan.
Berdasarkan perhitungan, grafik diatas memiliki Vopt 2166,87 cm3 dan
tsopt 9,47 menit. Vopt dan tsopt merupakan volume optimum dan waktu
optimum yang terjadi pada proses filtrasi. Tsopt terdiri dari jumlah
waktu proses, waktu pencucian dan waktu bongkar pasang.
d. Massa CaCO3 = 150 gr dan P = 1,4 bar
Gambar 3.7 Grafik hubungan Δtf/ΔV dan volume larutan filtrasi
untuk massa CaCO3 150 gram dan Tekanan 1,4 bar.
Pada gambar 3.7 dapat diamati bahwa terjadi kenaikan ΔtAf/ΔV
(terhadap perubahan waktu per perubahan volume filtrasi)seiring
dengan kenaikan volume filtrasi. Hal ini sesuai dengan teori yang ada
bahwa perubahan waktu filtrasi berbanding lurus dengan kenaikan
volume filtrasi.
Dari gambar tersebut diketahui persamaan liniernya adalah: Y =
1E-03x – 1.8474
Sehingga grafik tersebut memilki slope 2 x 10-5 dan intersep 0,1157.
Dari slope dan intersep diperoleh nilai Cv yaitu 0.05898 m2.Pa.detik
dan nilai Ve adalah 1847.4 m3. Ve adalah volume filtrat yang
membentuk cake dengan tahanan yang sama dengan tahanan dari filter
medium dan pemipaan.
Untuk massa CaCO3 150 gram dengan tekanan 1.4 bar, nilai tahanan
media filtrasi (Rm) yang diperoleh adalah 48,768 x 105 m-1 dan nilai
tahanan ampas (α) yang diperoleh adalah 24,309 m/kg.
Gambar 3.8 Grafik hubungan konsentrasi air pencuci (Cw) dan
volume air pencuci (Vw)
Dari gambar 3.8 dapat dilihat bahwa semakin besar volume air
pencuci (Vw) maka nilai konsentrasi air pencuci (Cw) semakin turun
hingga menuju nilai konstan. Hal tersebut disebabkan karena semakin
besar volume semakin berkurang kepekatan warna larutan.
Berdasarkan perhitungan, grafik diatas memiliki Vopt 2166,87 cm3 dan
tsopt 9,47 menit. Vopt dan tsopt merupakan volume optimum dan waktu
optimum yang terjadi pada proses filtrasi. Tsopt terdiri dari jumlah
waktu proses, waktu pencucian dan waktu bongkar pasang.
e. Massa CaCO3 = 100 gr pada P = 1 bar dan 1,4 bar
Gambar 3.9 Grafik hubungan Δtf/ΔV dan Volume larutan filtrasi untuk massa CaCO3 100 gram pada Tekanan 1 bar dan 1.4 bar.
Dari gambar 3.9 dapat dilihat bahwa semakin banyak
massa CaCO3 (konsentrasi slurry semakin tinggi) dengan tekanan
yang sama , maka diperoleh nilai Δtf/ΔV naik.
f. Massa CaCO3 = 100 gr dan 150 gr pada P = 1 bar
Gambar 3.10 Grafik hubungan Δtf/ΔV dan Volume larutan filtrasi
untuk massa CaCO3 100 gram dan 150 gram pada
Tekanan 1 bar
Dari grafik 3.10 dapat dilihat bahwa semakin tinggi tekanan
operasi maka semakin kecil nilai Δtf/ΔV nya.
3.2 Pembahasan
Dari grafik 3.9 dapat dilihat bahwa semakin banyak massa CaCO3
(konsentrasi slurry semakin tinggi) dengan tekanan yang sama , maka
diperoleh nilai Δtf/ΔV naik. Hal ini diperoleh karena semakin banyak
massa CaCO3 maka semakin banyak juga cake yang tertahan di plate
filtrasi sehingga waktu filtrasi semakin lama dan menyebabkan Δtf/ΔV
semakin naik seiring bertambahnya volume filtrat tertampung yang
ditunjukan dengan grafik yang linier.
Dari grafik 3.10 dapat dilihat bahwa semakin tinggi tekanan operasi
maka semakin kecil nilai Δtf/ΔV nya. Hal ini dikarenakan semakin tinggi
tekanan operasi pada proses filtrasi maka semakin banyak padatan yang
membentuk cake pada filter sehingga menyebabkan penyumbatan pada
plate filtrasi yang ditandai dengan semakin lamanya waktu yang
diperlukan untuk menampung filratnya sehingga diperoleh Δtf/ΔV
semakin kecil.
Pada proses pencucian semakin besar massa CaCO3 (konsentrasi
slurry semakin tinggi) maka semakin besar pula volume air pencuci (Vw)
dan nilai konsentrasi Cw semakin turun hingga mencapai konstan atau
mendekati konstan yang dapat dilihat dari konsentrasi air pencuci yang
sama. Hal ini disebabkan karena semakin banyaknya cake yang tertahan
pada plate filtrasi sehingga volume air pencuci yang diperoleh semakin
besar.
BAB IV
4.1 KESIMPULAN
1. Perubahan waktu per perubahan volume filtrasi (Δtf/Δv) berbanding lurus
dengan kenaikan volume rata-rata filtrasi (Δv).
2. Semakin bertambahnya volume air pencuci (Vw) akan menurunkan nilai
konsentrasi air pencuci (Cw) hingga akhirnya akan menjadi konstan.
3. Semakin besar konsentrasi CaCO3 maka tumpukan cake pada media
filtrasi akan semakin banyak sehingga mengakibatkan tahanan ampas ()
semakin besar.
4.2 SARAN
1. Dibutuhkan kedisiplinan dalam bekerja karena aliran yang dihitung
mengalir cepat
2. Pastikan pengukuran waktu filtrasi tepat, sehingga tidak terjadi
penyimpanan waktu yang besar dan digunakan waktu/pengukur waktu
yang dapat split dalam jumlah banyak.
3. Diperlukan ketelitian mata pengamat pada saat membandingkan warna
sampel air cucian dengan warna larutan standar yang konsentrasinya telah
diketahui.
LAMPIRAN A
1. Contoh perhitungan pada grafik
Keterangan pengolahan data Tabel 3.1, 3.3, 3.5 dan Tabel 3.7:
Data dibagi menjadi tiga kelompok data yaitu data awal dari nomor 1 – 13 , data
tengah dari no 14-27, dan data akhir nomor 27-39.
Contoh perhitungan untuk massa CaCO3 100 gr dan tekanan 1 bar.
a. Untuk data awal :
b. Untuk data tengah :
c. Untuk data akhir :
Keterangan pengolahan data tabel 3.2, 3.4, 3.6, dan 3.8.
2. Contoh perhitungan menentukan waktu siklus filtrasi dengan massa
CaCO3 100 gr dan P 1 bar.
Dari Gambar 3.1 diketahui persamaan liniernya adalah :
y = 1E-04x - 0,25223
Slope =
Intersep =0,0003
Panjang sisi plat = 20 cm
A = sisi x sisi = 20 cm x 20 cm = 400 cm2 = 0.04 m2
Total luas untuk 7 buah plat = 7 x 0.04 =0.28 m2
Volum optimum (Vw opt) = 4200 ml
Konstanta filtrasi =
Waktu pencucian tp = 65,5 detik
Waktu bongkar pasang alat = 435,9 detik
Dengan data di atas, maka didapatkan nilai volume optimal (Vopt) dan nilai
waktu siklus optimum (ts opt) :
Dan
2522
twaktu bongkar = 435,9 detik
maka, tsopt = 132,332 + 435,9 = 568,23 detik = 9,47 menit
3. Contoh perhitungan menentukan nilai tahanan media (Rm) dan tahanan
ampas (α).
∆P = 1 bar = 1 x 105 N/m2
Vair =6 liter = 6000 ml=6000 gram
Viskositas () = 0,93x10-3 kg/ms
Densitas () = 996,9 kg/m3
Area filtrasi (A) = (7 x 20 cm x 20 cm) = 2800 cm2
Konstanta filtrasi (Kp)= 1x10-5 x 2 = 2x10-5
B (Intercept) = 0.0003
Maka nilai tahanan media filtrasi (Rm) dan tahanan ampas (α) adalah :
Konsentrasi slurry didalam umpan (Cx) :
Cx = = = 0,0125
Konsentrasi slurry didalam filtrat (Cs) :
Cs = = = 12,78 kg/m3
α =
=
= 13,191 m/kg
Rm =
=
= 1,26 x 104 m-1
DAFTAR PUSTAKA
Coulson,J.M. and Richardson, J.F,1989,”An Introduction to Chemical
Engineering Design”, vol.6 pp.765-771.
Geankoplis, C.J.,1993,”Transport Processes and Unit Operation”, 3 ed.
Smith,J.M. and Van Ness,H.C.,1986,”Intoduction to Chemical Engineering
Termodynamics,3ed,290-364”
http://www.parksanfilters.com, diakses tanggal 10 November 2010.
http://www.numna.com, diakses tanggal 10 November 2010.
http://cpq.ist.utl.pt/spe/images/Foto_22.JPG, diakese tanggal 11 November 2010