PENYARINGAN BERTEKANAN (FILTER PRESS)

Tujuan PercobaanSetelah melakukan percobaan ini, diharapkan dapat: y y y Mengetahui prinsip kerja Filter Press Melakukan proses filtrasi pada tekanan tetap dengan variasi tekanan berbeda-beda Menghitung koefisien tahanan cake dan tahanan medium filter.

Dasar TeoriFiltrasi merupakan pemisahan padatan dari suatu suspensi cairan dengan menggunakan suatu medium berpori (screen) yang mana akan menahan padatan dan cairanya akan dibiarkan melewati. Pada umumnya,pori-pori medium akan lebih besar dibandingkan dengan partikel yang akan dipisahkan dan penyaringan akan bekerja dengan effisien hanya setelah deposit awal telah terjebak pada medium. Untuk memisahklan larutan padat dari suatu larutan suspensi atau slurry dapat dilakukan dengan cara penyaringan (Filtrasi), diantaranya dengan menggunakan filter press. Filter press terdiri dari seperangkat pinggan atau lempeng (Plate) yang dirancang untuk memberikan sederetan ruang tempat zat padat dapat ditahan. Lempeng (Plate) itu ditutup dengan medium penyaring (filter) atau kanvas. Slurry umpan masuk ke dalam masing-masing komponen itu dengan tekanan. Cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa pengeluaran dan meninggalakan zat padat basah didalam ruang itu. Pinggan yang digunakan berbentuk plate dan frame (pinggan dan bingkai). Pinggan disusun silih berganti, diletakkan secara vertikal pada rak logam dan kain dipasang menutupi setiap bingkai dan rapatkan dengan bantuan skrup atau ram hidrolik. Slurry mengalir melalui saluran yang terpasang memanjang pada salah satu sudut rakitan. Dan bidang ini melalui saluran tambahan mengalir ke dalam masing-masing bingkai. Di sini zat padat itu dapat ditahan pada permukaan plate, filtratnya akan menembus kain penyaring melalui alur pada muka pinggan, sampai keluar dari filter pess. Emulsi (slurry) umpan dipompakan dari tangki pada tekanan tertentu. Filtrasi dioperasikan hingga tidak ada lagi zat cair yang keluar dan tekanan filtrasi akan naik dengan tajam. Hal ini dapat terjadi bila bingkai telah penuh dengan zat padat, sehingga emulsi tidak dapat lewat lagi.

Proses selanjutnya adalah pencucian dengan cara mengalirkan cairan pencuci untuk membersihkan cake (filtarat sehingga didapatkan hasil yang lebih murni. Persamaan umum filtrasi Laju alir filtrat dapat ditentukan menurut perdamaan dasar dv A (P = dt rQL A (P L Q r : Luas/area dari zat yang tertahan (cake) : Perbedaan tekan sepanjang cake : Tebal cake : Viskositas fluida (zat cair) : Tahanan jenis (spesifik kristal) dari fluida.

Dengan

Selama proses berlangsung tebal cake akan terus bertambah dan laju filtrasi akan menurun, atau dapat juga dikatakan pertambahan volume cake sebanding dengan pertambahan volume filtrat. Faktor-faktor yang paling penting yang mana berpengaruh pada aliran filtrasi adalah : y Preassure Drop umpan y Luas permukaan filtrasi y Viskositas filtrat y Resistansi (tahanan) filter cake y Resistansi (tahanan)medium filter dan lapisan cake awal

Filtarsi batch pada tekanan tetap Laju alir filtrat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan umum:

dt = dv atau

Q E Cs V A2 ((P) +

Q Rm A ((P)

V+

Dengan Q : Viskositas pelarut (air) =10-3 Pa s Cs : Konsentrasi padatan (Solid) Kg/m3 Rm : Tahanan filter medium A : Luas filter(m2) (P : Perbedaan tekanan (Pa) V : Volume filtrat (m3) (V : V1-V2 (m3) V : Volume filtrat rata-rata (m3)

(t (VQ Slope = Rm

A ((P)

Q E CsIntersept =

A2 ((P) V (m3)

Alat dan Bahan1. Alat alat yang digunakan y Ember ukuran 20 liter y Stopwatch y Peralatan Filter Press y Neraca teknis 2. Bahan yang digunakan y Bubuk Kapur y Air bersih

Langkah KerjaPembuatan Larutan Umpan y Masukkan Larutan suspensi kapur ke dalam tangki berpengaduk dengan kandungan kapur adalah 5% y Hidupkan motor berpengaduk,

Persiapan Alat; pasang kain filter ke frame dari alat rapatkan skrup dengan putaran manual periksa penyambungan pipa-pipa, tangki, pompa unit alat dan unit pembuangan

Pelaksanaan Proses Hidupkan motor pompa Atur aliran masuk pada tekanan tertentu Catat waktu setiap 4 liter (dan kelipatannya) filtrat yang didapat

-

Hentikan proses setelah filtrat yang keluar sedikit Buka plate dan frame Ambil kain filter dengan hati-hati, ukur tebal cake sebelum dikeringkan Ulangi percobaan diatas untuk tekanan yang lainnya sehingga didapatkan tiga variasi tekanan

Keselamatan Kerja Jangan memasukkan tangan ke dala tangki ketika motor pengaduk sedang dioperasikan Hindarkan mata dari percikan larutan dalam tangki ketika pengadukan sedang berlangsung Gunakan sarung dilarang.

Data Pengamatan dan Pengolahan Data 1. Run 1 (P = 2,5 bar = 2,5x105 Pa) Massa cake = 1,76 kg 1 cm = 2,28 L filtrat = 0,001 A = 0,559504 m2 Cs =t (sekon) 11 27 38 60 75 95 110 129 150 174 195 225

V (cm) 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

16,08187V (L) 9.12 18.24 27.36 36.48 45.6 54.72 63.84 72.96 82.08 91.2 100.32 109.44 V(m3) 0.00912 0.01824 0.02736 0.03648 0.0456 0.05472 0.06384 0.07296 0.08208 0.0912 0.10032 0.10944 t/V (s/m3) 1206.140351 1480.263158 1388.888889 1644.736842 1644.736842 1736.111111 1723.057644 1768.092105 1827.48538 1907.894737 1943.779904 2055.921053

V vs t/V pada Run 12500 2000 t/V (s/m3) 1500 1000 500 0 0 0.02 0.04 0.06 V (m3) 0.08 0.1 0.12 y = 7063.2x + 1275.2 R = 0.9176

y = Ax + B y = 7063x + 1275 = V+B

Kp = 7063 x 2 = 14126 Kp = = = = 6,87431x1010 B=

Rm = =

= 1,78342x1011 /m 2. Run 2 (P = 2 bar = 2x105 Pa) Massa cake = 0,9 kg 1 cm = 2,28 L filtrat = 0,001 A = 0,559504 m2 Cs =

8,223684

t (sekon) 3 23 45 64 86 107 127 150 168 185 203 223

V (cm) 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

V (L) 9.12 18.24 27.36 36.48 45.6 54.72 63.84 72.96 82.08 91.2 100.32 109.44

V(m3) 0.00912 0.01824 0.02736 0.03648 0.0456 0.05472 0.06384 0.07296 0.08208 0.0912 0.10032 0.10944

t/V (s/m3) 328.9473684 1260.964912 1644.736842 1754.385965 1885.964912 1955.409357 1989.348371 2055.921053 2046.783626 2028.508772 2023.524721 2037.646199

V vs t/V pada Run 22500 2000 t/V (s/m3) 1500 1000 500 0 0 0.02 0.04 0.06 V (m3) 0.08 0.1 0.12 y = 11636x + 1061.2 R = 0.5743

y = Ax + B y = 11636x + 1061 = V+B

Kp = 11636 x 2 = 23272 Kp =

= =

= 1,77176x1011 B=

Rm = =

= 1,18727x1011 /m 3. Run 3 (P = 0,5 bar = 5x104 Pa) Massa cake = 0,58 kg 1 cm = 2,28 L filtrat = 0,001 A = 0,559504 m2 Cs =t (sekon) 22 51 75 100 125 153 178 205 230 257 298 310

V (cm) 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

5,299708V (L) 9.12 18.24 27.36 36.48 45.6 54.72 63.84 72.96 82.08 91.2 100.32 109.44 V(m3) 0.00912 0.01824 0.02736 0.03648 0.0456 0.05472 0.06384 0.07296 0.08208 0.0912 0.10032 0.10944 t/V (s/m3) 2412.280702 2796.052632 2741.22807 2741.22807 2741.22807 2796.052632 2788.220551 2809.758772 2802.14425 2817.982456 2970.494418 2832.602339

V vs t/V pada Run 33500 3000 2500 V (m3) 2000 1500 1000 500 0 0 0.02 0.04 0.06 t/V (s/m3) 0.08 0.1 0.12 y = 2773.1x + 2606.4 R = 0.5049

y = Ax + B y = 2773x + 2606 = V+B

Kp = 2773 x 2 = 5546 Kp = = = = 1,63796x1010 B=

Rm = =

= 7,29034x1010 /m

Pembahasan Firzal Muharam (091411075) Filtrasi merupakan salah satu proses pemisahan campuran padat cair yang sering paling umum digunakan. Terdapat banyak metode filtrasi, salah satunya adalah filtrasi bertekanan. Pada filtrasi bertekanan, campuran dipompa melalui media filtrasi dan alirannya akan mengalami pressure drop. Ampas akan tertahan di media filtrasi dan filtratnya mengalir karena tekanan di dalam fluida. Manfaaat uji filtrasi bertekanan yaitu mendapatkan nilai tahanan ampas dan tahanan medium yang berfungsi untuk menentukan rancangan alat yang lebih besar Pada filtrasi bertakanan, diuji dengan menggunakan variasi perbedaan tekanan. Berdasarkan hasil pengamatan, pressure drop yang lebih kecil membutuhkan waktu yang lebih lama hingga di dapat jumlah filtrate yang sama. Selain itu, jumlah ampas yang di dapat lebih sedikit apabila pressure drop yang digunakan lebih kecil. Oleh karena itu, untuk mendapatkan filtrasi yang baik harus digunakan pressure drop yang besar. Namun, untuk menghasilkan pressure drop yang besar memerlukan daya pompa yang lebih besar dan material filter yang kuat. Pada tiga kali run dengan pressure drop yang berbeda, menghasilkan tahanan ampas dan medium yang berbeda. Tahanan medium (Rm) yang dihasilkan berkurang pada pressure drop yang lebih kecil. Namun, pengaruh pressure drop terhadap tahanan ampas sulit ditentukan. Secara teori tahanan ampas naik pada pressure drop lebih besar. Hal ini dapat terjadi karena selama proses filtrasi terjadi kebocoran pada frame filter, sehingga terdapat ampas yang tidak terfiltrasi oleh medium filter. Hal ini terlihat dari linieritas kurva yang kurang baik yang secara teori persamaan filtrasi seharusnya menghasilkan kurva yang linier. Nilai tahanan ampas dan tahanan medium pada masing masing run berfungsi untuk menentukan tilai tetapan empirik tahanan ampas ( o) dan tahanan medium (Rmo) yang bermanfaat untuk melakukan perancangan alat apabila operasi dilakukan pada kapasitas yang lebih besar. Berdasarkan hasil perhitungan di dapato

sebesar 49317.38 dan Rmo sebesar

380189396,3 pada filtrasi slurry kapur. Pada contoh perancangan alat dengan spesifikasi yaitu pressure drop sebesar 5 bar, kapasitas filtrate sebesar 10000 L, dan waktu operasi selama satu jam membutuhkan luas permukaan medium filtrasi sebesar 2,69 m2.

Kesimpulan a. Pressure drop operasi filtrasi yang lebih besar menghasilkan ampas yang lebih banyak, tahanan ampas dan tahanan medium menjadi lebih besar. b. Faktor yang memengaruhi proses filtrasi bertekanan adalah : y y y y Pressure drop antara aliran masuk dan aliran keluar filter Luas permukaan medium filtrasi Lamanya waktu proses filtrasi Tahanan Ampas dan tahanan medium filtrasi

c. Pada filtrasi slurry kapur di dapat :o

= 49317,38

Rmo = 380189396,3 Oleh : Shelfi Alif N (091411092) Filtrasi merupakan pemisahan campuran padat-cair melalui media filter yang porous sehingga diperoleh hasil padatan (cake) dan cairan (filtrate) berdasarkan perbedaan tekanan dan vakum. Dalam praktikum ini digunakan peralatan filtrasi dengan system batch, yaitu umpan diproses kemudian produk diambil baru proses kembali diulang dalam run yang berbeda. Alat filter press yang digunakan adalah jenis plate and frame yang diatur berlapis satu dengan yang lain dan didukung sepasang jalur (rel). Pada filter press ini, filter ditekan sehingga padatan dalam suspensi akan tersaring pada kain saring, semakin besar tekanan maka padatan yang tertahan akan semakin banyak, akan tetapi perhatikan pada saat memasang kertas saring diharapkan tidak ada kebocoran, sehingga tidak ada berat padatan yang terbuang. Suspensi yang digunakan dalam praktikum ini yaitu kapur yang ditambahkan dalam air. Larutan suspensi tersebut di dalam tangki diaduk secara terus menerus agar tidak terjadi pengendapan. Suspensi masuk pada bagian kepala melalui saluran yang terbentuk oleh lubanglubang dibagian atas pelat, kemudian suspensi mengalir melalui bingkai-bingkai. Filtrat yang dihasilkan ditampung hingga mencapai volume 0,10944 m3

dan dalam kurun waktu tertentu,

sehingga akan terbentuk cake pada screen (kain kanvas) dalam alat filter press (plate & frame), hal ini terlihat dengan semakin melambatnya filtrat yang keluar seiring berjalannya waktu. Pada praktikum dilakukan percobaan dengan variasi perbedaan tekanan, menurut hokum Bernoulli, beda tekan akan berbanding terbalik dengan kecepatan umpan sehingga

mempengaruhi jumlah cake yang didapat. Seharusnya semakin kecil tekanan maka nilai berat cake yang didapat akan semakin besar. Akan tetapi pada praktikum didapat bahwa pada berat padatan (cake),yaitu pada Run 1(P=2,5 bar dan membutuhkan waktu 225 s) sebesar 1,76 kg; Run 2(P=2 bar dan membutuhkan waktu 223 s) sebesar 0,9 kg; Run 3(P=0,5 bar dan membutuhkan waktu 310 s) sebesar 0,58 kg. Dari hasil cake yang didapat, massa cake

mengalami penurunan, padahal terjadi penurunan perbedaan tekanan. Hal tersebut dipengaruhi kebocoran yang telah terjadi mempengaruhi nilai cake yang dihasilkan, sehingga semakin sedikit cake yang dihasilkan. Besar tahanan cake ( ) dan tahanan medium (Rm) filter pun dipengaruhi oleh perbedaan tekanan, sehingga semakin besar nilai perbedaan tekanan maka nilai tahanan cake dan tahanan medium filter akan meningkat pula, tetapi karenan terjadi kebocoran maka nilai tahanan cake dan medium filter mengalami penurunan. Faktor yag mempengaruhi daya filtrasi: y Luas permukaan filter (screen) yang digunakan, semakin luas makan semakin besar daya filtrasinya. y Perbedaan tekanan antara kedua sisi media filter. y Tahanan media filter. y Viskositas slurry yang di gunakan, semakin kecil viskositasnya maka semakin besar daya filtrasinya. Kesimpulan: 1. Filtrasi adalah salah satu proses untuk memisahkan partikel padat yang ada dalam larutan suspensi. 2. Nilai koefisien tahanan cake, koefisien medium filtrat pada praktikum ini adalah sebagai berikut : Run 1 (P= 2,5 bar) = 6,87431x1010 m/kg Rm =1,78342x1011 /m Run 2 ((P= 2 bar) = 1,77176x1011 m/kg Rm = 1,18727x1011 /m Run 3 ((P= 0,5 bar) = 1,63796x1010 m/kg Rm = 7,29034x1010 /m

Lampiran Soal 1 Dik : t = 3600 s V = 10000 L = 10 m3 P = 5x105 Pa Cs = 5,299708filtrat = 0,001

Dit : A (luas Permukaan Filter) di Industri? Jawab : a= b= c=

P (N/m2) 250000 200000 50000

(m/kg) 6.87x1018 1.77x1019 1.64x1018

Rm (/m) 1.78x1015 1.19x1015 7.29x1014

log P 5.397940009 5.301029996 4.698970004

log 18.83722911 19.24840489 18.21430329

log Rm 15.25125363 15.07454949 14.86274778

Mencari nilai b

b=

0+

log = log y = B + Ax

s log P

log dP vs log lamda19.4 19.2 19 18.8 log 18.6 18.4 18.2 18 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 log P 5.2 5.3 5.4 5.5 y = 1.1833x + 12.693 R = 0.7407

Y = 1,183x + 12,69 Log 0 = 12,69 12,69 0= 10 = 49317,3804 m/kg

S = 1,183

b==

= 1442,56 Mencari nilai c

c=

log Rm = log Rm0 + n log P y = B + Ax

log dP vs log Rm15.3 15.25 15.2 15.15 15.1 15.05 15 14.95 14.9 14.85 14.8 4.6 4.7 4.8 4.9 5 y = 0.4837x + 12.58 R = 0.8868

log Rm

5.1 log P

5.2

5.3

5.4

5.5

Y = 0,483x + 12,58 Log Rm0 = 12,58 Rm0 = 1012,69 = 380189396,3 m/kg

c==

n = 0,483

= 430,16 aA2 cA b = 0 (360)A2 (430,16)A (1442,56) = 0 A = 2,69 m2