Penyaringan (filtrasi) adalah metode pemisahan untuk memisahkan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada media porous penyaring (media filter), atau septum, yaitu penghalang partikel padat tetapi dapat dilalui oleh fluida pembawanya. Septum ini dapat berbentuk screen (jaring halus), kain, kertas, ataupun unggun solid. Liquid yang dapat melalui septum disebut dengan filtrat.

Dasar pemisahan ini adalah dengan perbedaan ukuran partikel antara pelarut dan zat terlarutnya. Partikel yang mempunyai ukuran lebih kecil dari pori saring akan lolos dan partikel padat dalam fluida yang berukuran lebih besar dari pori saring akan terperangkap di dalam pori-pori media penyaring kemudian setelah pori tertutup, partikel padat tersebut akan menumpuk dan terakumulasi di permukaan media penyaring.

Pemilihan ukuran penyaring disesuaikan dengan ukuran zat-zat yang akan dipisahkan. Selain itu juga perlu dipertimbangkan apakah produk yang diinginkan itu padatan atau fluida yang telah dipisahkan. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas sementara produk aliran yang lolos dari saringan dapat berupa fluidanya, padatannya, atau keduanya.

Alat-alat filtrasi beroperasi secara batch atau kontinyu tergantung apakah buangan dari padatan tersaring terus menerus (steady) atau hanya sebagian. Kebanyakan penyaring beroperasi secara batch, di mana aliran fluida melalui peralatan secara kontinyu kemudian dihentikan secara periodik untuk membuang padatan yang terakumulasi dengan waktu satu cycle batch yang bervariasi dari menit hingga puluhan hari per batch. Proses filtrasi batch digolongkan dalam 3 jenis yaitu:

1. Filtrasi dengan tekanan konstan, lazimnya hal ini diperoleh dengan 1 cycle batch dimasukkan ke dalam peralatan filtrasi, lalu alat tersebut ditekan dengan gas pada tekanan konstan hingga waktu tertentu.

2. Filtrasi dengan rate konstan, lazimnya dilakukan dengan positive displacement pump.3. Filtrasi dengan rate dan tekanan bervariasi. Penggunaan centrifugal pump pada filtrasi

menghasilkan discharge rate yang menurun karena meningkatnya back pressure.Tipe-tipe penyaring:

A. Saringan Pasir (Sand Filter)

Saringan pasir digunakan untuk pemisahan air dari padatan tersuspensinya. Ada saringan pasir yang berupa tangki terbuka atau tangki tertutup. Air disemburkan di atas tumpukan pasir sebagai media penyaring sehingga partikel-partikel padatan yang terdapat dalam slurry tertahan oleh media penyaring sementara air akan menembus pori-pori pasir. Pada umumnya ada beberapa tumpukan media penyaring (misal: lapis paling bawah berisi gravel atau pecahan batuan berukuran besar; lapisan diatasnya partikel-partikel yang lebih kecil dan seterusnya).

Filter beroperasi selama beberapa waktu sampai lubang pori-pori filter penuh karena tersumbat oleh kotoran (partikel-partikel dalam slurry) yang ditandai dengan melambatnya aliran air. Jika terjadi, operasi filtrasi dihentikan dan filter harus dicuci-balik (back-wash) untuk mengeluarkan kotoran yang berada di antara ruang kosong bed filter. Air dialirkan dari bawah tumpukan dengan kecepatan sangat tinggi sehingga tumpukan pasir terfluidisasi. Kotoran akan terbawa oleh air pencuci.

B. Penyaring Pelat (Plate Filter)

C. Penyaring Tekan (Filter Press)

Suatu mesin press bersaringan berisi satu set pelat untuk menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen di mana padatan dikumpulkan. Pelat-pelat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas. Slurry umpan masuk ke tiap-tiap pelat dan media penyaringnya dengan tekanan tertentu. Cairan lewat melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan meninggalkan padatan di belakangnya.

Pelat dari suatu mesin press bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, ada yang terletak vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk dengan cetakan plat berbahan polipropelina.

D. Penyaring Tekan Pelat dan Bingkai (Plate and Frame Filters Press)

Mirip seperti penyaring tekan tetapi kompartemen dibentuk di dalam cetakan pelat (plate) dan bingkai (frame) yang disusun berselang-seling dan pada satu sisi dapat diubah-ubah. Media filter (kain kanvas, kain sintetis, kertas filter atau anyaman kawat halus) dipasang pada kedua sisi pelat dengan arah berkebalikan pada tiap pelat. Alat ini akan bekerja berdasarkan perbedaan tekanan dan digunakan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif kecil dibandingkan zat cairnya.

Plate and frame filter terbuat dari logam, logam berpelapis, plastik atau kayu dengan lebih dari 100 variasi desain dan ukuran. Pelat berbentuk persegi dengan panjang sisi 10x10 cm2 (4x4 in2)-1.5x1.8 m2 (61x71 in2), dengan ketebalan berkisar 0.25-2 in sedangkan tebal bingkainya 0.3-20 cm (0.125-8 in). Tekanan operasi sekitar 100 psig (untuk plate logam) atau sekitar 60-70 psig (untuk plate plastik atau kayu).

Prinsip kerja:a. Open Delivery Filter Press

Proses pencucian kue dijalankan dengan cara mengalirkan air pencuci pada salah satu pelat dan keluar melalui saluran pada plate di seberangnya setelah menembus kue. Proses ini mempunyai saluran tunggal sebagai jalan masuk suspensi dan fluida pencuci pada setiap pelat untuk mengalirkan cairan. Namun hal ini dilakukan jika frame terisi penuh dengan kue.

b. Through Washing with Open Delivery

Pada proses ini digunakan dua tipe pelat yang berbeda. Pelat yang bukan pencuci (satu tombol) dan pelat pencuci (tiga tombol) diisikan dalam penekan diantara bingkai (dua tombol). Umpan memasuki bingkai seperti sebelumnya. Pencucian memasuki setiap pelat, melewati dua cake pada kedua sisi bingkai, dan meninggalkan keran pada pelat bukan pencuci. Metode ini memerlukan klep yang tertutup pada pelat-pelat ke dalam masukan pencuci.

c. Closed Delivery Filter PressProses pencucian kue dijalankan dengan cara air pencuci

dialirkan masuk melalui saluran-saluran pada semua plate dan keluar melalui frame setelah menembus kue. Proses ini menggunakan saluran terpisah untuk memisahkan suspensi dan air pencucian.

Semua tipe pelat ini dapat didesain untuk mengoperasikan pada pengiriman tertutup dengan menyediakan saluran ketiga yang dibentuk oleh lubang di sebelah pojok kanan bawah pelat dan bingkai. Empat saluran memungkinkan untuk mengoperasikan dengan menggunakan pengiriman tertutup dengan keluaran terpisah untuk filtrat dan pencucian. Umpan suspensi masuk ke setiap bingkai melalui saluran kanan atas (tidak ada pembukaan dari saluran ini ke pelat manapun). Filtrat meninggalkan setiap pelat menuju saluran kiri bawah bingkai penuh dengan cake. Pencucian masuk melalui saluran kiri atas ke setiap pelat menuju cake ganda di antara bingkai pada sisi lain pelat ini dan keluar melalui saluran kanan bawah pada pelat pengganti (satu tombol). Selama pencucian keran pada filtrat pada keluaran dan masukan pencucian tertutup.

Pengoperasiannya sebagai berikut:

Pelat dan bingkai dipasang secara vertikal dalam rak logam, kain sebagai media penyaring dipasang menutupi permukaan setiap bingkai, dan dirapatkan dengan bantuan sekrup dan rem hidrolik.

Umpan suspensi dimasukkan dari pompa atau tangki pendorong pada tekanan 3-10 atm melalui salah satu ujung rakitan pelat dan bingkai. Tekanan diberikan terhadap slurry agar melewati media penyaring untuk dapat masuk ke dalam plate and frame filter kemudian keluar melalui lubang pelat sebagai filtrat.

Suspensi mengalir dalam saluran yang terpasang memanjang dari lubang sudut kanan atas kemudian melewati saluran tambahan mengalir ke dalam masing-masing bingkai.

Cairan mengalir menembus kain filter melalui alur gelombang pada permukaan pelat hingga keluar dari penyaring.

Padatan akan terakumulasi atau tertinggal dan menempel pada kain. Filtrasi lalu diteruskan sampai tidak ada lagi zat cair yang keluar dan

tekanan filtrasi naik secara signifikan. Hal ini terjadi bila bingkai sudah penuh dengan zat padat, ruang antar pelat akan tertumpuk oleh slurry, dan lama kelamaan umpan akan berhenti mengalir tidak dapat masuk lagi. Jika hal ini terjadi maka media penyaring harus segera dicuci.

Selanjutnya fluida pencuci dapat dialirkan untuk membersihkan zat padat dari bahan-bahan pengotor yang dapat larut.

Cake tersebut kemudian ditutup dengan uap atau udara untuk membuang sisa zat cair tersebut sebanyak-banyaknya.

Penyaring tersebut lalu dibongkar, cake padat dikeluarkan dari media penyaring lalu jatuh ke conveyor menuju tempat penyimpanan.

Proses pencucian memakan waktu beberapa jam karena fluida pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melangkahi bagian-bagian cake yang terjejal rapat. Jika cake tidak terlalu rapat, sebagian besar cairan pencuci tidak efektif membersihkan cake.

Setelah pembuangan selesai, penekan ditutup lagi dengan memberikan gaya mekanik untuk mengunci pelat dan bingkai bersamaan, lalu sebuah siklus baru filtrasi dimulai.

Berdasarkan kompresibilitasnya, cake (slurry yang menempel pada media penyaring) dibagi menjadi dua, yakni :

a. Compressible CakeCake akan mengalami perubahan struktur apabila mengalami

tekanan sehingga ruang kosong dalam cake semakin kecil, proses penahan semakin besar, dan proses filtrasi semakin sulit.

b. Incompressible CakeCake yang tidak mengalami perubahan jika terjadi perubahan

tekanan. Namun pada kenyataanya, kelompok ini hampir tidak ada. Tetapi apabila tekanan yang digunakan kecil maka cake dapat dianggap incompressible cake. Untuk proses filtrasi umumnya terjadi pada beda tekanan tetap.

Jika medium filter primer telah dilapisi cake dan filtrat telah jenuh maka tekanan akan bertambah sampai maksimum. Diperlukan waktu yang optimum untuk melakukan satu kali siklus. Waktu filtrasi optimum adalah waktu filtrasi yang diperlukan agar jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum.

Penyaring tekan pelat dan bingkai sangat luas digunakan khususnya ketika cake sangat berharga dan ukurannya sangat kecil. Tetapi untuk banyak operasi berskala besar, penyaring tekan pelat dan bingkai digantikan oleh penyaring kontinyu.

Jenis lain plate and frame filter: Chamber Filter

E. Penyaring Daun (Leaf Filter)a. Vertical Leaf Filter atau Moore Filter

Merupakan penyaring daun yang orisinil. Tersusun atas

anyaman kawat yang diselubungi oleh kain penyaring pada kedua sisinya, sehingga nampak seperti lembaran daun. Penyaring daun ini mirip dengan penyaring pelat dan bingkai di mana di bagian dalamnya cake disimpan pada setiap sisi daun dan filtrat mengalir keluar melalui saluran dari saringan pembuangan air yang kasar pada daun di antara cake. Daun ini kemudian dicelupkan ke dalam tangki slurry dengan penekanan pada bagian luar (sisi slurry) atau dengan pemvakuman dari dalam penyaring (sisi filtrat).

b. Kelly Leaf Filter dalam Posisi TerbukaPenyaring ini berbentuk persegi panjang, ditempatkan dalam

bejana silinder horizontal. Kumpulan daun pada penyaring ini dikeluar masukkan ke bejana dengan bantuan sel dan roda.

Slurry dipompa ke dalam cylindrical casing dan setelah cake terbentuk dengan ketebalan cake tertentu, udara yang terbawa dibuang ke atmosfer. Jika slurry mengendap, dapat diaduk dengan sirkulasi kontinyu menggunakan sebuah pompa. Slurry tersebut kemudian dibuang dan diganti dengan air pencuci, dan selama operasi ini, tekanan di dalam casing dijaga untuk mencegah cracking dari cake. Kemudian cake tersebut dikeringkan secara parsial dengan udara.

c. Penyaring Daun Tetap (Sweetland Type Filter)Filter ini daunnya bekerja secara singular, memiliki ukuran

yang sama, terbagi menjadi dua dengan bagian bawahnya dalam posisi tergantung agar memberikan kemudahan bagi leaf untuk keluar. Siklus operasinya hampir sama dengan filter Kelly, kecuali bahwa cake dikeluarkan tanpa memindahkan leafnya.

Kebanyakan filter ini dilengkapi dengan pipa yang berlubang untuk tempat air pencuci dapat dipercikkan ke cake. Metode pencucian ini cukup berguna dalam kasus yang cakenya mudah terjadi cracking, yang akan menyebabkan air pencuci mem-bypass bulk dari material.

Jenis filter ini dapat memecahkan berbagai macam kesulitan yang tidak dapat dilakukan filter daun lainnya. Semakin seragam cake yang dapat di discharge tanpa memindahkan leafnya, maka pencucian akan lebih efektif, dan dapat menangani slurry yang panas.

d. Penyaring Daun Berotasi (Vallez Type Filter)Jenis filter ini hampir sama dengan jenis sweetland filter yang

prinsip kerjanya adalah leafnya bergerak vertikal melintang di dalam cylindrical casing yang menjulang yang berputar pelan antara 0,01 dan 0,03 Hz. Bagian tengah dari leafnya berbentuk sebuah poros yang cukup lebar untuk memberikan ruang yang cukup antar leaf. Bagian porosnya ditempatkan sedenikian rupa sehingga bersesuaian dengan bagian pada shaftnya, yang juga berfungsi sebagai keluaran filtrat.

Slurry dialirkan ke dalam shell dan proses filtrasi berjalan kontinyu sampai terbentuk ketebalan cake yang diinginkan. Cake tersebut kemudian dicuci dan dikeringkan. Seperti halnya filter daun lainnya, leafnya tetap berputar selama operasinya berlangsung. Cake dialirkan keluar dengan udara kompresi, dan jatuh ke bagian bottom dari shell di dalam filter. Padatan kemudian dialirkan keluar dari filter dengan menempatkannya di bagian bawah tepatnya di tengah-tengah press, agar dapat mengalirkannya dengan menggunakan conveyor sekrup. Filter vallez menghasilkan cake dan harus dilakukan penanganan yang cepat karena bagian pressnya tidak terbuka. Namun filter ini harganya mahal dan biaya perawatannya juga mahal.

e. Niagara FilterMerupakan filter daun bertekanan yang tercipta dengan bentuk

yang berbeda. Bentuk filter ini horizontal terdiri dari tangki horizontal yang ditempatkan di bagian tepi dari leaf filter yang melintang tersusun pada kerangka yang dapat tergelincir pada lintasan dari shell untuk melepaskan cake. Cake siap dipindahkan oleh percabangan leaf dengan suatu palu karet. Cake terbentuk pada leaf, oleh karena itu secara efektif dicuci dan dikeringkan ditempat jika diharapkan diperoleh sebagian besar padatan yang relatif bebas dari air.

Ketika jumlah cairan yang besar dengan kosentrasi padatan yang rendah disaring dengan menggunakan penyaring vertikal, cake filter dipindahkan dengan slucing dari leaf dan slurry yang dilepaskan dari bagian bawah vessel (bejana) dikumpulkan.

Sebagian besar konstruksi leaf filter menggunakan bahan logam, tetapi untuk suspensi yang bagus leaf mungkin harus ditutup.

Kerugian dari leaf filter yang biasa adalah bahwa isi dari shell filter harus dikembalikan ke sistem penyimpanan sebelum filter dapat dibuka. Kesulitan ini disingkirkan oleh penyaring Niagara pelat horizontal di mana slurry dimasukkan di bawah tekanan dari pusat pipa cabang pembagi kepada masing-masing pelat. Untuk melepaskan cake, pelat dipindahkan dari bejana sebagai unit. Filter ini digunakan untuk memindahkan jumlah padatan yang sedikit dari jumlah cairan yang besar dan untuk filtrasi batch yang kecil.

F. Nutsche FilterNutsche filter merupakan modifikasi dan scale up dari filter yang digunakan

untuk mengetes proses separasi di laboratorium (batch, skala kecil). Dalam Nutsche filter yang modern, beberapa proses sekaligus terjadi, mulai dari kristalisasi dan presipitasi (pengendapan padatan), filtrasi (pemisahan padatan, pencucian, dewatering) dan pengeringan (baik dengan pemvakuman maupun dengan konveksi).

Contoh operasi Nutsche filter:

Penyaring ini banyak digunakan dalam industri farmasi atau obat-obatan, di mana kebersihan operasi dan kontrol proses menjadi faktor yang sangat penting.

Reaktor-filter dapat dibalik untuk mengeluarkan filtrat ataupun dimiringkan untuk mengeluarkan padatan. Nutsche filter tersedia dengan kapasitas (volume) antara

0.32 sampai 11.0 m3, dengan luas permukaan untuk filtrasi antara 0.25 sampai 6.3 m2, dengan volume kue padatan antara 0.08 sampai 3.15 m3.

Sumber: Diktat AIK Pak Agus Modul Praktikum LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA JURUSAN

TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON – BANTEN 2008

https://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/24/filtrasi-dan-aplikasinya- dalam-industri/

http://diyahchemical.blogspot.co.id/2014_01_01_archive.html