Post on 22-Jan-2016
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam suatu industri kimia, seringkali kita menjumpai proses pemisahan. Untuk
menunjang proses proses tersebut biasanya digunakan berbagai metode pemisahan.
Salah satu pemisahan tersebut dilakukan dengan proses sedimentasi. Pemisahan dapat
berlangsung karena adanya gaya gravitasi yang terjadi pada zat padatan. Sedimentasi
merupakan salah satu cara pemisahan padatan yang tersuspensi dalam suatu cairan
dimana akan terjadi peristiwa turunnya partikel-partikel padat yang semula tersebar atau
tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya berat atau gaya grafitasi.
Banyak metode pemisahan mekanik yang didasarkan pada gerakan partikel zat padat
atau tetesan zat cair melalui fluida. Dalam beberapa situasi, tujuan dari pada proses
tersebut adalah untuk mengeluarkan partikel dari arus fluida dan untuk mengeluarkan
pengotor yang terdapat didalam fluida atau untuk membuang zat padat dari air limbah.
Operasi sedimentasi biasanya banyak digunakan pada proses pemisahankimia,
metalurgi, maupun pada proses pengurangan polusi dari air limbah industri.
Cara sederhana dari sedimentasi adalah dengan membiarakan padatan ,engendap dengan
sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapatdipidahkan
dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah
melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya
terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap. Kecepatan sedimentasi
partikel-pertikel yang terdapat di dalam air bergantung pada berat jenis,bentuk, dan
ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak sedimentasi. Pada
umumnya proses sedimentasi dilakukan setelah proses koagulasi dan flokulasi.
Proses sedimentasi dalam industri kimiabanyak digunakan, misalnya pada proses
pembuatan kertas dimana slurry berupa bubur selulose yang akan dipisahkan menjadi
pulp dan air, proses penjernihan air (water treatment) dan proses pemisahan buangan
nira yang akan diolah menjadi gula. Proses sedimentasi dalam dunia industri dilakukan
secara sinambung dengan menggunakan alat yang dikenal dengan nama thickener,
sedangkan untukskala laboratorium dilakukan secara batch.
Oleh karena itu, perlu adanya pengetahuan lebih mengenai sedimentasi agar praktikan
dapat memahami dan mengaplikasikannya dalam dunia keteknikan dan industri kimia.
Sehingga kedepannya praktikan diharapkan mampu mengaplikasikan proses
sedimentasi ini untuk keberlengsungan dari proses-proses industri kimia tersebut, baik
dalam penelitian maupun dunia kerja.
1.2 Tujuan
a. Mengetahui pengaruh perbedaan massa pada proses sedimentasi
b. Mengetahui hubungan konsentrasi larutan terhadap kecepatan sedimentasi
c. Mengetahui hubungan antara konsentrasi zat dan waktu yang diperlukan untuk
sedimentasi
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Sedimentasi adalah suatu proses pemisahan suspensi secara mekanik menjadi dua
bagian, yaitu slurry dan supernatant. Slurry adalah bagian dengan konsentrasi partikel
terbesar, dan supernatant adalah bagian cairan yang bening. Proses ini memanfaatkan
gaya gravitasi, yaitu dengan mendiamkan suspensi hingga terbentuk endapan yang
terpisah dari beningan (Foust, 1980).
Prinsip sedimentasi (pengendapan) adalah memisahkan suatu padatan yang tersuspensi
dalam suatu cairan, dimana akan terjadi peristiwa turunya partikel – partikel padat yang
semula tersebar atau tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya grafitasi (Warren. L.
Mc cabe, dkk, 1993).
Kecepatan sedimentasi didefinisikan sebagai laju pengurangan atau penurunan
ketinggian daerah batas antara slurry (endapan) dan supernatant (beningan) pada suhu
seragam untuk mencegah pergeseran fluida karena konveksi (Brown, 1950).
Suatu partikel yang mengendap dalam air karena adanya gaya gravitasi akan mengalami
percepatan sampai gaya dari tahanan dapat mengimbangi gaya gravitasi, setelah terjadi
kesetimbangan partikel akan terus mengendap pada kecepatan kostan yang dikenal
sebagai kecepatan akhir atau kecepatan pengendapan bebas. Laju pengendapan lumpur
berbeda-beda satu sama lainnya, demikian pula tinggi relatif berbagai zona
pengendapanya. Untuk menentukan karakteristik pengendapanya secara teliti, setiap
lumpur itu harus diperiksa dengan melakukan eksperimen terhadap masing-masingnya
(Mc.Cabe and Smith, “Operasi Teknik Kimia”, Erlangga,1990).
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses sedimentasi antara lain:
a. Berat jenis air dan berat jenis partikel padatan
Berat jenis fluida lebih besar dari pada berat jenis partikel padatanya,
maka laju pengendapanya lamban. Begitu juga sebaliknya, semakin
besar berat jenis partikel maka laju pengendapannya cepat.
b. Viskositas air
Laju pengendapan sangat dipengaruhi oleh viskositas dimana
viskositas sangat berkaitan erat dengan suhu yang ada. Bila
temperatur tinggi maka viskositas menurun sehingga bentuk dan
ukuran partikel semakin kecil sehingga laju pengendapan cepat.
c. Aliran dalam bak pengendapan
Aliran dalam bak pengendapan akan mempengaruhi laju endapan.
Pada aliran laminer laju pengendapan cepat sedangkan pada aliran
turbulen laju pengendapan akan sangat terganggu maka akan sangat
lambat mengendap.
d. Bentuk dan ukuran partikel
Laju pengendapan partikel – partikel dalam air tergantung pada jenis
bentuk dan ukuran dari partikel tersebut dan viskositas cairan yang
digunakan. Adanya pengendapan zat uji kemungkinan besar
mempengaruhi laju pengendapan sehingga dapat ditentukan lajunya
dan mengetahui pangaruh zat uji tersebut. Dimana dilakukan
pengambilan sampel tiap selang waktu tertentu dan menimbang
berat endapan serta menghitung beberapa konsentrasi endapan yang
terjadi sehingga kita dapat membandingkan kecepatan laju
pengendapan dari tiap gerakan partikel pada fluida dalam proses.
Partikel yang mempunyai ukuran yang besar dan kasar akan sangat
mudah mengendap dari pada partikel halus, untuk padatan yang
halus diusahakan menggumpal menjadi partikel yang lebih besar agar
cepat mengendap
(Parikesit, F, Diktat Alat Industri Kimia).
Sedimentasi (pengendapan) merupakan salah satu cara pemisahan padatan yang
tersuspensi dalam suatu cairan dimana akan terjadi peristiwa turunya partikel – partikel
padat yang semula tersebar atau tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya berat atau
gaya grafitasi, tetapi selama proses sedimentasi ini berlangsung, terdapat tiga gaya yang
berpengaruh, antara lain:
a. Gaya Grafitasi
Gaya ini bisa dilihat pada saat terjadi endapan atau mulai turunya pertikel padatan
menuju kedasar tabung untuk membentuk endapan. Hal ini terjadi karena massa jenis
partikel padatan lebih besar dari massa jenis fluida (Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).
b. Gaya Apung
Gaya apung terjadi jika massa jenis partikel lebih kecil dari massa jenis fluida. Sehingga
partikel padatan berada pada permukaan cairan (Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).
c. Gaya Dorong
Gaya dorong terjadi pada saat larutan dipompakan ke dalam tabung klarifier. Larutan ini
akan terdorong pada ketinggian tertentu. Gaya dorong dapat juga kita lihat pada saat
mulai turunya partikel padatan karena adanya gaya Gravitsi, maka fluida akan
memberikan gaya yang besarnya sama dengan berat padatan itu sendiri. Gaya inilah
yang disebut gaya dorong dan juga gaya yang memiliki arah yang berlawanan dengan
gaya gravitasi (Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).
Di industri aplikasi sedimentasi banyak digunakan, antara lain :
a. Pada unit pemisahan , misalnya untuk mengambik senyawa magnesium dari air laut
b. Untuk memisahkan bahan buangan dari bahan yang akan diolah, misalnya pada
pabrik gula
c. Pengolahan air sungan menjadi boiler feed water
d. Proses pemisahan padatan berdasarkan ukurannya dalam clarifier dengan prinsip
perbedaan terminal velocity
(Foust, 1980).
Dalam industri, proses yang diuraikan di atas itu dilaksanakan dalam
skala dengan menggunakan alat yang disebut kolam pengendap atau
baik penebal (Thickener). Untuk partakel-partikel yang mengendap
dengan cepat tangki pengendap tumpak atau kerucut pengendap
kontinyu biasanya cukup memadai. Akan tetapi, untuk berbagai tugas
lain diperlukan alat penebal yang diaduk dengan cara
mekanik .Tangki yang besar dan agak dangkal yang mempunyai
penggaruk radial yang digerakkan dengan lambat dari suatu proses
sentral. Dimana dasar alat ini biasa datar biasa pula berbentuk
kerucut dangkal. Bubur umpan yang encer mengalir melalui suatu
palung miring atau meja cuci masuk ditengah alat penebal itu. Cairan
itu lalu mengalir secara radial dengan kecepatan yang kian
berkurang, sehingga memungkinkan zat padat itu mengendap ke
dasar tangki. Cairan jernih melimpah dari bibir tangki ke dalam suatu
palung. Lengan-lengan penggaruk itu mengaduk Lumpur itu secara
perlahan-lahan, dan mengumpulkannya ketengah tangki, sehingga
dapat mengalir dari situ kedalam bukaan besar yang bermuara pada
pipa masuk pompa lumpur. Pada beberapa rancang tertentu lengan
penggaruk itu dibuat berengsel sehingga dapat bergerak melewati
setiap halangan, seperti gumpalan lumpur yang keras pada dasar
tangki (Mc. Cabe and Smith, ” OTK II”, Thn :1991).
Kolam pengendap (penebal) yang dilengkapi dengan pengaduk
mekanik biasanya besar, dengan diameter berkisar antara 30-300 ft
(10 - 100 ml) dan kedalaman 8-12 ft (2,5 - 3,5 km). Pada alat penebal
besar, penggaruknya berputar sekali dalam 30 menit. Kolam
pengendap ini biasanya sangat bermanfaat bila kita mempunyai
bubur encer dengan volume yang besar yang ketebalannya seperti
pada pembuatan semen atau produksi magnesium dari laut. Alat ini
juga banyak dipakai dalam pengolahan air limbah dan penjernihan air
(Mc. Cabe and Smith, ” OTK II”, Thn :1991).
Volume cairan jernih yang dihasilkan persatuan waktu dalam suatu
kolam pengendap kontinyu bergantung pada luas penampang yang
tersedia untuk pengendap dan dalam separator industri, hampir tidak
bergantung pada kedalaman zat cair, kapasitas yang lebih tinggi
persatuan luas lantai biasa didapatkan dengan menggunakan
pengendap bertyalam banyak, yang terdiri dari beberapa zona
pengendapan yang dangkal, satu diatas yang lain, dalam tangfki
berbentuk silinder. Lumpur yang mengendap didorong kebawah dari
satu talam ke talam yang berikut dengan bantuan penggaruk atau
pengerik. Pada alat ini kita dapat pula melakukan pencurian anjakan
lawan arah. Alat ini biasanya lebih kecil diameternya daripada
pengendap bertahap tunggal (Mc. Cabe and Smith, ” OTK II”, Thn :1991).
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Hasil Pengamatan
Table 1 Hasil pengamatan
NO Waktu (detik)Z (cm)
20 gram CaCO3
30 gram CaCO3
40 gram CaCO3
0 0 25 25 251 30 22.5 20.9 21.52 60 19 14.9 183 90 13 10.6 14.74 120 11 8.5 125 150 7.5 7.7 10.56 180 6.1 7.1 9.77 210 5.5 6.75 98 240 5.2 6.4 8.69 270 4.9 6.15 8.310 300 4.7 5.9 811 330 4.5 5.75 7.812 360 4.4 5.55 7.613 390 4.2 5.4 7.414 420 4.1 5.25 7.215 450 4.1 5.15 7.1
16 480 4 5.05 717 510 3.9 4.95 6.818 540 3.9 4.8 6.719 570 3.8 4.75 6.620 600 3.8 4.75 6.521 630 3.7 4.6 6.422 660 3.7 4.6 6.323 690 3.6 4.5 6.2524 720 3.6 4.45 6.1525 750 3.6 4.4 6.126 780 3.45 4.35 627 810 3.4 4.3 628 840 3.4 4.3 5.929 870 3.4 4.3 5.930 900 3.4 4.25 5.831 930 3.3 4.2 5.832 960 3.3 4.2 5.733 990 3.3 4.15 5.734 1020 3.3 4.1 5.635 1050 3.3 4.1 5.636 1080 3.3 4.1 5.637 1110 4.1 5.538 1140 4.05 5.539 1170 4 5.540 1200 4 5.4541 1230 4 5.442 1260 4 5.443 1290 4 5.444 1320 4 5.445 1350 5.346 1380 5.347 1410 5.348 1440 5.349 1470 5.2550 1500 5.251 1530 5.252 1560 5.253 1590 5.254 1620 5.255 1650 5.2
4.2 Perhitungan
4.2.1 Percobaan I
Berat CaCO3 : 20 gram
Volume slurry : 500 mL
Menghitung konsentrasi mula-mula (Co)
Co = berat CaCO3
berat molekul x volume slurry
=20 gram
100grammol
x0.5 L
= 0.399 mol
L
4.2.1.1 Perhitungan pada Zi = 10 cm
a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 10 cm
ZL = 6.1 cmtL = 150 detik
VL = Z i−Z l
tL
= (10−6.1 ) cm
150 s
= 0.026cms
b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)
CL = Zo xCo
Z i
= 25 cm x 0.399
molL
10 cm
= 0.997 mol
L
4.2.1.2 Perhitungan pada Zi = 9 cm
a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 9 cm
ZL = 5.5 cm
tL = 180 detik
VL = Z i−Z l
tL
= (9−5.5 )cm
180 s
= 0.019 cms
b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)
CL = Zo xCo
Z i
=25 cm x 0.399
molL
9cm
= 1.108 mol
L
4.2.1.3 Perhitungan pada Zi = 8 cm
a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 8 cm
ZL = 5.2 cmtL = 240 detik
VL = Z i−Z l
tL
= (8−5.2 ) cm
240 s
= 0.011 cms
b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)
CL = Zo xCo
Z i
=25 cm x 0.399
molL
8cm
= 1.246 mol
L
4.2.1.4 Perhitungan pada Zi = 7 cm
a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 7 cm
ZL = 4.9 cmtL = 270 detik
VL = Z i−Z l
tL
= (7−4.9 ) cm
270 s
= 0.007 cms
b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)
CL = Zo xCo
Z i
=25 cm x 0.399
molL
7 cm
= 1.425 mol
L
4.2.1.5 Perhitungan pada Zi = 6 cm
a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 6 cm
ZL = 4.8 cmtL = 300 detik
VL = Z i−Z l
tL
= (6−4.8 ) cm
300 s
= 0.004 cms
b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)
CL = Zo xCo
Z i
=25 cm x 0.399
molL
6cm
= 1.662 mol
L
4.2.1.6 Perhitungan pada Zi = 5 cm
a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 5 cm
ZL = 4.1 cmtL = 420 detik
VL = Z i−Z l
tL
= (5−4.1 ) cm
420 s
= 0.002cms
b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)
CL = Zo xCo
Z i
=25 cm x 0.399
molL
5cm
= 1.995 mol
L
Tabel 2 Harga VL dan CL untuk CaCO3 20 gram
tL ZL Zi VL CL
(detik) (cm) (cm) (cm/detik) (gram/ml)150 6.1 10 0.026 0.997180 5.5 9 0.019 1.108240 5.2 8 0.011 1.246270 4.9 7 0.007 1.425300 4.8 6 0.004 1.662420 4.1 5 0.002 1.995
4.3 Pembahasan
Berdasarkan hasil percobaan pertama sedimentasi dengan menggunakan zat padat kapur (CaCO3) sebanyak 20 gram dengan volume slurry 500 ml didapatkan bidang batas konstan pada waktu (t) 1080 detik dan ketinggian bidang batas (z) 3.3 cm. Pertama ditimbang kapur sebanyak 20 gram menggunakan neraca analitik, kemudian masukan kapur yang telah ditimbang kedalam gelas ukur 500 ml. Lalu tambahkan aquades hingga volume larutan menjadi 500 ml. Aduk menggunakan bambu hingga larutan homogen. Setelah dihomogenkan air dan kapur bercampur dan menjadi keruh. Lalu hentikan pengadukan dan catat ketingian awal permukaan slurry. Hidupkan stopwatch dan waktu sedimentasi mulai dihitung. Kemudian catat ketinggian bidang batas cairan jenuh (Z) setiap 30detik. Catat hingga ketinggian bidang batas cairan 6 kali konstan.
Berdasarkan hasil percobaan kedua sedimentasi dengan menggunakan zat padat kapur (CaCO3) sebanyak 30 gram dengan volume slurry 500 ml didapatkan bidang batas konstan pada waktu (t) 1320 detik dan ketinggian bidang batas (z) 4 cm. Pertama
ditimbang kapur sebanyak 30 gram menggunakan neraca analitik, kemudian masukan kapur yang telah ditimbang kedalam gelas ukur 500 ml. Lalu tambahkan aquades hingga volume larutan menjadi 500 ml. Aduk menggunakan bambu hingga larutan homogen. Setelah dihomogenkan air dan kapur bercampur dan menjadi keruh. Lalu hentikan pengadukan dan catat ketingian awal permukaan slurry. Hidupkan stopwatch dan waktu sedimentasi mulai dihitung. Kemudian catat ketinggian bidang batas cairan jenuh (Z) setiap 30detik. Catat hingga ketinggian bidang batas cairan 6 kali konstan.
Berdasarkan hasil percobaan pertama sedimentasi dengan menggunakan zat padat kapur (CaCO3) sebanyak 40 gram dengan volume slurry 500 ml didapatkan bidang batas konstan pada waktu (t) 1650 detik dan ketinggian bidang batas (z) 5.2 cm. Pertama ditimbang kapur sebanyak 40 gram menggunakan neraca analitik, kemudian masukan kapur yang telah ditimbang kedalam gelas ukur 500 ml. Lalu tambahkan aquades hingga volume larutan menjadi 500 ml. Aduk menggunakan bambu hingga larutan homogen. Setelah dihomogenkan air dan kapur bercampur dan menjadi keruh. Lalu hentikan pengadukan dan catat ketingian awal permukaan slurry. Hidupkan stopwatch dan waktu sedimentasi mulai dihitung. Kemudian catat ketinggian bidang batas cairan jenuh (Z) setiap 30detik. Catat hingga ketinggian bidang batas cairan 6 kali konstan.
Dari ketiga percobaan didapatkan kesimpulan bahwa semakin besar massa padatan yang digunakan, maka konsentrasi zat (slurry) meningkat. Semakin besar konsentrasi zat maka waktu yang digunakan untuk proses pengendapan hingga mendapatkan bidang batas cairan (z) konstan akan semakin besar. Sehingga proses sedimentasi semakin lambat.
Untuk kurva dengan massa padatan 20 gram dengan menggunakan 6 garis bantu (Zi) pada titik 10 diperoleh
Faktor kesalahan dalam praktikum ini adalah pada saat menimbang CaCO3
menggunakan neraca analitik data yang didapat kurang akurat karena kelebihan.
BAB 5
PENUTUP
d. Pengaruh perbedaan massa padatan pada proses sedimentasi adalah semakin
besar massa suatu padatan, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk
mengalami pemisahan (sedimentasi) dan volume slurry akan semakin besar.
e. Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa konsentrasi larutan berbanding
terbalik dengan kecepatan sedimentasi. Semakin besar konsentrasi suatu larutan,
maka semakin lambat kecepatan sedimentasinya, sedangkan semakin kecil
konsentrasi suatu larutan, maka semakin cepat kecepatan sedimentasinya.
f. Dari percobaan sedimentasi dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi
suatu zat, maka semakin lama waktu yang diperlukan untuk melakukan
sedimentasi. Sedangkan, semakin kecil konsentrasi zat, maka semakin singkat
waktu yang diperlukan untuk mengalami pengendapan (sedimentasi).
Saran
Sebaiknya pada praktikum selanjutnya dapat digunakan gaya sentrifugal padaproses
sedimentasi guna menunjang atau menggantikan gaya grafitasi agar proses pengendapan
lebih cepat.