LABORATORIUM SATUAN OPERASISEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013/2014

MODUL: Nano FiltrasiPEMBIMBING: Iwan Ridwan, MT

Tanggal Praktikum : 2 Juni 2014Tanggal Penyerahan : 9 Juni 2014(Laporan)

Oleh:

Kelompok:V (Lima)Nama:1. Anastasia Natalisa,1214240082. Andri Rismantara,1214240093. Anissa Trisakti S,1214240104. Apit Rian Saputra,121424011Kelas:2A TKPB

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIHJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014

I. TUJUANa. Mahasiswa mengenal karakteristik pemisahan larutan dengan membran nano filtrasi b. Mahasiswa mampu membuat kurva kinerja nano filtrasi dengan tekanan bervariasi:- Pengaruh Tekanan terhadap fluks- Pengaruh tekanan terhadap rejeksiII. LANDASAN TEORI2.1 PendahuluanPemisahan dengan membran pada dekade terakhir menjadi sangat penting di industri proses (terutama operasi pemisahan) karena fleksibilitas, bentuk alat sederhana, pengoperasian mudah, tidak memerlukan koagulan dan bahan kimia pembantu sehingga sangat ekonomis dibandingkan dengan pemisahan konvensional, sangat selektif bahkan untuk polutan dengan konsentrasi sangat rendah, tidak menghasilkan polutan sekunder, dan penggunaannya sangat bervariasi. Membran adalah suatu penghalang (tidak selalu padatan) yang memisahkan dua fasa, yang berfungsi sebagai dinding selektif terhadap perpindahan massa (semi permeabel), sehingga terjadi pemisahan komponen dari campuran. Membran berperan sebagai pengendali laju perpindahan berbagai molekul antara dua fasa cair, dua fasa gas, atau fasa gas dan cair. Kedua fasa cair biasanya saling larut, dan membran sebagai penghalang yang mencegah aliran hidrodinamik. Perpindahan massa dalam membran dikelompokkan sesuai dengan gaya dorongnya.Pemisahan dengan membran dikelompokkan berdasarkan gaya dorong terhadap pemisahan, yaitu: Beda tekanan: mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, osmosis balik, dan piezodialisis Beda konsentrasi: pervaporasi, permeasi gas, dialisis Beda temperatur: termoosmosis, distilasi membran Beda potensial listrik: elektrodialisis, elektroosmosis

Nano FiltrasiPada proses ini tekanan digunakan untuk memisahkan molekul ataupun partikel sesuai ukuran pori membran. Pada tabel 1 ditunjukkan berbagai jenis pemisahan berdasarkan besarnya tekanan, ukuran pori, dan penggunaan di industri.

`Nanofiltrasi adalah proses filtrasi membran yang relatif baru yang sering digunakan pada air yang mengandung total padatan terlarut rendah seperti air permukaan dan air tanah yang segar, bertujuan untuk pelunakan (penghilangan kation polivalen) dan penghilangan disinfeksi oleh produk prekursor seperti bahan organik alami dan bahan organik sintetik. Nanofiltrasijugasemakinbanyak digunakan dalam aplikasi pengolah makanan seperti susu, untuk konsentrasi simultan dan parsial (ionmonovalen) demineralisasi.Nanofiltrasi (NF) adalah lintas aliran teknologi filtrasi yang berkisar antara ultrafiltrasi (UF) dan reverse osmosis (RO). Ukuran pori membran biasanya sekitar 1 nanometer. Membran Nanofilter biasanya diukur dari berat molekul cut-off (MWCO) daripada ukuran pori nominal. MWCO ini biasanya kurang dari 1000 unit massa atom (dalton). Tekanan transmembran (penurunan tekanan di seluruh membran) yang diperlukan lebih rendah (sampai dengan 3 Mpa) daripada yang digunakan pada RO, mengurangi biaya operasional secara signifikan. Namun, membran NF masih tergantung pada skala dan pengotor, dan sering mengubah seperti anti-scalant yang diperlukan untuk digunakan.

Metode mekanik ataukimia dapat digunakan untuk efektivitas teknik filtrasi. Satu kelas teknik filtrasi didasarkan pada penggunaan membran dengan ukuran lubang yang sesuai, dimana cairan ditekan melalui membran. Membran nanoporous yang cocok untuk filtrasi mekanis dengan pori-pori sangat kecil lebih kecil dari 10 nm (inilah yang mendasari pemberian nama nanofiltrasi) dan dapat terdiri dari nanotube. Nanofiltrasi terutama digunakan untuk menghilangkan ion atau pemisahan cairan yang berbeda.

Konfigurasi MembranBerbagai konfigurasi membran tersedia sesuai kondisi umpan dan proses, namun yang digunakan pada modul NF ini adalah spiral wound

Di dalam ultrafiltrasi dan nanofiltrasi, solut yang berupa makromolekul tidak dapat menembus membran. Konsentrasi solut biasanya sangat rendah, tekanan osmosis juga sangat rendah dan dapat diabaikan, sehingga fluks adalah:

Solut yang ditolak oleh membran akan terakumulasi pada permukaan membran. Dengan penurunan tekanan yang makin besar dan akumulasi solut, maka terjadilah polarisasi konsentrasi. c1 adalah konsentrasi solut fasa curah, dan cs konsentrasi solut pada permukaan membran (kg solut/m3).Kenaikanpressure drop akan meningkatkan fluks solven (Nw), sehingga meningkatkan jumlah solut ke membbran. Konsentrasi cs akan meningkat dan mendifusi balik dari membran ke larutan curah. Pada kondisi steadyfluks konvektif sama dengan fluks difusi:

DAB : difusivitas solut di dalam solven (m2/s);x: jarak, mIntegrasi dengan batas x = 0 dan c = cs c1:

kc : koefisien perpindahan massa (m/s); Jika pressure drop terus meningkat maka solut yang terakumulasi akan membentuk jel padat sehingga cs = cg III. ALAT dan BAHANAlat yang digunakan :1. 2. Rangkaian alat nano filtrasi3. Refraktometer atau Brix-meter4. Beaker glass 50 ml, 4 buah5. Beaker glass 250 ml, 2 buah6. Beaker glass 2 liter, 1 buah7. Gelas ukur 250 ml, 2 buah8. Gelas ukur 25 ml, 1 buah9. Stop watch10. Pipet tetes11. Corong plastik12. Timbangan analitik

Bahan yang digunakan :1. Aquades2. Glukosa teknis

Skema rangkaian alattangki umpanModul NF

IV. LANGKAH KERJABuat larutan glukosa 4% ( 80 gram glukosa dalam 2 liter air)

Lakukan operasi nano filtrasi sampai kondisi dianggap steady-state ( 3menit), catat tekanan pada permeat dan retentat

Ukur laju alir retentat dan permeat

Ambil sampel umpan, permeat, dan retentat dan ukur brix dengan menggunakan brix meter/refraktometer

Ulangi operasi nano filtrasi untuk tekanan yang berbeda

V. DATA PENGAMATAN

Operasi ke-P ( psi )Brix ( % )Q ( mL / det )

PermeatRetentatUmpanRetentat PermeatPermeatRetentat

1464233013.3460.431

2706433.109.8330.578

3564833.109.2220.556

VI. PENGOLAHAN DATA

Rejeksi =

Operasi ke-P ( psi )PBrix ( % )Rejeksi (%)

PermeatRetentatPermeatUmpan

14642403100

27064603100

35648803100

VII. PEMBAHASANPraktikum nanofiltrasi adalah salah satu metode pemisahan suatu solut dari solvennya dengan menggunakan membran yang sesuai dengan ukuran solute yang akan dipisahkan. Nanofiltrasi merupakan teknologi filtrasi yang berkisar antara ultrafiltrasi (UF) dan reverse osmosis (RO). Ukuran pori membran biasanya sekitar 1 nanometer. Praktikum kali ini bertujuan untukmengenal karakteristik pemisahan larutan dengan membran nano filtrasi, serta pengaruh tekanan (driving force) terhadap rejeksi dan fluks.Pada percobaan kali ini, digunakan larutan gula dengan konsentrasi 4% sebagai umpan. Lalu operasi dilakukan selama 3 menit untuk mendapatkan kondisi steady-state, Di dalam nanofiltrasi, solut (gula) yang berupa makromolekul tidak dapat menembus membran. Konsentrasi solut biasanya sangat rendah, tekanan osmosis juga sangat rendah dan dapat diabaikan, sehingga fluks adalah:

Operasi ke-P ( psi )Brix ( % )Q ( mL / det )

PermeatRetentatUmpanRetentat PermeatPermeatRetentat

14642433013.3460.431

27064633.109.8330.578

35648833.109.2220.556

Dari hasil percobaan didapatkan variasi yang kemudian dapat kita tentukan untuk melihat pengaruh terhadap fluks dan rejeksi. Aw adalah nilai konstanta permeabilitas solven (air). Nilai Aw dianggap konstan, sehingga dari hasil percobaan dapat ditentukan bahwa nilai fluks (Nw) akan sebanding dengan nilai Semakin tinggi operasi maka semakin tinggi fluks.Sementara itu, untuk nilai % rejeksi pada ketiga operasi sama yaitu 100%, hal ini menunjukan bahwa alat nanofiltrasi efektif untuk proses pemisahan air dari solutnya (gula). Namun berdasarkan teori, Solut yang ditolak oleh membran akan terakumulasi pada permukaan membran. Dengan penurunan tekanan yang makin besar dan akumulasi solut, maka terjadilah polarisasi konsentrasi. Peningkatan beda tekanan dapat menyebabkan solute menerobos membrane, sehingga % rejeksi akan menurun. Pada percobaan kali ini, tidak terjadi demikian karena kenaikan nilai beda tekanan tidak ter;lalu jauh, sehingga perubahan rejeksi tidak terlalu berpengaruh. Selain itu juga, pada percobaan kali ini, digunakan Brix-meter untuk mengukur konsentrasi dari permeat dan retentat, nilai konsentrasi yang kecil tidak dapat di deteksi oleh alat ini.Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa kenaikan konsentrasi di retentat berbanding lurus dengan laju alir permeat, hal ini menunjukan bahwa semakin banyak solute yang terpindahkan ke retentat dan air semakin banyak terpindahkan ke permeat.

VIII. KESIMPULAN Kenaikan pressure drop akan meningkatkan fluks solven (Nw), pressure drop mempengaruhi % rejeksi dari proses, namun pada percobaan kali ini didapatkan nilai % rejeksi yang konstan yaitu 100%. Hal ini menunjukan alat nanofiltrasi asih dalam kondisi baik, dan juga kenaikan pressure drop yang tidak terlalu tinggi tidak terlalu mempengaruhi adanya perubahan nilai % rejeksi.

IX. DAFTAR PUSTAKARaymond D. Letterman (ed.)(1999). "Water Quality and Treatment." 5th Ed. (New York: American Water Works Association and McGraw-Hill.)ISBN 0-07-001659-3.http://www.waterpluspure.com/news/9/Teknologi-Membran-Mikro-Filtasi-Ultrafiltrasi-Nanofiltrasi-dan-Reverse-Osmosis