resume otk

42
CHAPTER 14 PROSES PEMISAHAN MEKANIK-FISIKA 14.1 PENDAHULUAN DAN KLASIFIKASI DARI PROSES PEMISAHAN MEKANIKA- FISIKA 14.1A PENDAHULUAN Pada semua proses pemisahan dianggap selama ini didasari oleh perbedaan fisika-kimia pada molekul itu sendiri dan pada transfer massa dari molekul. Pada chapter ini proses separasi dianggap dimana pemisahan tidak dilakukan pada skala molekul juga buka karena perbedaan variasi molekul. Pemisahan akan di lakukan menggunakan mechanical-physical force dan bukan dengan molecular atau chemical force dan diffusi. Mechanical-physical force akan bertindak atas partikel, liquid, atau campuran dari partikel dan liquid itu sendiri. Mechanical-physical forces menggunakan gravitasi dan centrifugasi,mekanika aktual,dan kekuatan kinetik dari aliran.Partikel dan/ aliran fluida akan terpisah karan efek pembeda yang dihasilkan oleh force (kekuatan) tersebut. 14.2B Tipe Alat Filtrasi 1. Klasifikasi Filter

Upload: alif-rinaldy-fajargis

Post on 28-Dec-2015

69 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

syalalala

TRANSCRIPT

Page 1: Resume Otk

CHAPTER 14

PROSES PEMISAHAN MEKANIK-FISIKA

14.1 PENDAHULUAN DAN KLASIFIKASI DARI PROSES PEMISAHAN MEKANIKA-

FISIKA

14.1A PENDAHULUAN

Pada semua proses pemisahan dianggap selama ini didasari oleh perbedaan fisika-kimia

pada molekul itu sendiri dan pada transfer massa dari molekul. Pada chapter ini proses separasi

dianggap dimana pemisahan tidak dilakukan pada skala molekul juga buka karena perbedaan

variasi molekul. Pemisahan akan di lakukan menggunakan mechanical-physical force dan bukan

dengan molecular atau chemical force dan diffusi. Mechanical-physical force akan bertindak atas

partikel, liquid, atau campuran dari partikel dan liquid itu sendiri.

Mechanical-physical forces menggunakan gravitasi dan centrifugasi,mekanika aktual,dan

kekuatan kinetik dari aliran.Partikel dan/ aliran fluida akan terpisah karan efek pembeda yang

dihasilkan oleh force (kekuatan) tersebut.

14.2B Tipe Alat Filtrasi

1. Klasifikasi Filter

Filter diklasifikasikan berdasarkan berbagai cara, salah satunya adalah produk apa yang

diinginkan, apakah produk tersebut berupa cake, filtrat, atau outlet liquid. Selain itu, filter dapat

diklasifikasikan berdasarkan siklus operasinya. Filter dapat dioperasikan secara batch, dimana

cake dihilangkan ketika proses selesai, atau kontinyu, dimana cake dihilangkan secara kontinyu.

Selain itu, filter dapat pula diklasifikasikan berdasarkan tipe gravitasi, dimana liquid mengalir

akibat hydrostatic head, atau tekanan, atau vakum untuk membantu menambah flow rate.

Metode penting dari klasifikasi dipengaruhi oleh susunan mekanis dari media filter. Filter cloth

dapat disusun secara seri sebagai plate tipis di dalam suatu enclosure, sebagai lembaran tunggal

yang tenggelam di dalam slurry, atau di atas roll tipe rotasi di dalam slurry.

Page 2: Resume Otk

2. Bed Filter

Bed filter adalah tipe filter yang paling sederhana. Berikut adalah gambar bed filter:

Tipe ini sangat bermanfaat ketika jumlah solid yang akan dihilangkan sangat sedikit daripada

jumlah air yang sangat banyak. Filter ini dapat digunakan untuk memurnikan air. Lapisan

terbawah disusun dari pecahan kuarsa dari pasir di atas plate berlubang atau slotted plate. Di atas

pasir terdapat pasir sedang, yang berfungsi sebagai medium filter. Air dialirkan dari atas ke

dalam baffle dimana menyebarkan air yang keluar. Liquid yang murni mengalir di bagian bawah.

Filtrasi berlanjut hingga partikel yang terpresipitasi atau terfilter terperangkap di dalam pasir

sehingga laju alir menurun. Kemudian aliran berhenti dan air dialirkan secara berlawanan

sehingga aliran air ke atas (backwashing). Backwashing ini mengakibatkan solid partikel

terperangkap keluar dari pasir. Alat ini digunakan untuk presipitan yang tidak terikat secara kuat

dengan pasir dan dapat secara mudah dihilangkan dengan backwashing. Open tank filter

digunakan untuk memfilter suplai air perkotaan.

3. Plete and frame filter presses. Salah satu tipe filter yang penting adalah plate-and-frame filter

press,yang mana dapat dilihat pada gambar 3a. Filter ini terdapat plate dan frame yang di rakit

bersama filter kain yang di jepit pada sisi-sisi dari plate-plate. Pada plate-plate terdapat saluran-

saluran yang dapat membersihkan cairan filtrat sehingga dapat mengalir turun sepanjang plate

tersebut. Feed slurry di pompa hingga tertekan dan mengalir menuju saluran frame terbuka

sehingga slurry memenuhi frame-frame. Filtrat menglir menuju filter kain dan partikel solid akan

membentuk cake pada sisi frame dari kain filter.

Proses filtrasi selesai sampai frame-frame terisi dengan solid. Pada gambar 3b. Semua

komponen di buang melalui outlet. Pada berbagai kasus,filter press akan memiliki debit terpisah

untuk sepanjang frame yang terbuka. Pengecekan dapat dilakukan dengan melihat jika filtrat

Page 3: Resume Otk

yang mengalir sudah bening/bersih. Jika satu saja yang mengalir keruh karena rusaknya filter

kain atau berbagai faktor lain,hal itu dapat menghentikan proses separasi. Ketika frame telah

terisi penuh,frame dan plate-plate separasi dan cake di hilangkan. Kemudian filter di rakit ulang

dan siklus di ulang untuk proses lagi.

Jika cake di cuci,cake yang menempel pada plate dan washing dilakukan,dapat dilihat

pada gambar 14.2-3b. Air pencuci (wash water) masuk dari inlet,yang mana akan melalui bagian

bawah filter kain pada setiap plate dari filter press. Air pencuci kemudian mengalir melalui filter

kain,melalui tempat masuknya cake ,melelui filter kain pada sisi lain dari frame, dan dan keluar

pada discharge channel (saluran pembuangan).

Page 4: Resume Otk

Plate-and-frame presses tidak luput dari kerugian dari proses batch yang digunakan.

Biaya dari tenaga kerja untuk membersihkan cake dan perakitan ulang di tambah biaya dari

tagihan tetap untuk waktu peluruhan dapat masukkan dalam biaya operasi. Beberapa tipe baru

dari teknik ini memiliki set duplikat dari frame yang di pasang pada rotating shaft. Setengah dari

frame yang digunakan akan bersih sehingga menghemat biaya peluruhan dan tenaga kerja.

Filter presses di gunakan pada proses batch akan tetapi tidak dapat di gunakan untuk

proses high throughput. Tipe ini mudah untuk di operasikan,serba guna dan fleksibel pada

operasionalnya,dan dapat digunakan pada tekanan tinggi.

4. Leaf Filters

Filter press pada filter ini dapat berguna untuk banyak hal, tetapi filter ini tidak memiliki

nilai ekonomis dan efisiensi dalam pencucian untuk penanganan sludge dan cake dalam jumlah

besar dengan jumlah wash water yang sedikit. Untuk pencucian ini dibutuhkan wash water

dalam jumlah yang sangat besar. Leaf filter pada gambar dibawah ini menunjukkan efisiensi

pencucian untuk volume slurry dalam jumlah besar. Setiap leaf adalah rangka berlubang yang

dilapisi dengan filter cloth.

Leaf pada filter ini tergantung secara paralel pada closed tank. Slurry masuk ke dalam

tangki dan dengan tekanan rendah terdorong ke filter cloth, dimana cake akan terkumpul pada

bagian luar dari leaf. Filtrat mengalir di dalam rangka berlubang. Wash liquid masuk sejalan

Page 5: Resume Otk

dengan slurry. Untuk menghilangkan cake dapat menggunakan udara yang ditiup atau dengan

pencucian sederhana.

5. Continuous Rotary Filters

Pada plate-dan-frame filter tidak dapat digunakan untuk kapasitas proses yang besar.

a. Continuous rotary vacuum-drum filter

Pada drum dikover dengan filtering medium yang sesuai. Rotary drum dan katup otomatis berada

pada bagian pusat untuk mengaktifkan fungsi pelepasan filtering, drying, washing dan cake pada

siklus. Filtrat akan meninggalkan filter pada bagian axle.

Katup otomatis pada bagian outlet memisahkan filtrat dan wash liquid. Selain itu, jika

dibutuhkan, koneksi kompresor udara sebelum pelepasan juga dapat digunakan untuk membantu

menghilangkan cake dengan knife scraper. Tekanan maksimum untuk vacuum filter adalah 1

atm. Tipe ini tidak sesuai untuk viscous liquid atau liquid. Jika drum tertutup, tekanan diatas

atmosfer dapat digunakan.

Secara modern, proses dengan kapasitas tinggi menggunakan continuous filter. Keuntungan yang

utama adalah karena filternya terjadi secara kontinyu dan otomatis, selain itu biaya pekerja yang

dibutuhkan juga rendah meskipun modal yang dibutuhkan cukup besar.

b. Continuous rotary disk filter

Filter ini terdiri dari disk vertikal konsentris yang berada di atas shaft rotasi horizontal. Prinsip

kerja filter sama dengan vacuum rotary drum filter. Setiap disk memiliki rongga dan dilapisi

dengan filter cloth dan sebagian dari disk terendam di dalam slurry. Cake dicuci, dikeringkan,

dan dibuang ketika disk berada di setengah bagian atas rotasinya. Pencucian memiliki efisiensi

yang lebih kecil daripada tipe rotating drum.

c. Continuous rotary horizontal filter

tipe ini adalah tipe filter vakum dengan permukaan filter berupa anular rotasi yang dibagi

menjadi sektor-sektor. Ketika filter horizontal berputar, maka alat ini akan menerima slurry.

Slurry tersebut dicuci, dikeringkan, dan dibuang. Efisiensi pencucian lebih baik daripada rotary

Page 6: Resume Otk

disk filter. Filter ini banyak digunakan pada proses ekstraksi bijih logam, pencucian pulp, dan

proses yang berkapasitas besar.

14.2.C. Media Filtrasi dan Filter Aids

1. Media Filter

Media filter yang digunakan pada kebanyakan industri haruslah mengadung

beberapa unsur yaitu dapat menghilangkan padatan dari slurry pada proses filtrasi

tersebut, pemasangan pori nya tidak boleh menyumbat sehingga tidak menyebabkan laju

filtrasi menjadi lambat, serta harus dapat melewatkan filter cake untuk dihilangkan secara

mudah.

Aplikasi penggunaan filter secara luas digunakan dalam bentuk beberapa kain

seperti metal cloth, nylon cloth, dacron cloth, dan sebagainya. Serat yang berbentuk tidak

teratur dari materi alami dalam pembuatan filter memiliki keefektifan yang lebih baik

untuk menghilangkan partikel dibanding serat yang rata ataupun serat logam.

2. Filter Aids

Beberapa peralatan filter aid digunakan untuk proses filtrasi diatomaceous atau

kieselguhr yang tersusun atas komponen silika. Selain itu juga digunakan untuk selulosa

kayu, asbestous, dan beberapa padatan berpori inert lainnya.

Penggunaan filter aids dapat digunakan sebagai precoat sebelum slurry dilakukan

filtrasi. Hal ini dilakukan untuk mencegah terbentuk padatan gelatin saat proses filtrasi.

Selain itu filter aids juga dapat ditambahkan dalam slurry sebelum proses filtrasi

berlangsung. Ini ditujukan untuk menambah porositas dari cake dan mengurangi

resistensi cake selama filtrasi.

Pengguaan filter cake umumnya terbatas hanya pada kasus dimana cake yang

terbentuk dibuang atau pada kasus dimana presipitat dapat dipisahkan secara kimia dari

filter aids.

14.2D Teori Dasar Filtrasi

Page 7: Resume Otk

1. Pressure drop fluida yang melewati adonan filter (filter cake)

Gambar 14.2-6 menjelaskan tentang fluida yang melewati adonan filter dan medium filter

saat waktu pasti t (s). pada waktu ini terbentuk ketebalan adonan L (m) dengan luas permukaan

filter sebesar A (m2) dan kecepatan linear filtrate sebesar v (m/s) yang bergantung pada luas

permukaan dari luas permukaan A.

Aliran filtrate melewati packed bed dideskribsikan yang setara dengan persamaan Hukum

Poiseulle, dengan asumsi aliran laminar terjadi dalam tempatnya filter. Persamaan 2.10-2 adalah

persamaan Poiseulle untuk aliran laminar dalam tube yang lurus yang mana dituliskan sebagai

berikut:

Dimana ∆p adalah pressure drop dalam satuan N/m2, v adalah tube terbuka dalam m/s, D

adalah diameter dalam m, L adalah panjang dalam m, µ adalah viskositas dalam Pa.s dang c

adalah 32,174 lbmft/lbr.s2.

Untuk aliran laminar dalam packed bed partikel, hubungan Carman-Kozeny sama dengan

persamaan 14.2-1 dan persamaan Blake-Kozeny 3.1-17 dan telah ditunjukkan untuk aplikasi

pada proses filtasi.

Page 8: Resume Otk

Dimana kt adalah konstanta untuk partikel acak dengan ukuran dan bentuk yang pasti, µ

adalah viskositas filtrate dala Pas, v adalah kecepatan linear dalam luas permukaan filter dalam

m/s, Ɛ adalah fraksi yang rejeksi atau porositas adonan, L adalah ketebalan adonan dalam m, So

adalah luas permukaan spesifik dari partikel dalam m2 dari luas partikel per m3 volume partikel

solid, dan ∆pc adalah pressure drop dalam adonan dalam N/m2. Kecepatan linear berdasarkan

pada luas permukaan kosong adalah:

Dimana A adalah luas filter dalam m2 dan V adalah volume total (m3) dari filtrate yang

terkumpulkan selama waktu t (s). ketebalan adonan L mungkin berhubungan dengan volume

filtrate V oleh neraca masa. Jika cS adalah kg solid/m3 filtrat, neraca massanya adalah:

Dimana ρp adalah densitas partikel padat dalam adonan dalam kg/m3 solid. Hubungan

akhir dari persamaan 14.2-4 adalah volume filtrate yang tertahan dalam adonan. Kondisi ini

biasanya diabaikan karena berukuran kecil.

Subtitusi persamaan 14.2-3 ke dalam 14.2-4 dan menggunakan persamaan 14.2-4 untuk

menghilangkan L, dengan persamaan yang hasilnya:

Dimana α adalah resistansi adonan spesifik dalam m/kg, didefinisikan sebagai

Untuk resistansi medium filter, bias dituliskan sebagai analogi dengan persamaan 14.2-5:

Page 9: Resume Otk

Dimana Rm adalah resistansi medium filter untuk aliran filtrate dama m-1 dan ∆pf adalah

pressure drop. Kemudian Rm diolah sebagai konstanta empiris, yang termasuk dalam resistansi

untuk mengalir dalam pipa yang tertuju dan dari filter dan resistansi medium filter.

Karena resistansi adonan dan luas medium filter dalam seri, persamaan 14.2-5 dan 14.2-7

bisa dikombinasi dan menjadi:

Dimana ∆p=∆pc+∆pf. kadang-kadang persamaan 14.2-8 dimodifikasi sebagai:

Dimana Vc adalah volume filtrate yang dibutuhkan untuk membuat adonan filter yang

dibuat dengan resistansi yang sama dengan Rm.

Volume filtrate V bias juga dihubungkan dengan W (kg) yang terakumulasi adonan

kering solid sebagai berikut:

Dimana cx adalah fraksi masa solid dalam slurry, m adalah rasio massa adonan basah

terhadap adonan kering, dan ρ adalah densitas filtrate dalam kg/m3.

2. resistansi adonan spesifik

Dari persamaan 14.2-6 dapat dilihat bahwa resistansi adonan yang spesifik adalah fungsi

dari fraksi yang terrejeksi Ɛ dan So. Yang juga fungsi tekanan, karena tekanan bisa berfek pada Ɛ.

Dengan mengonduksi percobaan tekanan konstan pada pressure drop yang berbeda-beda, variasi

dari α dan ∆p bisa dicari.

Alternatifnya, percobaan kompressi permeabilitas bisa dibentuk. Adonan filter saat

pressure drop yang rendah dan tekanan atm dibuat oleh filtrasi dengan gaya gravitasi dalam suatu

silinder dengan bagian bawah yang porous. Piston dimuat pada bagian atas dan adonan

Page 10: Resume Otk

dikompressi untuk memberikan tekanan. Kemudian filtrate diumpankan ke adonan dan α

ditentukan oleh persamaan diferensial yang terbentuk dari persamaan 14.2-9. Diulangi juga

untuk tekanan kompressi yang lain (GI).

Jika α dibebaskan dari -∆p, lumpur menjadi incompressibel. Biasanya α meningkat

dengan -∆p, karena adonan sewaktu-waktu bersifat compressibel. Persamaan empiris sering

digunakan adalah:

Dimana αo dan s adalah konstanta empiris. Konstanta kompressibel s adalah nol untuk

adonan atau lumpur yang bersifat incompressibel. Konstanta s biasanya jatuh pada nilai 0,1

sampai 0,8. Kadang-kadang digunakan sebagai berikut:

Dimana α’o, β dan s’ adalah konstanta empiris. Data experiment untuk variasi lumpur

diberikan oleh Grace (GI).

Data diperoleh dari percobaan filtrasi yang tidak sering mempunyai kadar yang tinggi

dari proses reproduksi. Keadaan agglomerasi dari partikel dalam lumpur yang bisa divariasi dan

mempunyai efek pada resistansi adonan spesifik.

14.2E Persamaan Filtrasi dalam Kondisi Tekanan Konstan

1. Persamaan dasar dalam proses batch . yang sering digunakan dalam proses filtrasi dengan

kondisi tekanan konstan adalah

(1)

Dimana Kp dalam satuan s/m6(s/ft6) dan B dalam satuan s/m3(s/ft3)

(2)

Page 11: Resume Otk

(3)

Kp dan B dalam rumus satuan SI unit.

Untuk tekanan yang konstan , α konstan dan incompressile cake , V dan t adalah salah satu

variabel di persamaan

Sehinga didapatkan persamaan t dalam detik

(4)

Persamaan tersebut kemudian dibagi dengan V maka didapatkan,

Page 12: Resume Otk

(5)

Dimana V adalah total volume dari filtrat dalam satuan m3 (ft3)

Untuk mengevaluasi persamaan (4) diperlukan juga untuk mengetahui α dan Rm. Ini

dapat di selesaikan menggunakan persamaan (5) . data dari V di coba beberapa kali sehingga

didapatkan nilai t . kemudian data eksperimen di plot dengan hubungan t/V versus V sehingga

didapatkan figure 14.2.-7 . dari grafik tersebut kemudian didapatkan nilai dari α dan Rm.

2. Equations of washing of filter cakes and total cycle time

Untuk filtrasi menggunakan leaf filter, filtrasi tekanan konstan menggunakan

tekanan yang sama pada pencucian, maka laju filtering akhir dapat ditulis:

Untuk plate and frame filter presses, dapat dituliskan:

3. Persamaan untuk filtrasi kontinu

Dalam filtrasi kontinu, seperti rotary drum vacuum, umpan filtrat, dan cake

dipindahkan pada kondisi steady, laju kontinu. Pembentukan cake melibatkan perubahan

kondisi yang berkelanjutan. Dalam filtrasi kontinu, hambatan media filter diabaikan

dibandingkan hambatan cake sehingga integrasi persamaan 13 dengan B=0 menjadi:

pers. 21

Page 13: Resume Otk

pers. 22

Dimana t merupakan waktu yang dibutuhkan untuk pembentukan cake. Dalam rotary drum

filter, waktu filter t lebih kecil dari waktu siklus total tc dengan:

pers. 23

Dimana f merupakan fraksi dari siklus yang digunakan untuk pembentukan cake. Dengan

substitusi persamaan sebelumnya, didapatkan laju filtrasi sebagai berikut:

pers. 24

Ketika waktu siklus pendek digunakan di filtrasi kontinu dan/atau hambatan media filter

sangat besar dan persamaan 13 menjadi:

pers. 25

Kemudian persamaan 25 menjadi:

pers. 26

14.2F Persamaan Filtrasi untuk Filtrasi dengan Kecepatan Konstan

Dalam beberapa kasus filtrasi dilakukan dibawah konsidi kecepatan kontan dibandingkan dengan

tekanan konstan. Ini terjadi jika sulurry diumpankan ke filter dengan positive displacement

pump. Persamaan (14.2-8) dapat diubah untuk mendapatkan kecepatan kostan (dV/dt)m3/s.

(14.2-27)

Page 14: Resume Otk

dimana

Kv dalam N/m5 (lbf/ft5) dan C dalam N/m2 (lbf/ft2).

Asumsi bahwa cake incompressible, Kv dan C dengan karakteristik slurry, cake, laju alir

filtrate konstan. Oleh sebab itu, plot tekanan, - Δp, banding total volume filtrate yang diperoleh,

V, memberikan garis lurus untuk tekanan konstan dV/dt. Slope garis tersebut adalah KV dan

intersepnya adalah C. Tekanan meningkat dengan ketebalan cake yang meningkat dan volume

filtrate yang terkumpul meningkat.

Persamaan juga dapat diubah dalam konsidi – Δp dan waktu t sebagai variable. Dalam

berbagai waktu selama filtrasi, total volume V berhubungan terhadap laju dan total waktu t

sebagai berikut:

Substitusi persamaan (14.2-30) ke persamaan (14.2-27)

Untuk kasus dimana hambatan cake α yang tidak konstan namun bervariasi seperti

persamaan (14.2-11), ini dapat disubstitusi untuk α pada persamaan (14.2-27) untuk menentukan

persamaan akhir.

(14.2-28)

(14.2-29)

(14.2-30)

(14.2-31)

Page 15: Resume Otk
Page 16: Resume Otk

!4.4 PROSES PEMISAHAN SENTRIFUGAL

14.4A Introduction

Pada proses pemisahan sentrifugal akan dibahas mengenai settling atau pemisahan

partikel dari fluidanya menggunakan gaya sentrifugal yang dikenakan pada partikel. Penggunaan

centrifuge akan meningkatkan gaya pada partikel menjadi berlipat ganda. Oleh karena itu,

partikel-partikel tidak akan mengendap dengan mudah karena gravitasi untuk memisahkan dari

fluidanya. Laju pengendapan yang tinggi berarti laju pengendapan dengan parikel yang lebih

kecil dibandingkan gaya gravitasinya. Gaya sentrifugal yang tinggi tidak mengubah kecepatan

relative pengendapan dari parikel-partikel kecil, tetapi gaya tersebut mengatasi efek pergerakan

Brown dan arus konveksi bebas.

Terkadang pemisahan secara gravitasi mungkin terlalu lambat karena selisih densitas dari

partikel dan fluida yang sangat dekat, atau dikarenakan gabungan gaya yang bekerja pada

komponen seperti pada emulsi. Pemisahan atau settling sentrifugal digunakan pada banyak

industri makanan, seperti pada tempat pembuatan bir, pengolahan minyak sayur, pengolahan

konsentrat protein ikan, dan sebagainya. Pemisahan secara sentrifugal juga dapat digunakan

dalam pengeringan kristal dan untuk memisahkan emulsi ke dalam konstituen cairan atau padat-

cair.

Centrifuge juga digunakan dalam filtrasi sentrifugal dimana gaya sentrifugal digunakan

sebagai pengganti beda tekan yang menyebabkan aliran slurry di filter dimana padatan cake

terbentuk di permukaan (screen). Padatan granular cake dari slurry mengendap disimpan pada

media filter dalam rotating basket, dicuci, dan kemudian diputar “kering”. Centrifuge dan filter

biasa kompetitif dalam kebanyakan proses pemisahan padat-cair.

14.4B Pengembangan Gaya dalam Pemisahan Sentrifugal

Pemisah sentrifugal memanfaatkan prinsip umum bahwa sebuah benda berputar terhadap

suatu sumbu atau titik pusat pada jarak radial konstan dari titik tersebut bekerja dengan gaya.

Objek yang berputar di sekitar sumbu terus berubah arah dan menyebabkan percepatan meskipun

kecepatan rotasi konstan. Gaya sentripetal ini bertindak dalam arah menuju pusat rotasi.

Jika objek yang diputar adalah wadah silinder, cairan dan padatan mengerahkan gaya

yang sama dan berlawanan, yang disebut gaya sentrifugal, ke luar dinding wadah. Ini adalah

Page 17: Resume Otk

kekuatan yang menyebabkan sedimentasi atau pengendapan partikel melalui lapisan cair atau

filtrasi cairan melewati bed filter cake yang terdapat dalam rotating chamber.

Pada gambar 14.4-1a sebuah cylindrical bowl terlihat berputar dengan umpan slurry dari

partikel-partikel padatan dan cairannya akan terkumpul di pusat. Umpan masuk dan segera

dibuang keluar ke dinding wadah, seperti yang terlihat pada gambar 14.4-1b. Cairan dan padatan

ditindaklanjuti menggunakan gaya vertical gravitasi dan gaya horizontal sentrifugal. Gaya

sentrifugal biasanya besar sehingga gaya gravitasi mungkin diabaikan. Lapisan cairan

diasumsikan setimbang dengan permukaan hampir vertikal. Partikel mengendap secara

horizontal dan menekan dinding vertikal bowl. Sedangkan pada gambar 14.4-1c, dua cairan yang

memiliki densitas berbeda dipisahkan menggunakan centrifuge. Cairan yang lebih padat akan

menempati pinggiran luar karena gaya sentrifugal lebih besar pada cairan yang lebih padat.

Pada gerakan melingkar, percepatan dari gaya sentrifugal adalah sebagai berikut :

dimana, ac merupakan percepatan dari gaya sentrifugal dalam m/s2 (ft/s2), r adalah jarak radial

dari pusat rotasi dalam m (ft), dan Ѡ adalah kecepatan angular dalam rad/s.

Gaya sentrifugal, Fc dalam N (lbf) dikenakan pada partikel yang dirumuskan sebagai

Page 18: Resume Otk

dimana gc = 32.174 lbm.ft/lbf . s2.

Gaya ω = v/r, dimana v adalah velocity tangensial dari partikel dalam m/s (ft/s),

Kecepatan rotasi sebagai N rev/min sebagai berikut

Substitusi persamaan 14.4-4 ke persamaan 14.4-2 sehingga dihasilkan sebagai berikut

Dengan persamaan 14.3-2, gaya gravitasi pada partikel adalah

Dimana g adalag percepatan gravitasi yang nilainya 9.80665 m/s2. Gaya sentrifugal dapat

dirumuskan dengan kombinasi persamaan 14.3-2, 14.4-2 dan 14.4-3 menjadi

Sehingga, gaya yang berkembang dalam centrifuge adalah rω2/g atau v2/rg yang nilainya sebesar

dengan gaya gravitasi.

Page 19: Resume Otk

14.4C Persamaan laju settling dalam Centrifuge

1. Persamaan umum untuk settling. Sebuah centrifuge digunakan untuk sedimentasi

(penghilangan dari partikel dengan settling), partikel dihilangkan dari liquid dalam bowl, jika

waktu tinggal dari partikel dalam bowl cukup maka partikel dapat meraih dinding. Untuk partikel

yang berpindah secara radial pada kecepatan pengendapan terminal, diameter partikel paling

kecil yang dihilangkan dapat dihitung.

Pada gambar 14.4-2 merupakan skematik tubular-bowl centrifuge. Umpan masuk pada

bagian bawah dan diasumsikan semua liquid bergerak ke atas pada kecepatan seragam, dan

membawa partikel padatan. Partikel diasumsikan untuk berpindah secara radial pada kecepatan

pengendapan terminal vt. Trayek atau lintasan partikel ditunjukkan pada gambar 14.4-2. Pada

gambar tersebut panjang bowl adalah b m.

Pada akhir dari waktu tinggal partikel dalam fluida, partikel berada pada jarak rB m dari

axis rotasi. Jika rB<r2, partikel meninggalkan bowl dengan fluida. Jika rB=r2, deposit pada dinding

bowl dan secara efektif dihilangkan dari liquid.

Untuk settling dalam range hukum Stokes, kecepatan pengendapan terminal pada jari-

jari, r, didapatkan dengan substitusi persamaan 14.4-1 untuk percepatan gravitasi, g, ke

persamaan 14.3-9.

Page 20: Resume Otk

Dimana Vt merupakan kecepatan settling pada arah radial dalam m/s.

Dp merupakan diameter partikel dalam m dan ρp merupakan densitas liquid

dalam kg/m3 dan μ merupakan viskositas liquid dalam Pa.s. Jika hindered

settling terjadi sisi kanan dari persamaan 14,4.8 akan dikalikan dengan

factor ε2ψp yang diberikan pada persamaan 14.3.16

Karena Vt =dr/dt maka persamaan 14.4-8 menjadi

Integrasi antara limit r=r1 pada t=0 dan r=r2 pada t=tT

Waktu tinggal tT sama dengan volume liquid V m3 dalam mangkok

dengan laju alir volumetric dari feed q dalam m2/s. volume V= пb

(r22 – r1

2 ) yang disubstitusi kedalam persamaa 14.4.10 untuk

menyelesaikan q

Partikel memiliki diameter lebih kecil seperti yang dikalkulasi dari

pers. (14.4.11) yang tidaka akan menjangkau dinding dari wadah dan

akan terikut keluar dengan keluaran liquid. Partikel yang besar akan

menjangkau dinding dan dihilangkan dari liquid.

Titik cut atau diameter kristis dari DPc dapat didefinisikan sebagai

diameter partikel yang menjangkau seyengah dari jarak antara r1 dan

r2 . partikel berpindah dari jarak setengah layer liquid atau (r1 – r2 )/2

pada t=0 dan r=r2 selama waktu partikel ini berada dalam sentrifugal.

Intergrasi antarar= (r1 – r2 )/2 pada t=0 dan r=r2 pada t=tT. kemudian

dihasilkanlaju alir qc . partikel yang lebih besar daripada DPC akan

Page 21: Resume Otk

secara predominan mengenai dinding dan partikel yang lebih kecil

akan tetap berada di liquid.

2. Persoalan khusus untuk settling. Untuk persoalan tertentu dimana ketebalan lapisan cairan

berbanding terhadap jari-jari lingkaran. Persamaan (14.4-8) dapat digunakan untuk jari-jari

konstan r=r2 dan Dp = Dpc sebagai berikut:

Waktu settling tT untuk Dpc kritis, sebagai berikut.

Substitusi persamaan (14.4-13) ke (14.4-14) dan disusun ulang, menjadi,

Voliume V dapat dinyatakan sebagai berikut.

Kombinasi persamaan (14.4-15) dan (14.4-16),

Page 22: Resume Otk

Analisis diatas telah disederhanakan. Pola aliran fluida sebenarnya lebih rumit.

Persamaan-persamaan tersebut dapat digunakan untuk sistem cair-cair dimana tetesan cair

berpindah tempat berdasarkan persamaan dan bergabung pada fase cair yang lain.

3. Nilai sigma dan scale-up sentrifugasi

Kegunaan karakteristik fisika tubular-bowl centrifuge dapat diturunkan dengan mengalikan dan

membagi persamaan (14.4-12) dengan 2g dan kemudian mensubstitusikan persamaan (14.3-9)

digunakan Dpc ke persamaan (14.4-12) untuk memperoleh

Dimana Vt adalah kecepatan terminal settiling partikel pada kondisi gravitasi dan

Dimana Σ adalah karakteristik fisik sentrifugasi. Menggunakan persamaan (14.4-17) untuk

persoalan khusus pada settling untuk lapisan tipis,

Nilai Σ adalah luas yang sebenarnya dalam m2 pada settler gravitasi yang memiliki

karateristik sedimentasi yang sama dengan sentrifugasi pada laju umpan yang sama. Untuk

scale-up dari uji laboratorium q1 dan Σ1 menjadi q2 (untuk vt1 = vt2),

Page 23: Resume Otk

Prosedur scale-up ini digunakan tergantung jenis dan geometri sentrifugasi dan jika gaya

sentrifugal dalam faktor 2 dari satu sama lain. Jika digunakan konfigurasi yang berbeda, faktor

efisiensi E dapat digunakan dimana q1/ Σ1E1 = q2/ Σ2E2. Efisiensi ini ditentukan dengan percobaan

dan nilai untuk tipe sentrifugasi yang bebeda (F1, P1).

4. Pemisahan cair pada sentrifugasi

Pemisahan cair-cair pada cairan yang tidak bercampur tapi terdipersi sebagai emulsi pada

operasi umum di industri makanan dan industri lainnya. Contohnya adalah industri pembuatan

susu, yangmana emulsi susu dipisahkan menjadi susu skim dan krim. Pemisahan cair-cair ini,

tidak hanya mengendalikan volumetrik V dalam sentrifugasi tapi juga menentukan bagaimana

pemisahan yang sebenarnya terjadi.

Pada figure 14-4-3 tubular-bowl centrifuge menunjukkan sentrifugasi dipisahkan menjadi

dua fase cair, cairan yang berat dengan densitas ρH kg/m3 dan yang kedua cairan ringan dengan

densitas ρL. Jaraknya adalah sebagai berikut: r1 adalah jari-jari permukaan pada lapisan cairan

ringan, r2 adalah jari-jari permukaan cair-cair, dan r4 adalah jari-jari pemukaan pada hilir cairan

berat.

Gaya pada fluida pada jarak r adalah, dengan persamaan (14.4-2),

Perbedaan gaya melewati ketebalan dr

Tapi,

Page 24: Resume Otk

Dimana b adalah ketinggian bowl dalam m dan dr adalah volume fluida. Substitusi

persmaan (14.4-23) dengan (14.4-22) dan dibagi kedua sisi dengan luas A = ,

Dimana P adalah tekanan dalam N/m2 (lbf/ft2).

Integrasikan persamaan (14.4-24) antara r1 dan r2,

Terapkan persamaan (14.4-25) ke figure 14.4-3 dan menyamakan tekanan yang diberikan oleh

fase ringan dengan ketebalan r2 – r1 menjadi tekanan yang diberikan oleh fase berat dengan

ketebalan r2 – r4 pada permukaan cair-cair pada r2.

Menyelesaikan r22, posisi inteface,

Interface pada r2 harus ditempatkan pada jari-jaro yang lebih kecil daripada r3 pada figure 14.4-3.

Page 25: Resume Otk

13.4D Peralatan Sentrifugasi untuk Sedimentasi

1. Tubular centrifuge

Skema bagi tubular bowl centrifuge ditunjukkan pada Fig. Bowl pada tubular centrifuge

ukurannya tinggi dan memiliki diameter yang kecil, 100 hingga 150 mm. Centrifuges

tersebut, dikenal sebagai supercentrifuges, mengembangkan gaya sekitar 13000 kali gaya

gravitasi. Beberapa sentrifugasi yang kecil memiliki diameter 75 mm dan kecepatan yang

sangat tinggi sekitar 60000 rev/min yang dikenal sebagai ultracentrifuges. Supercentrifuges

ini seringkali digunakan untuk memisahkan emulsi cair-cair.

2. Disk bowl centrifuge

Page 26: Resume Otk

Sentrifugasi disk-bowl sering digunakan pada separasi fase liquid-liquid. Umpan yang masuk

pada kompartemen yang terletak dibawah dan akan mengalir keatas melalui ruang berlubang

vertical, mengisi ruang diantara disks. Bagian berlubang akan membagi kumpulan vertical

menuju bagian dalam, dimana sebagian besar cairan ringan ada, dan pada bagian luar, dimana

terdapat sebagian besar cairan yang berat. Garis pembagian ini serupa dengan antarmuka pada

sentrifugal tubular.

Cairan yang berat akan mengalir dibawah disk menuju batas luar bowl. Cairan ringan akan

mengalir disisibagian atas disk dan menuju bagian dalam keluaran. \sejumlah kecil partikel

solid berat dibuang ke dinding outlet. Pembersihan secara periodic diperlukan untuk

menghilangkan deposit. |Disk bowl dari sentrifugal digunakan dalam pemisahan starch-gluten,

konsentrasi dari getah karet, dan pemisahan cream.

14.4E Centrifugal Filtration

Teori untuk sentrifugal filtras

Filtrasi pada sentrifugal filter tidak berjalan dengan baik. Filtrasi dalam sentrifugal lebih

rumit dibandingkan filtrasi biasa yang menggunakan perbedaan tekanan, semenjak luas

penampang untuk aliran dan gaya dorong yang meningkat dengan jarak dari aksis dan resistensi

cake yang spesifik bisa berubah . Sentrifugal untuk filtering secara umum dipilih dengan

meningkatkan dari percobaan pada sentrifugal skala laboratorium menggunakan slurry untuk

diproses.

Page 27: Resume Otk

Teori tekanan-konstan filtrasi didiskusikan pada bab 14.2e dapat dimodifikasikan dan digunakan

dimana percepaan sentrifugal disebabkan aliran terjadi perbedaan tekanan.Persamaan akan

diturunkan untuk kasus dimana cake yang sudah terendapkan . Radius dalam pada keranjang

adalah r₂,r₁ adalah radius dalam permukaaan cake , dan r₁ adalah radius dalam permukaan

liquid . Kita akan mengasumsikan bahwa cake incompressible sehingga rata-rata nilai dapat

digunakan untuk cake. Alirannya laminar. Jika kita mengasumsikan bahwa ada cake yang tipis

dalam diameter besar sentrifugal, untuk aliran pada area A dapat diperkirakan konstan.

Kecepatan pada liquid adalah

=qA

=dVA dt

dimana q adalah aliran filtrasi dalam m³/s dan adalah kecepatan.substitusi kan persamaan tadi

ke persamaan menjadi

−p=q¿ )

dimana m=cV,masa cake dalam kg terendap pada filter untuk head hidrolik dz m, Pressure drop

adalah : dp=ρ g d z

pada sentrifugal field,, g dapat digantikan dengan r w² dan dz oleh dr sehingga menjadi

dp=ρrw² dr

Page 28: Resume Otk

14.5. FLOTASI

Flotasi adalah suatu proses pemisahan suatu zat dari zat lainnya pada suatu cairan /

larutan berdasarkan perbedaan sifat permukaan dari zat yang akan dipisahkan, dimana zat yang

bersifat hidrofilik tetap berada fasa air, sedangkan zat yang bersifat hidrofobik akan terikat

pada gelembung udara dan akan terbawa ke permukaan larutan dan membentuk buih, sehingga

dapat dipisahkan dari cairan tersebut. 

Secara sederhana, flotasi merupakan proses pemisahan satu mineral atau lebih, dengan mineral

lainnya melalui cara pengapungan.

Terdapat tiga fase pada proses flotasi yang dilakukan dalam media air, yaitu: 

Fase padat 

Fase cair 

Fase udara

Flotability (daya apung) adalah kemampuan butiran mineral untuk dapat mengapung yang

ditentukan oleh tendensi (hasrat) dari butiran mineral untuk melekat (mengikat diri) pada

gelembung udara yang relatif besar dan kemudian mengapung kepermukaan cairan pulp.

Daya apung suatu butiran mineral tergantung pada sifat permukaan butiran mineral tersebut

dapat dikontrol dan diubah-ubah dalam proses flotasi dengan mempergunakan reagen kimia yang

berbeda-beda.

Pada proes ini, mineral dapat dibedakan menjadi beberapa bagian

Mineral yang tidak senang Air (Hidrophobik) adalah mineral yang mudah melekat pada

gelembung udara pada cairan. Mineral ini umumnya mineral yang dikehendaki.

Mineral Senang Air (Hidrophilik) adalah mineral yang tidak mudah melekat pada

gelembung udara pada cairan.

Dengan mendasarkan sifat mineral tersebut maka mineral yang satu dengan lainnya dapat

dipisahkan dengan gelembung udara.

Page 29: Resume Otk

Prinsip Flotasi :

Penempelan partikel (mineral) pada gelembung udara 

Gelembung mineral harus stabil. 

Ada sifat Float dan Sink

Syarat Flotasi :

1. Ada gelembung udara dalam cairan (0.5” – 1”)

2. Ukuran partikel harus halus dan disesuaikan dengan butiran mineral (48 – 50 #)

3. Derajat liberasi yang tinggi

4. Feed dalam bentuk pulp (lumpur) 

5. Ada sudut kontak yang baik, yaitu sekitar 60° – 90°. Ini berarti usaha adhesinya besar,

sehingga udara dapat menempel pada permukaan mineral, yang mengakibatkan mineral

dapat mengapung. Sudut kontak merupakan sudut yan dibentuk antara gelembung udara

dengan mineral pada suatu titik singgung. Sudut kontak mempengaruhi daya kontak

antara biji dengan gelembung udara. Untuk melepaskan gelembung dan mineral

dibutuhkan usaha adhesi.

6. pH Kritis. pH kritis ini merupakan pH larutan yang mempengaruhi konsentrasi kolektor

yang digunakan dalam pengapungan mineral.

Faktor- faktor yang mempengaruhi flotasi :

Ukuran partikel.

Ukuran partikel yang besar membuat partikel tersebut cenderung untuk mengendap,

sehingga susah untuk terflotasi.

pH larutan.

Partikel cenderung mengendap pada pH yang tinggi. 

Surfaktan. 

Fungsi surfaktan adalah kolektor yang merupakan reagen yang memiliki gugus polar dan

gugus non polar sekaligus. Kolektor akan mengubah sifat partikel dari hidrofil menjadi

hidrofob.

Page 30: Resume Otk

Bahan kimia lainnya, misalnya koagulan.

Penambahan koagulan dapat mengakibatkan ukuran partikel menjadi lebih besar.

Laju udara

Laju udara berfungsi sebagai pengikat partikel yang memiliki sifat permukaan

hidrofobik, persen padatan. Untuk flotasi pada partikel kasar, dapat dilakukan dengan

persen padatan yang besar demikian juga sebaliknya. Besar laju pengumpanan,

berpengaruh terhadap kapasitas dan waktu tinggal. Laju udara pembilasan, berfungsi

untuk mengalirkan konsentrrat ke dalam lounder. 

Ketebalan lapisan buih

Ukuran gelembung udara 

Dengan adanya perbedaan sifat permukaan (Hidrophobik dan Hidrophilik) tadi, perlu ada suatu

reagen kimia untuk merubah permukaan mineral. Reagen kimia yang digunakan pada proses

flotasi terdiri dari :

Kolektor (Collector): suatu bahan kimia organik yang gunanya untuk merubah sifat

permukaan mineral yang tadinya senang air menjadi tidak suka air. Hal ini, bila mineral

yang senang air itu, mineral yang diinginkan. Contoh :solar, sabun.

Modifier : bahan kimia an-organik yang fungsinya mempengaruhi kerja kolektor.

Frother (Pembusa) : suatu zat untuk menstabilkan gelembung-gelembung udara dalam

air, contohnya : deterjen.

Syarat–syarat alat flotasi :

Mempunyai penerima pulp dan pengeluaran konsentrat.

Dapat menghasilkan atau ada aliran udara yang dapat dimasukan ke dalam sistem

tersebut.

Feed harus dalam bentuk pulp.

Sel flotasi berfungsi untuk menerima pulp dan dilakukan proses flotasi. Berdasarkan cara

pemasukan udaranya, jenis sel dibedakan menjadi: 

Page 31: Resume Otk

1. Agitation Cell.

Alat ini jarang digunakan, sebab adanya perkembangan dengan diketemukannya sub

aeration cell. Udara masuk ke dalam cell flotasi, karena putaran pengaduk.

2. Sub Aeration Cell:

Udara masuk akibat hisapan putaran pengaduk. Alat ini paling praktis, sehingga banyak

digunakan.

3. Pneumatic Cell

Alat ini jarang sekali digunakan, udara langsung dihembuskan ke dalam cell

4. Vacum and Pressure Cell

Udara bisa masuk karena tangki dibuat vakum oleh pompa penghisap dan udara

dimasukkan oleh pompa injeksi.

5. Cascade Cell

Udara masuk karena jatuhnya mineral

Syarat cell :

1. Pulp tidak mengandap (dilengkapi dengan alat agitasi)

2. Ada pengatur tinggi pulp

3. Ada daerah yang relatif tenang sehingga butiran yang menempel gelembung udara mudah

naik ke permukaan

4. Konstruksi dibuat sedemikian rupa, sehingga tidak terjadi short circuit

5. Mempunyai resirkulasi dan pengeluaran middling.

6. Harus mempunyai penerimaan pulp dan pengeluaran busa yang menumpuk

7. Mempunyai permukaan bebas untuk gelembung-gelembng yang sudah mengandung

mineral, sehingga tidak mempengaruhi agitasi

8. Harus dilengkapi dengan pengeluaran froth.

Langkah-langkah Flotasi

Page 32: Resume Otk

1. Liberasi, analisis pendahuluan

Agar mineral dapat terliberasi, maka perlu dilakukan crushing atau grinding yang

diteruskan dengan pengayakan atau classifying. Ini dimaksudkan agar ukuran butir

mineral dapat seragam, sehingga proses akan lebih sukses atau berhasil. Analisis

pendahuluan dilakukan dengan menggunakan mikroskop, sehingga dapat dilihat derajat

liberasinya dan kadar dari mineral tersebut. Diupayakan dalam tahap ini juga dilakukan

desliming, sebab slime akan mengganggu proses flotasi.

2. Conditioning

Conditioning adalah membuat suatu pulp agar nantinya pulp tersebut dapat langsung

dilakukan flotasi. Preparasi ini sebaiknya disesuaikan dengan liberasi dalam proses basah,

maka conditioning juga harus dilakukan pada proses basah. Pada tahap pengkondisian,

reagent yang diberikan adalah modifier, collector dan terakhir frother.

3. Proses flotasi

Proses ini ditandai dengan masuknya gelembung udara ke dalam pulp.