PEMISAHAN MEKANIS

Bahan yang dipisahkan :

- padat dengan padat - padat dengan cair - Cair dengan cair - gas dengan gas - dst

Prinsip pemisahan :

- beda densitas

- beda ukuran dan bentuk - beda berat atau masa

- beda kelarutan

- beda titik didih

- dst

MENCARI PERBEDAAN

MEMPERBESAR PERBEDAAN

PEMISAHAN MEKANIS :

1. SEDIMENTASI

2. SENTRIFUGASI

3. FILTRASI

4. MEMBRANE SEPARATION

5. AYAKAN

SEDIMENTASI :

Proses pemisahan untuk bahan padatan dan cairan, cair dengan cair yang tidak saling melarutkan, padatan dengan padatan melalui media fluida

Pemisahan tersebut berdasarkan perbedaan densitas, ukuran, bentuk atau kombinasi.

PENGUKURAN KECEPATAN SEDIMENTASI

Kecepatan sedimentasi, diukur dalam bentuk “kecepatan terminal” (terminal velocity)

Fd

Fe Kecepatan terminal dipengaruhi oleh :

1. Ukuran partikel

2. Densitas partikel

3. Bentuk partikel

4. Kekentalan (viskositas medium)

V terminal pada saat Fe = Fd

(gaya eksternal netto = gaya gesek)

Gaya eksternal netto (Fe) = g/gc. V (p – f )

Gaya gesek (Fd) = C f v2 A/2gc

Keterangan : g = gaya gravitasi, gc = tetapan gravitasi, V = volume partikel, p = densitas partikel, f = densitas fluida, C = konstanta gesek, v = kecepatan partikel jatuh/naik, A = luas permukaan partikel.

Dalam keadaan steady : Fe = Fd

gc 2

A v C. ) - ( V .

gc

g 2ffp

Jika partikel berbentuk bola,volume 6

D V

3

Luas permukaan 4

D A

2

Persamaan menjadi :

gcgc 2.4

D . v C.

6

) ( g .D 22f fp

3

gc 8 ). - ( . g.D gc 6 .D . v. C. fp322

f

8 . g D. 6 . v. C. f p2

f

Untk. Aliran laminer menurut Stoke eR

24 C

v.D.

Re f

f v.D.

24 C

8 . g. D. 6.v. . v.D.

24fp

2 f.

f

8 . g D. D

6 v.. .24fp

6 . 24

8 . g. .D v fp

2

.18

g. .D v fp

2

Persamaan tersebut dikenal sebagai Hukum/persamaan Stoke, dengan beberapa asumsi :

1). Partikel berbentuk bola 2). Partikel jatuh bebas 3) jarak antar partikel dan jarak dengan dinding 10-20 kali diamerter partikel 4) Tidak dapat dimampatkan 5) Gaya percepatan merata

Sedimentasi :

Laminer

Turbulen

Hindered settling

Berbentuk bola atau tidak berbentuk bola

Untuk aliran turbulen : 5,0

f

f

C .3

g . D. 4. v

p

C = koefisien gesek

Hk.Stoke Re 2

2 Re 1000 C = 18,5 / NRe0,6 1000 Re 200.000 C = 0,44 Re 200.000 C = 0,20

Jika partikel tidak berbentuk bola ( aliran laminer maupun turbulen), maka dalam persamaam D diganti dengan Ds

Ds = diameter partikel yang di-ekuivalensikan dengan bentuk bola

Bnt.partikel Spheresitas Ds/Davg

Bola

Silinder

h = 2 r

h = 3 r

Prisma

a x a x 2a

a x 2a x 2a

Kubus

Disk (h=r)

1,00

0,874

0,860

0,767

0,761

0,806

0,827

1,00

1,135

1,131

1,564

0,985

1,24

0,909

Silinder h = 2 r , dari tabel Ds/D(avg) = 1,135

Ds = D(avg). 1,135

D(avg)

Dari hasil analisis ayakan (screen analysis)

Dimensi terbesar ke-2

.18

g. .D v fp

2s

5,0

f

fs

C .3

g . .D 4. v

p

Laminer (Stoke)

Turbulen

Untuk Hk. Stoke, : Re 0,3

Re 0,1 ; Re 0,2; Re 2

Hindered settling :

Jika pengendapan dilakukan dengan konsentrasi padatan yang tinggi dalam suatu cairan(fluida) sehingga antar partikel akan saling bersinggungan dan saling berbenturan, partikel yang lebih berat akan membentur partikel yang lebih ringan

Kita ambil kesepakatan laminer jika Re 2

Pengendapan hindered settling :

Kecepatan pengendapan : Ut = Uto ψ ε Ut = kecepatan pengendapan suspensi dalam keadaan hindered settling

Uto = kecepatan terminal pengendapan partikel dalam keadaan jatuh bebas

suspensi volume

padat partikel volume- suspensi volume

ψ ε = 2 . 10 –1,82 (1 – )

Nilai ε bervariasi antara 0,5 – 0,95

Volume padatan / volume suspensi bervariasi aaantara 0,05 – 0,50

Contoh Soal :

Buah arbei dan beberapa buah yang lain yang rusak selama penanganan begitu setelah di panen berhubungan erat dengan kecepatan terminal dalam udara. Hitung kecepatan terminal buah arbei yang berdiameter 0,60 cm, densitas 1120 kg/m3 dalam udara pada tekanan 1 atmosfer pada suhu 20oC. Bila buah tersebut dianggap berbentuk bola

Penyelesaian :

Dianggap benda jatuh bebas dalam keadaan laminer

.18

g. .D v fp

2

D = 0,60 cm = 0,006 m ; g = 9,806 m/dt2 ; µ = 1,828 . 10-5 kg/m dt ; ρp = 1120 kg/m3 ; ρf

= 1,2 kg/m3

5

2

1,828.10 .18

1,2 - 1120 9,806. .0,006 v

.18

g. .D v fp

2

Kecepatan terminal v = 1200 m/dt

Chek bilangan Reynold :

v.D.

Re f

55-

10 4,73. 10 .828,1

1,2 .1200 .0,006 Re

Dengan nilai Re tersebut menunjukkan aliran bukan laminer

Untuk aliran turbulen : 5,0

f

f

C .3

g . D. 4. v

p

Untuk menentukan C, dicari dengan cara pendekatan, yaitu Re >200.000, nilai C = 0,20

dt

m 19,1 1,2 - 1120

1,2 2,0

9,806 0,006

3

4 U

5,0

t

m/dt 13,5 1,2 - 1120

1,2 .44,03

9,806 .0,006 . 4 v

5,0

Chek bil Re:

7.523 10.828,1

0,006 19,1 1,2 N

5Re

Untuk Re = 7.523 (1000 s/d 200.000), digunakan C= 0,44

5.317

10.828,1

0,006 13,5 1,2 N

5Re

Chek bil.Re:

Jadi hasil yang cocok adalah V = 13,5 m/dt, dengan C= 0,44

Chek Bilangan Reynold : v.D.

Re f

5.317

10.828,1

0,006 .13,5 .1,2 Re

5

Jadi hasil yang sesuai adalah kecepatan buah jatuh V = 13,5 m/dt, dengan C = 0,44

Contoh soal :

Tentukan kecepatan pengendapan untuk hindered settling dari partikel padatan yang berbentuk bola dalam air pada suhu 68oF. Diketahui dalam 1140 cm3 suspensi berisi 1206 g partikel padat. Diameter rerata partikel padat adalah 0,0061 in, densitas partikel padat 154 lb/ft3

Penyelesaian :

D = 0,0061/12 ft = 0,000508 ft

Air pada suhu 68oC, ρ = 62,2 lb/ft3 ; μ = 6,72. 10 –4 lb/ft dt

dt

ft 0,0620

10 6,72. .18

32,2 .62,2 - 154 .0,000508 U

4-

2

to

densitas

berat padatan partikel Volume

33

ft 0,0173 lb/ft 154

lb/g 453,6

g 1206

padat partikel Volume

Suspensi 1140 cm3 = 0,0403 ft3

0,57 0,0403

0,0173 - 1

= 2 . 10 –1,82 (1 – ) Ψ (ε )

Ut = Uto . Ψ ( ε )

= (0,57) 2 . 10 –1,82 (0,43) = 0,0540

Maka : Ut = Uto. Ψ ( ε )

Ut = 0,0620. (0,0540) = 0,00340 ft/dt

Chek. Bilangan Reynold (Re)

v.D.

Re f

0,160

10 .72,6

62,2 .0,00340 .10 5,08. Re

4-

-4

Re = 0,160 laminer

Dari hasil percobaan : kecepatan = 0,0039 ft/dt

Soal untuk latihan :

Calculate the settling velocity of dust particle of 60 µm diameter in air at 21oC and 100 kPa pressure. Assume that the particle are spherical and of density 1280 kg m-3, and that the viscosity of air = 1.8 x 10-5 N s m-2 and density of air = 1.2 kgm-3

SEDIMENTASI PARTIKEL DALAM CAIRAN

Dalam silinder vertikal yang berisi suspensi yang seragam jika dibiarkan mengendap, pada suatu saat akan terbentuk beberapa daerah (zone) ;

Pada bagian atas berupa zone jernih, dibawahnya terdapat zone dengan komposisi yang relatif konstan. Konstan karena kecepatan pengendapan yang sama karena ukuran partikel seragam. Pada bagian bawah adalah zone endapan

Tetapi jika ukuran partikel sangat besar variasinya maka zone dengan komposisi tetap tak bisa terjadi, dan terbentuk zone dengan komposisi yang variabel.

Dalam proses pengentalan kontinyu, yaitu cairan jernih diambil dari bagian atas /bagian permukaan, dan bagian padatan/pekatan diambil dari bagian dasar tangki. Maka dapat diperkirakan luasan minimal yang diperlukan, dengan persamaan berikut;

A.

d

dw L - F

vu

vu = kecepatan aliran cairan ke atas F = rasio masa cairan terhadap padatan dalam feed L = rasio masa cairan terhadap padatan pada keluaran

dw/dθ = kecepatan masa padatan masuk; ρ = densitas cairan A = luas area untuk pengendapan dalam tangki

Apabila kecepatan pengendapan partikel adalah v, dan v = vu, maka :

v.

d

dw L - F

A

Persamaan tersebut juga dapat digunakan untuk droplets cairan yang tidak saling melarutkan, seperti pada partikel padatan.

Contoh soal :

Tangki pemisah yang bekerja secara kontinyu digunakan untuk pemisahan minyak dan air. Perkirakan luas area yang diperlukan untuk tangki. Jika diketahui minyak meninggalkan tangki dalam bentuk globula pada diameter 5,1. 10 –5 m. Feed terdiri atas air 4 kg dan minyak 1 kg, air yang meninggalkan tangki tidak mengandung minyak. Feed masuk dengan kecepatan 1000 kg/jam Densitas minyak 894 kg/m3 , suhu air dan minyak 38 oC

Penyelesaian :

Viskositas air pada suhu 38 oC = 0,7 . 10 –3 N dt/m2 Densitas air = 1000 kg/m3 dan diameter globula = 5,1 . 10-5 m

.18

g. .D v fp

2

3-

-5

10 . 0,7 18

894 - 1000 9,81 10 . 5,1 v

v = 2,15. 10 –4 m/dt = 0,77 m/jam

Dianggap mengikuti hukum stokes

dw/dθ = aliran untuk komponen globula minyak

F = 1000 kg/jamAir 4 kg

Minyak 1 kg

5 kg

Flow globula minyak = 1/5 . 1000 = 200 kg/jam

F = 4/1 = 4; dan L = 0

v.

d

dw L - F

A

Luas permukaan yang diperlukan (A)

2m 1,0 1000 77,0

200 0 - 4 A

Jadi luas permukaan tangki yang diperlukan adalah 1 m 2