BAB 2-1 Pemisahan Mekanis Sieving.ppt

By:Tri Hartono, M.Chem.Eng.

Cretaed By Tri Hartono1

SATUAN OPERASI 1

Satuan Operasi (Operation Unit)


Amati suatu proses pengolahan bahan ttt, akan menemukan atau mengenali jenis2 operasi dlm proses pengolahan ini.

Jenis operasi seperti itu disebut operasi unit (unit operation), karena operasi seperti ini merupakan satu bagian (unit) pembentuk proses itu sendiri.

Jadi suatu proses dapat dikatakan dibentuk dari kombinasi suatu operasi unit tertentu. Dengan demikian suatu proses terdiri dari paling sedikit satu operasi unit.

Contoh


Operasi-operasi unit yang dapat ditemukan pada proses pengolahan gula pasir:

1. Unit2. Unit3. Unit4. Unit5. Unit6. Unit


Selanjutnya teknik proses sejauh ini terbagi menjadi tiga bagian, yaitu:Operasi2 mekanik (mechanical operation)Operasi2 perpindahan panas dan masa (heat

and mass transfer operation)Teknik reaksi (reaction engineering)

Dalam semester ini akan dibahas secara lebih dekat operasi-operasi unit yang termasuk dalam operasi mekanik & transportasi fluida

Bab II Proses Pemisahan Secara Mekanik


Teknik proses pemisahan suatu campuran terbagi dalam 2 bag, yaitu proses pemisahan scr mekanik (mechanical separation processes) & pemisahan scr termal (diffusional separation processes).

Pemisahan scr mekanik dilakukan dg cara mengerahkan alat-alat yang bekerja scr mekanik, sebaliknya pemisahan scr thermal banyak melibatkan energi panas yg dpt mengubah fase zat-zat tertentu.


Proses pemisahan scr mekanik hanya dpt memisahkan sebag zat saja dari campuran asalnya, misal pemisahan padatan berukuran besar dari campuran padatan berukuran beragam dengan sieving atau pemisahan padatan tanah dari larutan air yang mengandung padatan tanah melalui proses filtration atau sedimentation

Sebaliknya, proses pemisahan /penguraian air & mineral-mineral dari air laut tdk akan tercapai jika hanya dig filter biasa/ bak pengendapan/dg alat centrifuge.


Dari contoh di atas diket bahwa air mengandung padatan terdiri dari 2 fase (fase adalah bag dari sistem yg sifatnya tidak berubah, spt densitas, viskositas, dll). Sebaliknya air laut hanya terdiri atas 1 fase saja. Dg demikian dapat diambil kesimpulan, bahwa:

Hanya campuran2 yg memiliki 2 fase/lebih dapat dipisahkan/diuraikan atas bagian-bagian penyusunnya scr mekanik.

Campuran2 yg terdiri atas 1 fase selanjutnya akan diuraikan dg cara pemisahan scr thermis seperti destilasi (distillation, rectification), evaporasi (evaporation), absorpsi (absorption), pengeringan (drying), dsb.

2.1 SIEVING2.1.1 Partikel Padat


Identifikasi Kelompok Partikel

Semua partikel, tidak terkecuali apakah partikel2 itu merup bhn mentah, produk antara (intermediate product), ataupun produk akhir (final product), semuanya memiliki ukuran ttt & dlm jml yg banyak.

Untuk memahami operasi unit di dlm operasi mekanik, maka harus dipahami definisi & metoda pengukuran ukuran partikel. Karena partikel-partikel dari suatu kelompok partikel scr umum memiliki ukuran & bentuk yg berbeda-beda, maka perlu diketahui distribusi ukuran partikel & sehubungan dengan itu perlu dicari ukuran rata-rata partikel tersebut.


Definisi Ukuran Partikel

Partikel2 berbentuk bola, ukuran partikel didefinisikan berdasar ukuran diameternya. Tetapi untuk partikel yg tidak berbentuk bola, maka terdapat banyak kemungkinan dalam mendefinisikan ukuran partikel, tergantung dari metoda2 pengukuran ukuran partikel yg dig & juga sifat-sifat partikel itu sendiri.

Berikut adalah definisi2 ukuran partikel yg tidak berbentuk bola:


a. Ukuran partikel sebagai sieve diameter, yaitu setara dengan lebar kawat ayak pada metoda analisa ayak (sieve analysis)dp = L ……………………. (1.1)

b. Ukuran partikel sebagai free falling/stokes diameter, yaitu setara dengan diameter partikel berbentuk bola yang memiliki kecepatan tenggelam yang sama di dalam suatu zat cair tertentu.dp = d ……………………. (1.2)


c. Ukuran partikel sebagai volume diameter, yaitu setara dengan diameter partikel berbentuk bola yang memiliki volume sama

……………………. (1.3)d. Ukuran partikel sebagai surface diameter,

yaitu setara dengan diameter partikel berbentuk bola yang memiliki luas permukaan sama

……………………. (1.4)

Catatan: pemilihan dan pemakaian definisi ukuran partikel seperti di atas dalam prakteknya harus berdasarkan kasus yang menyertainya dan yang paling relevan.

36

V

dp

A

dp

Contoh soal:


Tentukan perbedaan ukuran partikel yang berbentuk kubus dengan panjang sisi L berdasarkan definisi-definisi ukuran partikel seperti di atas.

a). sieve diameter : dp = Lb). volume diameter: dp = 1,241 Lc). surface diameter : dp = 1,382 L

2.1.2 Istilah Ukuran Partikel


a. Ukuran partikel tengah, dpm (median particle size).dpm = dp, dimana C%OP = 0,5 ……………………. (1.5)

b. Ukuran partikel yang paling banyak, dpF

dpF adalah ukuran partikel yang memiliki kemungkinan terbesar (paling banyak ada).

c. Diameter bola ekivalen, d32Jika dibayangkan suatu klp partikel sbg suatu kumpulan dari sejumlah n bola sama besar yg memiliki tot vol & tot luas permukaan yg sama dg klp partikel itu, maka akan diperoleh suatu ukuran partikel ttt. Ukuran partikel yg didapatkan dg cara spt itu disebut diameter bola ekivalen d32 & besarnya ditentukan sbb.


dp = d32

d32 ini, memiliki arti penting terutama jika partikel2 tsb mengalir. Perannya mirip diameter hidrolisis pada mekanika fluida. Diameter bola ekivalen d32 merup suatu informasi yg sangat penting dlm pembahasan scr kuantitas pada operasi dg partikel2 yg mengalir spt filtration, drying, absorption, dsb.

3326dnVp

232dnA

…………………………………………. . (1.6)(1.6)

A

Vd

dAVVp

66

32

32

2.1.3 Karakteristik Partikel Padat


Sekelompok partikel yg bentuknya tak beraturan (misal butiran pasir) istilah ukuran (size) dan bentuk (shape) tidak begitu jelas sehingga harus didefinisikan secara acak.

a. Bentuk partikel (particle shape)Bentuk setiap partikel didefinisikan dengan derajat kebolaan/sperisitas (sphericity), , yaitu perbandingan antara volume bola dengan volume partikel yang mana harganya tidak tergantung pada ukuran partikel itu sendiri. Untuk partikel berbentuk bola maka sperisitas, = 1.

(1.7)pp

p

Ad

V

6

Tabel 1.1 Sperisitas Bahan

BahanBahan BahanBahan

Bola, dpBola, dp

Kubus, L = dpKubus, L = dp

Silinder, L = dpSilinder, L = dp

Raschig Ring, L = dp Raschig Ring, L = dp

L = Do, Di = 0,5 DoL = Do, Di = 0,5 Do

L = Do, Di = 0,75 DoL = Do, Di = 0,75 Do

Pelana (Saddle)Pelana (Saddle)

1,01,0

0,810,81

0,870,87

0,580,58

0,330,33

0,30,3

Pasir OttawaPasir Ottawa

Pasir RoundedPasir Rounded

Debu CoalDebu Coal

Pasir hitamPasir hitam

Gelas hancuranGelas hancuran

Serpih mikaSerpih mika

Kuarsa hancuranKuarsa hancuran

0,950,95

0,830,83

0,730,73

0,650,65

0,650,65

0,280,28

0,5710,571


Mesin Ayak


Mesin ayak ini terdiri atas beberapa tingkat bidang ayak, yg mana semakin ke bawah lubang antar kawat ayak semakin mengecil.

Jika vibrator pada mesin ini diaktifkan, maka partikel-partikel akan bergerak-gerak

Partikel yg tertahan pd suatu bidang ayak dg dp ttt dlm hal ini disebut oversize product, dan yg dapat lolos disebut undersize product.


Sieving adalah metoda pengukuran yg paling penting untuk partikel berukuran di atas 0,04 mm. Dengan sieving bisa ditentukan distribusi ukuran partikel seperti pada definisi (1.1).

Waktu ayak optimal adalah merupakan suatu kesesuaian antara waktu tercapainya derajat pemisahan yg tinggi dan derajat perubahan ukuran partikel asal karena proses pengayakan.

Pada sieving dikenal istilah mesh yaitu jumlah bukaan ayak tiap 1 inchi panjang kawat ayakan

Sedangkan standar ayakan yang paling umum digunakan adalah Standar Tyler dimana diameter kawat yang digunakan untuk setiap ayakan dapat dilihat dalam referensi lain. Ayakan dengan ukuran standar 200 Mesh, berarti bahwa tiap 1 inchi panjang kawat ayakan terdapat 200 bukaan ayakan.


Analisis Ayakan

Untuk dapat menghitung luas permukaan kelompok-kelompok partikel, maka harus ditetapkan beberapa ukuran partikel dalam bentuk suatu distribusi ukuran partikel (particle size distribution). Untuk itu akan dibahas suatu contoh dari sieve analysis beserta perhitungannya. Diharapkan nantinya pengertian-pengertian yang didapat dari contoh itu dapat juga diterapkan pada metoda pengukuran partikel yang lain.


Probability percentage P%Sieve analysis suatu sampel, misalnya untuk produk semen dengan masa M = 0,5 kg, dilakukan dengan mesin ayak yang memiliki 8 bidang ayak. Setelah proses pengayakan selesai, didapatkan oversize product OP di atas setiap bidang ayak sebanyak OP1, OP2, ……., OP8 dan pada panci sebanyak OP9 (lihat Tabel 1.1 dan Gambar 1.2)

Tabel 1.1 contoh sieve analysis


No

i

Lebar Ayakdp

(mm)

Oversize product

OP(kg)

Oversize product

percentageOP%

(OPi/M)

Probability percentage

(size interval)

P%(1/mm)

Cumulative percentage

C%OP

Probability percentage

(ukuran partikel)

P%(1/mm)

1 0,710 0,0139 0,0278 - 0,0278 0,282

2 0,500 0,0711 0,1422 0,677 0,1700 1,210

3 0,355 0,1201 0,2402 1,657 0,4102 2,067

4 0,250 0,1167 0,2334 2,222 0,6436 2,277

5 0,180 0,0763 0,1526 2,180 0,7962 2,024

6 0,125 0,0500 0,1000 1,818 0,8962 1,578

7 0,071 0,0346 0,0692 1,282 0,9654 0,961

8 0,045 0,0103 0,0206 0,792 0,9860 0,620

Panci 0 0,0070 0,0140 0,311 1,0000 0

Total M 0,5000 1,0000

Pi

ii dM

OPP

.%

)(.

)(%

Pii ddM

OPdP


Supaya nilai OP tidak tergantung dari masa sampel asal M, maka dibentuk suatu oversize product percentage OP%, yakni hasil bagi OP dengan M. hasil pengukuran sekarang dapat digambarkan dalam suatu histogram (lihat gambar 1.2). selisih lebar dp dari dua bidang ayak yang bertetangga disebut size interval dp. Dari histogram tersebut dapat diketahui bahwa semakin besar pemilihan size interval, maka semakin tinggi pula OP%nya. Hal ini dapat dilihat jika dihilangkan bidang ayak ke lima, yang mana menghasilkan lebar size interval menjadi 0,125 mm dan OP% menjadi 0,2526.


Kemudian supaya didapatkan suatu gambar yang benar tentang frekuensi ukuran partikel dari setiap size interval, yang mana tidak tergantung dari pemilihan mesh (jumlah lubang ayak tiap satuan panjang, misalnya cm atau inchi) dari bidang ayak, maka OP% dibagi dengan lebar size interval sehingga didapatkan suatu probability percentage P%i dari setiap size interval ke-i sebagai berikut.

(1.8)Pi

ii dM

OPP

.%

Gambar 1.2 Oversize product percentage dari tiap size interval



P% tesebut belaku untuk setiap size interval yang ada, sehingga kurang dapat menggambarkan semua kemungkinan ukuran partikel yang ada. Jika diinginkan suatu probabylity percentage P% yang berlaku pada sembarang size iterval (lihat gambar kurva 1.3), maka logikanya harus digunakan bidang ayak dengan jumlah tak terhingga dan dengan lebar d(dp) yang berbeda secara infinitesimal. Jadi pd setiap bidang ayak akan terdapat oversize product OP infinitesimal d(OP), sehingga 1.8 berubah menjadi:

(1.9)

)(.

)(%

Pii ddM

OPdP


Tentu saja tidak ada sieve anaysis yang menggunakan bidang ayak dengan jumlah yang tak terhingga. Karena itu harus ditemukan suatu cara bagaimana menentukan probability percentage P% yang menggunakan bidang ayak yang lebih sedikit.

Karena alasan tersebut di atas, maka didefinisikanlah suatu cumulative percentage C%OP atau C%UP, yaitu jumlah dari OP% (UP%) yang dihitung mulai dari bidang ayak paling atas (bawah) hingga ke bidang ayak yang dibicarakan, yang mana berarti jumlah persentase partikel yang berukuran lebih besar (lebih kecil) daripada lebar kawat pada bidang ayak yang dibicarakan.

Gambar 1.3 Kurva frekuensi P% vs dp



Contoh:Untuk dp = 0,250 mm maka cumulative percentage C% berbasis OP akan berjumlah: = 0,0278 + 0,1422 + 0,2402 + 0,2334 = 0,6436

Secara umum cumulative percentage C%OP ditentukan dengan rumus:

(1.10)

dengan n adalah jumlah bidang ayak dan panci. Nilai dari cumulative percentage C%OP untuk contoh ini dapat dilihat tabel 1.1. gambar 1.4 memperlihatkan hubungan C%OP terhadap dp.

ni

i

i

M

OPopC

1

%


Sekarang dibayangkan sieve analysis dengan bidang ayak yang jumlahnya tak terhingga. Artinya secara infinitesimal akan dijumlahkan semua OP yang ukurannya lebih besar daripada dp. Berdasarkan persamaan (1.10), maka cumulative percentage C%OP jumlahnya menjadi:

(1.11)

Jika persamaan (1.9) dilibatkan, maka d(OP)/M dapat disubstitusikan dengan P% d(dp) sehingga (1.11) menjadi:

(1.12)

dp

dp

dp

dp mak

mak

M

OPd

M

OPdOPC

)()(%

dp

dpmak

dpdPOPC )(%%


Dengan mendeferensialkan kedua ruasnya terhadap dp, maka (1.12) berubah menjadi:

(1.13) Jadi probability percentage P% adalah turunan

negative dari cumulative percentage C%OP

)(

)%(%

dpd

OPCdP

Gambar 1.4 Kurva Kumulatif C%OP vs dp dari tiap size interfal


C%UP=1-C%OP

C%OP

Kesimpulan


Dari apa yang sudah dibahas di depan maka dapat diambil beberapa kesimpulan:

Dari gambar 1.3 dapat diketahui bahwa ukuran partikel yang paling banya ada (diberi notasi sebagai dpF) adalah sekitar 0,26 mm.

Sedangkan dari gambar 1.4 didapatkan diameter tengah dpm (median particle size) sesuai dengan definisi (1.5) sebesar kira-kira 0,313 mm.

Bulk yang terdiri dari partikel-partikel yang ukurannya mirip satu dengan yang lain, maka kurva frekuensi/probability percentage-nya akan terlihat sempit. Sebaliknya untuk bulk dengan partikel-partikel yang berukuran sangat berbeda satu dengan yang lain, maka kurva frekuensi/probability percentage-nya akan terlihat lebih lebar.


Frequency distributonPersamaan-persamaan yang membahas ketergantungan probability percentage terhadap ukuran partikel dinamakan frequency distribution.

Luas Permukaan Distribusi Ukuran PartikelSeperti disebutkan sebelumnya, bahwa informasi tentang luas permukaan (surface area) dari seluruh partikel dibutuhkan untuk membahas mekanisme-mekanisme panas, perpindahan masa, dan aliran. pi

ipiii d

OPdnA

62

Latihan Soal Sieving


Jika diketahui hasil analisa ayakan spt tabel berikut dimana densitas partikel 0,00285 g/cm3,

Buatlah kurva frekwensi dan tentukan diameter partikel yang sering muncul

Buatlah kurva kumulatif dan tentukan diameter partikel tengahnya

Hitunglah luas permukaan spesifik partikel pada setiap ayakan.


Bukaan

ayak

(mm)

Masa partikel

yang tertahan

(g)

Bukaan ayak

(mm)

Masa partikel

yang tertahan

(g)

4,699

3,327

2,362

1,651

1,168

0,833

0,589

0

12,55

62,5

160,35

128,5

79,5

26,9

0,417

0,295

0,208

0,147

0,104

0,074

Pan

10,5

5,1

3,85

2,9

1,05

1,55

3,75

BAB 2-1 Pemisahan Mekanis Sieving.ppt

Documents

Transcript of BAB 2-1 Pemisahan Mekanis Sieving.ppt