Print LAPORAN Fil

ABSTRAK

Filtrasi merupakan suatu operasi dimana campuran heterogen antara fluida dan

partikel-partikel padatan dipisahkan oleh media filter yang meloloskan fluida dan

menahan partikel-partikel padatan. Jenis alat filtrasi yang digunakan pada percobaan ini

adalah plate and frame filter press, bekerja berdasarkan driving force berupa beda

tekan.

Pada percobaan ini dilakukan proses filtrasi slurry CaCO3 menggunakan plate

and frame filter press dengan filter cloth kain jeans yang membungkus frame. Perolehan

filtrat akan diukur setiap selang waktu tertentu sehingga didapatkan hubungan antara

keduanya. Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan karakteristik penyaringan

berupa hubungan waktu dengan perolehan filtrat, menentukan pengaruh konsentrasi

slurry dan beda tekan proses filtrasi terhadap tahanan pada medium filter maupun cake

pada saat operasi penyaringan.

Variasi pada percobaan ini adalah jumlah plate and frame sebanyak 2 dan 4

buah yang dirangkai berselang-seling, beda tekan pada bagian suction dan discharge

sebesar 2 psig dan 4 psig, dan jumlah putaran pengaduk setiap menit sebesar 600 rpm

dan 900 rpm. Seluruh variasi tersebut akan dilakukan pada konsentrasi slurry 2%,

dengan mengambil volume filtrasi sebesar 300 mL dalam selang waktu tertentu untuk

setiap data. Setiap run memerlukan minimal 8 buah data untuk dapat membuat

persamaan garis yang valid, dengan total jumlah run yang diperlukan adalah 8 run.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin tinggi beda tekan yang diberikan,

semakin tinggi pula resistansi spesifik cake dan semakin rendah nilai rasio cake.

Semakin banyak jumlah plate and frame yang digunakan, semakin kecil nilai resistansi

spesifik cake per frame, tetapi semakin besar secara total. Kecepatan pengadukan tidak

berpengaruh terhadap resistansi spesifik cake, kecuali campuran belum homogen. Nilai

resistansi spesifik cake diperoleh dalam rentang 3,81 x 108 – 1,67 x 109 (m/kg). Nilai

tahanan medium filter rata-rata yang diperoleh adalah 9,47 x 109 (m-1).

Kata kunci : cake, plate and frame, slurry, resistansi spesifik

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Filtrasi adalah operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan dengan

melewatkan umpan (padatan + cairan) melalui medium penyaring. Proses filtrasi umum

dilakukan di industri, seperti pada pemurnian air minum, pemisahan kristal-kristal

garam dari cairan induknya, pabrik kertas dan lain-lain. Pada proses filtrasi, umpan

mengalir disebabkan adanya perbedaan tekanan, contohnya seperti gaya gravitasi atau

tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif

lebih kecil dibandingkan zat cairnya. Salah satu alat filtrasi yang umum digunakan

adalah jenis plate and frame, alat digunakan pada percobaan kali ini.

Alat tersebut dilengkapi dengan filter cloth yang membungkus frame dan dijepit

oleh plate pada kedua sisinya. Filter cloth tersebut bertindak sebagai medium filter

dimana terjadi pemisahan antara padatan dan cairan. Cairan filtrat akan diteruskan,

sedangkan padatan akan tertahan di frame dan filter cloth. Padatan tersebut akan

terakumulasi dan menjadi cake, cake tersebut menjadi hambatan baru bagi aliran

umpan. Setelah beberapa lama ruang antara plate akan tertumpuk oleh slurry dan lama

kelamaan umpan akan berhenti mengalir. Jika hal ini terjadi, maka cloth harus segera

dicuci dengan menyalurkan air bersih ke dalam plate dan keluar melalui frame.

1.2 Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah menentukan karakteristik filtrasi

(penyaringan), yaitu hubungan waktu dengan perolehan filtrat dan memahami tahanan /

hambatan yang terdapat pada medium filter, maupun cake pada operasi filtrasi. Oleh

karena itu diperlukan tujuan khusus untuk mencapai tujuan tersebut, yaitu menentukan

persamaan penyaringan pada tekanan tetap, menghitung tahanan medium penyaring dan

tahanan spesifik padatan saring, menentukan pengaruh tekanan, jumlah plate and frame,

serta kecepatan pengadukan terhadap tahanan spesifik padatan dan kekeringan padatan.

BAB II

METODOLOGI PERCOBAAN

1

2.1 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah:

• Plate and frame filter press Cawan penguapan Tangki suspensi Filter cloth (kain jeans)

Oven Pengeruk cake

Stopwatch Pressure gauge

Ember Selang

Kompresor Gelas ukur 500 mL

Timbangan Motor pengaduk

Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah:

• Air

• Bubuk CaCO3

2.2 Skema Alat

Gambar 2.1 Skema alat plate and frame filter press 2.3 Langkah-langkah Percobaan

Langkah-langkah pada percobaan ini secara garis besar dapat dibagi menjadi 3 bagian

utama, yaitu persiapan alat, pembuatan slurry CaCO3, dan proses filtrasi itu sendiri.

2

2.3.1 Persiapan Alat

Kain jeans sebagai filter cloth dikenakan pada frame sehingga frame terbungkus. Plate

and frame dirangkai bergantian sesuai variasi, yaitu dua buah dan empat buah. Lubang

pada kain jeans disesuaikan dengan lubang pada frame dan plate tepat menembus.

Kemudian perangkat plate and frame filter press ditekan hingga rapat menggunakan

pemutar hidrolik untuk menghindari kebocoran. Selanjutnya tangki suspensi disiapkan

dengan cara memastikan valve blow down dalam keadaan tertutup dan valve menuju

alat filtrasi terbuka. Tangki suspensi nantinya akan diisi oleh umpan berupa slurry

CaCO3 dengan cara membuka bagian atasnya menggunakan kunci. Kompresor

digunakan untuk mengalirkan udara tekan ke dalam tangki suspensi agar slurry

mengalir dalam alat filtrasi. Kompresor bekerja secara otomatis, ketika dicolokkan ke

sumber listrik akan langsung menyala dan mengalirkan udara. Saklar listrik dimatikan

terlebih dahulu, kemudian kompresor dicolokkan ke sumber listrik setelah itu saklar

listrik dinyalakan. Pada kompresor terdapat valve untuk mengatur aliran udara yang

memasuki tangki suspensi.

2.3.2 Pembuatan Slurry CaCO3

Campuran slurry ini terdiri dari air dan bubuk CaCO3 yang akan dimasukkan ke dalam

tangki suspensi. Jumlah CaCO3 yang dimasukkan ditentukan dengan sebelumnya

menentukan volume filtrat yang akan diambil untuk setiap selang waktu tertentu dalam

satu run. Volume filtrat yang akan diambil sejumlah 300 mL untuk tiap selang waktu

dan data diambil sebanyak 15 kali. Volume filtrat yang dibutuhkan untuk 8 run adalah

36 L ditambah dengan 20 L untuk mencegah pengaduk tidak tercelup ke dalam cairan,

densitas air adalah 1 kg/L sehingga didapatkan kebutuhan air sebanyak 56 kg untuk 8

run.

Variasi konsentrasi slurry pada percobaan ini adalah 2% dan 4%. Massa CaCO3

yang dibutuhkan untuk 8 run pada konsentrasi slurry 2% adalah 1,143 kg, sedangkan

untuk konsentrasi slurry 4% dibutuhkan 2,333 kg CaCO3. Air dimasukkan sejumlah 56

L ke dalam tangki suspensi kemudian diikuti dengan bubuk CaCO3 dimasukkan sesuai

variasi. Setelah itu motor pengaduk dinyalakan untuk mencampur hingga terbentuk

slurry, jumlah putaran per menit dari motor pengaduk divariasikan sebesar 600 rpm dan

900 rpm.

3

2.3.3 Proses Filtrasi

Proses filtrasi dimulai dengan mengalirkan udara tekan dari kompresor ke dalam tangki

suspensi. Udara ditekan oleh kompresor sesuai dengan variasi beda tekan, yaitu 2 psig

dan 4 psig. Beda tekan diukur dari hasil pengurangan discharge dan suction, tekanan

suction disesuaikan dengan mengatur bukaan valve kompresor lalu dibaca nilainya dari

pressure gauge, sedangkan tekanan discharge dianggap atmosferik. Kemudian volume

filtrat yang dihasilkan ditampung dengan gelas ukur untuk mengukur volumenya,

setelah mencapai volume 300 mL selang waktu yang dibutuhkan dicatat. Percobaan

diulangi sebanyak 15 kali untuk mendapatkan data minimal 8 titik pada kurva selang

waktu terhadap volume filtrat pada satu run.

Setelah satu run selesai dilakukan, alat filtrasi dibongkar dan cake yang terdapat pada

kain jeans serta pada frame dikeruk lalu ditimbang diatas timbangan menggunakan

cawan penguapan yang sebelumnya sudah diketahui massanya. Setelah itu, cake

dimasukkan ke dalam oven untuk mengeringkannya. Setelah kering, cake kembali

ditimbang sehingga dari selisih antara massa cake sebelum dan setelah pengeringan

didapatkan massa air dalam cake. Sebelum alat filtrasi disiapkan kembali, kain jeans

dibersihkan terlebih dahulu beserta plate dan frame yang dipakai. Kemudian alat

dirangkai kembali untuk memulai run berikutnya, prosedur yang sama dilakukan untuk

seluruh run selanjutnya sampai percobaan selesai.

4

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Penentuan Persamaan Filtrasi Pada Tekanan Tetap

Karakteristik filtrasi dapat dilihat dari volume filtrat yang dihasilkan setiap selang

waktu tertentu, hubungan antara waktu dan volume filtrat diperlihatkan pada persamaan

yang dihasilkan dari penurunan Hukum Darcy pada sistem filtrasi batch tekanan tetap

dengan asumsi cake bersifat incompressible, yaitu persamaan 3.1 di bawah.

(3.1)

Terlihat dari persamaan 3.1 di atas bahwa hubungan antara waktu dan volume filtrat

dapat diperoleh dengan menentukan nilai Kp dan B. Nilai Kp dan B menjadi

karakteristik proses filtrasi itu sendiri, nilai Kp diperoleh dengan mengalikan dua nilai

gradien dari kurva t/V terhadap V, sedangkan nilai B diperoleh dari intercept kurva t/V

terhadap V. Data persamaan filtrasi untuk setiap variasi percobaan (run) ditampilkan

pada Tabel 3.1 di bawah.

Tabel 3.1 Persamaan Filtrasi Pada Setiap Run Percobaan Konsentrasi

Slurry

(% massa)

Beda

Tekan

(psig)

Kecepatan

Pengadukan

(rpm)

Jumlah

Plate and

Frame Persamaan Kp B

2 2 600 2 t/V = 2x106V + 26738 4x106 26738

4 600 2 t/V = 106V + 20830 2x106 20830

2 900 2 t/V = 2x106V + 25250 4x106 25250

4 900 2 t/V = 962922V + 18412 1925844 18412

2 900 4 t/V = 629124V + 14255 1258248 14255

4 900 4 t/V = 416066V + 11544 832132 11544

2 600 4 t/V = 459516V + 15349 919032 15349

4 600 4 t/V = 431099V + 11875 431099 11875

Secara lebih jelas, kurva hubungan antara t/V dan V ditunjukkan pada Gambar

5

3.1 sampai Gambar 3.8 di bawah.

Gambar 3.1 Kurva hubungan t/V terhadap V pada beda tekan 2 psig, kecepatan

pengadukan 600 rpm, jumlah plate and frame 2 dan konsentrasi slurry 2% (Run 1)



6

V(m3)

y = 2,11E+06x + 2,67E+04R² = 0,9709

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 1,008E+06x + 2,083E+04R² = 9,725E-01

t/V(s/m3)





7

V(m3)

y = 1,93E+06x + 2,53E+04R² = 9,93E-01

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 962922x + 18412R² = 0,9706

t/V(s/m3)





8

V(m3)

y = 629124x + 14255R² = 0,9631

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 416066x + 11544R² = 0,9608

t/V(s/m3)





9

V(m3)

y = 459516x + 15349R² = 0,9682

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 459516x + 15349R² = 0,9682

t/V(s/m3)

3.2 Resistansi Medium Filter

Resistansi medium filter merupakan hambatan dari medium filter yang digunakan

(jeans) terhadap aliran fluida yang menembusnya. Nilai resistansi medium filter yang

diperoleh untuk setiap run percobaan ditampilkan pada Tabel 3.2 di bawah.

Tabel 3.2 Nilai Resistansi Medium Filter Pada Setiap Run Percobaan

Konsentrasi

Slurry

(% massa)

Beda

Tekan

(psig)

Kecepatan

Pengadukan

(rpm)

Jumlah

Plate and

Frame

Resistansi Medium

Filter (m-1)

2 2 600 2 9,79x109

4 600 2 1,53x1010

2 900 2 9,25x109

4 900 2 1,35x1010

2 900 4 5,22x109

4 900 4 8,45x109

2 600 4 5,62x109

4 600 4 8,70x109

Terlihat pada Tabel 3.2 bahwa resistansi medium filter mengalami kenaikan pada beda

tekan yang lebih besar dengan kondisi kecepatan pengadukan dan jumlah plate and

frame yang sama. Seharusnya pada kondisi di mana medium filter yang digunakan

sama, resistansi medium filternya memiliki nilai yang sama.

Hal seperti di atas, di mana nilai resistansi medium filter berbeda dapat

disebabkan jeans yang dipakai tidak 100% homogen sehingga potongan yang satu

memiliki nilai resistansi berbeda dengan yang lainnya. Beda tekan juga memiliki

pengaruh terhadap nilai resistansi medium filter tersebut, semakin meningkatnya beda

tekan membuat partikel-partikel padatan terdesak masuk dan menutupi beberapa pori

dari medium filter membuat tahanan medium filter meningkat, sedangkan pengaruh dari

swelling (pembengkakan) pada nilai resistansi medium filter tidak signifikan, terlihat

bahwa pada kenaikan beda tekan seharusnya membuat medium filter mengalami

10

swelling sehingga tahanannya berkurang, tetapi nilai resistansi yang diperoleh

menunjukkan kenaikan.

3.3 Pengaruh Tekanan Terhadap Resistansi Spesifik Cake dan Kekeringan Cake

Resistansi cake merupakan hambatan terhadap aliran fluida yang mengalir akibat

terbentuknya cake sedangkan resistansi spesifik cake merupakan besarnya beda tekan

yang dihasilkan per satuan kilogram padatan yang terkandung dalam cake. Kekeringan

cake adalah rasio dari massa cake basah terhadap massa cake kering sehingga semakin

besar rasio cake menunjukkan cake yang semakin kering. Nilai resistansi dan

kekeringan cake akan berbeda sesuai dengan variasi percobaan yang dilakukan karena

dengan kondisi yang berbeda akan dihasilkan jumlah dan kondisi cake yang berbeda

pula. Nilai resistansi cake dan kekeringan cake pada setiap run percobaan ditampilkan

pada Tabel 3.3 di bawah.

Tabel 3.3 Nilai Resistansi Spesifik Cake Pada Setiap Run Percobaan

Konsentrasi

Slurry

(% massa)

Beda

Tekan

(psig)

Kecepatan

Pengadukan

(rpm)

Jumlah

Plate

and

Frame

Resistansi Spesifik

Cake (m/kg)

Rasio

Cake

2

2 600 2 1,66x109 1,278351

4 600 2 1,67x109 1,140046

2 900 2 1,65x109 1,493069

4 900 2 1,59x109 1,425968

2 900 4 5,22x108 1,345972

4 900 4 6,92x108 1,215739

2 600 4 3,81x108 1,294004

4 600 4 7,17x108 1,193651

Seperti yang terlihat pada Tabel 3.3 bahwa masing-masing variasi memiliki pengaruh

tersendiri terhadap nilai resisitansi spesifik dan kekeringan cake. Pengaruh

masingmasing variasi di atas, yaitu tekanan, kecepatan pengadukan, dan jumlah plate

and frame akan dibahas lebih lanjut pada bagian 3.3.1, 3.3.2, dan 3.3.3.

11

3.3.1 Pengaruh Tekanan Terhadap Resistansi Spesifik dan Kekeringan Cake

Nilai resistansi spesifik cake dipengaruhi pleh faktor tekanan seperti terlihat pada Tabel

3.3. Semakin tinggi tekanan, resistansi spesifik cake cenderung mengalami kenaikan

terutama terlihat pada kondisi jumlah plate and frame yang dipakai 4 buah. Pengaruh

tekanan secara lebih jelas ditampilkan pada Gambar 3.9 dan Gambar 3.10 di bawah.

Gambar 3.9 Pengaruh variasi tekanan terhadap nilai resistansi spesifik cake pada

kecepatan pengadukan 600 rpm dan 900 rpm serta jumlah plate and frame 2 dan 4

12

N=4; V=900 rpm

N=4; V = 600 rpm

N= 2; V = 900 rpm

N =2; V= 600 rpm

P (kPa)Δ

m/kg)

(

9-x 10

α

3020100

8

7

6

5

4

3

2

1

0

N=4; V =900 rpm

N=4; V = 600 rpm

N= 2; V = 900 rpm

N =2; V= 600 rpm

P (kPa)Δ

m

302520151050

6,1

,41

1 2,

1

0,8

,0 6

0,4

0,2

0

Gambar 3.10 Pengaruh variasi tekanan terhadap nilai kekeringan cake pada kecepatan

pengadukan 600 rpm dan 900 rpm serta jumlah plate and frame 2 dan 4

Pada Gambar 3.9 di atas terlihat bahwa pengaruh tekanan jelas terlihat pada jumlah

plate and frame 4 buah, sedangkan pada jumlah plate and frame 2 buah pengaruh

tekanan tidak terlalu signifikan. Semakin meningkatnya nilai resistansi spesifik cake

disebabkan semakin banyaknya padatan yang tertekan pada jeans dan membuat

penumpukan cake yang terjadi lebih cepat. Beda tekan yang besar membuat laju alir

slurry meningkat dan akumulasi cake yang terbentuk juga lebih banyak sehingga massa

cake yang dihasilkan lebih besar dan mempengaruhi resistansi spesifik cake.

Pada Gambar 3.10 terlihat bahwa semakin besar tekanan membuat rasio cake yang

dihasilkan menurun. Hal ini berarti cake yang dihasilkan semakin sedikit mengandung

air, dengan kata lain semakin kering. Fenomena ini terjadi karena semakin banyak air

yang terdorong melewati medium filter dan dengan disertai oleh peningkatan resistansi

spesifik cake membuat padatan yang tersaring semakin sedikit mengandung air

sehingga perbandingan antara massa cake basah dan kering menjadi kecil.

3.3.2 Pengaruh Jumlah Plate and Frame Terhadap Resistansi Spesifik dan

Kekeringan Cake

Nilai resistansi spesifik cake dipengaruhi jumlah plate and frame seperti terlihat pada

Tabel 3.3. Semakin banyak jumlah plate and frame yang dipakai membuat nilai

resistansi spesifik cake semakin rendah. Rasio cake yang dihasilkan tidak terlihat

dipengaruhi oleh jumlah plate and frame karena tidak ada kecenderungan tertentu yang

terlihat pada jumlah plate and frame 2 dan 4. Pengaruh jumlah plate and frame secara

lebih jelas diperlihatkan pada Gambar 3.11.

Semakin banyak jumlah plate and frame akan membuat nilai resistansi spesifik

cake menurun karena nilai tersebut diambil untuk satu buah frame, sedangkan yang

sebenarnya dipakai adalah 2 dan 4 buah frame. Pada kondisi dengan 2 buah frame,

resistansi spesifik akan bernilai lebih besar karena cake yang terakumulasi hanya pada

kedua frame tersebut, sedangkan pada kondisi dengan 4 buah frame, cake terakumulasi

13

pada 4 buah frame yang membuat nilai resistansi spesifik cake untuk satu buah frame

lebih kecil dengan resistansi total frame yang lebih besar.

Gambar 3.11 Pengaruh variasi jumlah plate and frame terhadap resistansi spesifik

cake pada beda tekan 2 psig dan 4 psig serta kecepatan pengadukan 600 rpm dan 900

rpm

3.3.3 Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Resistansi Spesifik dan

Kekeringan Cake

Pengadukan berfungsi untuk mempercepat proses pencampuran (homogenisasi)

air dengan bubuk CaCO3 yang dituangkan ke dalam tangki suspensi. Pencampuran

dilakukan agar terbentuk slurry CaCO3 yang homogen dan tidak terbentuk endapan

CaCO3 pada dasar tangki. Kecepatan pengadukan akan mempengaruhi seberapa cepat

campuran menjadi homogen atau seberapa homogen campuran yang terjadi. Pada

kondisi di mana campuran sudah menjadi homogen, maka perbedaan kecepatan

pengadukan tidak berpengaruh terhadap nilai resistansi spesifik cake dan kekeringan

cake. Pada kondisi tersebut, air dan padatan CaCO3 dianggap sudah tercampur

sempurna dan tidak terjadi endapan kapur pada bagian bawah tangki. Pengaruh

kecepatan pengadukan terhadap nilai resistansi spesifik cake secara lebih jelas

ditampilkan pada Gambar 3.12 di bawah.

14

=900rpmDelta P = 4 psig; V

rpmDelta P = 4 psig; v= 600

rpmDelta P = 2 psig; V=900

rpmDelta P = 2 psig ; V =600

umlah plate (buah)J

m/kg(

9 -x 10

α

543210

8,1

,1 6

1,4

2,1

1

80,

,60

0,4

2,0

0

Gambar 3.12 Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap resistansi spesifik cake pada

beda tekan 2 psig dan 4 psig serta jumlah plate and frame 2 dan 4

Terlihat pada Gambar 3.12 di atas bahwa kecepatan pengadukan relatif tidak

berpengaruh terhadap nilai resistansi spesifik cake, tetapi terlihat pengecualian pada

kondisi beda tekan 2 psig dengan jumlah plate and frame 4. Pada kondisi tersebut,

dengan meningkatnya kecepatan pengadukan, diperoleh nilai resistansi spesifik cake

yang semakin besar. Hal ini terjadi karena campuran pada tangki suspensi belum

bersifat homogen pada kecepatan pengadukan yang rendah sehingga padatan yang

terbawa aliran menjadi sedikit jumlahnya. Sedikitnya jumlah padatan yang terbawa

aliran membuat nilai resistansi spesifik cake yang dihasilkan pun menjadi lebih rendah

dari yang seharusnya. Sebaliknya, pada kecepatan pengadukan 900 rpm diperoleh

campuran yang homogen sehingga nilai resistansi spesifik cake lebih tinggi.

3.4 Perbandingan Metode Perhitungan Baru dan Konvensional untuk Tahanan

Medium Filter dan Tahanan Cake

Keunggulan dari metode baru dibandingkan dengan metode adalah tahanan cake

dan tahanan filter cake dapat diperoleh hanya dengan satu kali run saja pada rentang

tekanan dan temperatur tertentu dibandingkan dengan metode konvensional yang

mengharuskan pengambilan data dari beberapa run tertentu. Data perbandingan antara

perhitungan baru dan konvensional untuk tahanan medium filter disajikan pada Tabel

3.4.

15

N=4 ; delta P = 4 psig

N =4 ; delta P =2 psig

N=2 ; delta P = 4 psig

N=2; delta P = 2 psig

ecepatan motor (rpm)K

m/kg(

9 -x 10

α

10008006004002000

8,1

6,1

4,1

2,1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Tabel 3.4 Perbandingan hasil perhitungan resistansi filter dan tahanan cake antara metode baru dan metode konvensional

Run

Rm α

Metode konvensional

Metode baru

Metode konvensional

Metode baru

1 9,79E+09 2,56E+09 1,75E+09 7,17E+09 2 1,53E+10 3,72E+10 1,68E+09 1,15E+09 3 9,25E+09 2,54E+09 1,60E+09 5,56E+09 4 1,35E+10 5,09E+10 1,59E+09 5,51E+09 5 5,22E+09 1,26E+09 5,22E+08 3,04E+08 6 8,45E+09 1,98E+09 6,92E+08 5,96E+08 7 5,62E+09 1,26E+09 3,81E+08 3,26E+08 8 8,70E+09 2,04E+09 7,17E+08 6,25E+08

Dai tabel 3.4 dapat dilihat bahwa perhitungan tahanan spesfik cake dan tahanan medium

filter dari metode konvensional dan metode baru tidak menunjukkan perbedaan yang

terlalu signifikan.

BAB IV

16

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan percobaan ini yang dilakukan pada konsentrasi slurry 2%,

kecepatan pengadukan 600 rpm dan 900 rpm, jumlah plate and frame 2 dan 4 buah,

serta beda tekan 2 psig dan 4 psig, disimpulkan bahwa :

1. Semakin tinggi beda tekan, semakin tinggi pula nilai resistansi spesifik cake

2. Semakin tinggi beda tekan, semakin kecil rasio cake yang dihasilkan,

dengan kata lain cake semakin kering

3. Semakin banyak jumlah plate and frame yang digunakan, semakin rendah

nilai resistansi spesifik cake untuk setiap frame, tetapi semakin tinggi untuk

keseluruhan total jumlah frame

4. Kecepatan pengadukan tidak berpengaruh terhadap nilai resistansi spesifik

cake, kecuali campuran dalam tangki suspensi belum bersifat homogen

5. Rentang nilai resistansi spesifik cake berada pada : 3,81 x 108 – 1,67 x 109

(m/kg)

6. Nilai tahanan medium filter rata-rata adalah 9,47 x 109 (m-1)

4.2 Saran

Setelah melakukan percobaan ini, beberapa saran yang diberikan adalah :

1. Cawan penguapan sebaiknya diperbanyak untuk dapat menampung cake

dengan lebih baik, tidak sampai meluap

2. Plate yang digunakan sebaiknya diberi penyangga yang lebih panjang untuk

menghindari terjatuh saat pembongkaran alat

3. Tangki suspensi sebaiknya dilengkapi dengan sight glass untuk mencegah

pengaduk yang tidak tercelup cairan dan mempermudah dalam

memperkirakan volome cairan tambahan yang diperlukan

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, Christ i e Jean. 1993. Transport Process and Unit Operations, 3rd

17

Edition.Englewood Cliffs. New Jersey: Prent i ce-Hall Inc.

Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 5rd Edition,

McGrawHill Book Co.

Teoh, S.K.; Tan, R.B.H; Tien C., “A New for determining specific filter cake resistance

from filtration data”, Chemical Engineering Science 61 (2006) 4957 – 4965

LAMPIRAN A

DATA DARI LITERATUR

18

A.1 Data Densitas Air Berbagai Temperatur

Tabel A.1 Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur

Lanjutan Tabel A.1

19

Sumber : Perry, Robert H. Don W Green(1999). Perry’s Chemical Engineers 7th edition, Mc

Graw-Hill Companies halaman 97-98

20

A.2 Data Viskositas Air

Tabel A.2 Viskositas Air berbagai Temperatur pada Tekanan 1 atm

Sumber : Geankoplis, Christie J. 1993. Transport Processes and Unit Operations 3rd

Edition. Prentice Hall International, Inc. halaman 855

21

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

B.1 Perhitungan Luas Permukaan Filtrasi (A)

A = luas bujur sangkar – 2 x luas lingkaran (B.1)

= (0,153 x 0,153) –

= 0,0232 m2

B.2 Perhitungan Rasio Cake (m)

(B.2)

B.3 Perhitungan Konsentrasi Cake Kering yang Terakumulasi (Cs)

(B.3)

Keterangan :

Cx = fraksi massa padatan dalam slurry

𝜌 = massa jenis filtrat (kg/m3)

22

B.4 Penentuan Nilai Kp dan B

Dari hasil linierisasi data yang ada pada Lampiran C, maka diperoleh persamaan filtrasi:

(B.4)

Keterangan :

Slope = Kp/2

Intercept = B

Kp/2 = 2 x 106 → Kp = 4 x 106

B = 26738

B.5 Perhitungan Nilai Konsentrasi Spesifik Cake (∝)

(B.5)

= 1,67 x 109

B.6 Perhitungan Nilai Resistansi Spesifik Bahan (Rm)

(B.6)

23

LAMPIRAN C

HASIL ANTARA

Tabel C.1 Variasi yang digunakan pada percobaan

Run P (psig) P(Pa) Plate Putaran

motor(rpm) 1 2 13789,51456 2 600 2 4 27579,02912 2 600 3 2 13789,51456 2 900 4 4 27579,02912 2 900 5 2 13789,51456 4 900 6 4 27579,02912 4 900 7 2 13789,51456 4 600 8 4 27579,02912 4 600

Tabel C.2 Data Waktu dan Volume Filtrat Hasil Percobaan

Run 1 Run 2 Run 3

t (s) V(m3) t/V (s/m3) t (s) V (m3) t/V (s/m3) t (s) V (m3) t/v

7,8 0,0003 26000 6,3 0,0003 21000 7,8 0,0003 26000

16,6 0,0006 27666,67 13,1 0,0006 21833,33 15,6 0,0006 26000

26 0,0009 28888,89 19,5 0,0009 21666,67 24,6 0,0009 27333,33

34,8 0,0012 29000 26 0,0012 21666,67 33,2 0,0012 27666,67

44,7 0,0015 29800 33,8 0,0015 22533,33 42 0,0015 28000

55,1 0,0018 30611,11 40,1 0,0018 22277,78 51,9 0,0018 28833,33

66 0,0021 31428,57 48,3 0,0021 23000 61,7 0,0021 29380,95

77,2 0,0024 32166,67 56,2 0,0024 23416,67 71,2 0,0024 29666,67

88,2 0,0027 32666,67 63,9 0,0027 23666,67 81,7 0,0027 30259,26

99,2 0,003 33066,67 71,8 0,003 23933,33 93,8 0,003 31266,67

110,6 0,0033 33515,15 80,1 0,0033 24272,73 103,7 0,0033 31424,24

122,3 0,0036 33972,22 88,2 0,0036 24500 114,9 0,0036 31916,67

96,3 0,0039 24692,31 127,8 0,0039 32769,23

104,6 0,0042 24904,76 140,7 0,0042 33500

153,4 0,0045 34088,89 Lanjutan Tabel C.2

Run 4 Run 5 Run 6

24

t (s) V (m3) t/v t (s) V (m3) t/v t V (m3) t/v

5,5 0,0003 18333,33 4,4 0,0003 14666,67 3,5 0,0003 11666,67

11,8 0,0006 19666,67 8,3 0,0006 13833,33 6,9 0,0006 11500

17,4 0,0009 19333,33 13,4 0,0009 14888,89 10,9 0,0009 12111,11

23,4 0,0012 19500 18,2 0,0012 15166,67 14,4 0,0012 12000

29,7 0,0015 19800 23 0,0015 15333,33 18,4 0,0015 12266,67

Run 4 Run 5 Run 6

t (s) V (m3) t/v t (s) V (m3) t/v t V (m3) t/v

36,2 0,0018 20111,11 27,6 0,0018 15333,33 22,1 0,0018 12277,78

42,7 0,0021 20333,33 32,3 0,0021 15380,95 26,1 0,0021 12428,57

49,5 0,0024 20625 37,5 0,0024 15625 30,1 0,0024 12541,67

56,3 0,0027 20851,85 42,5 0,0027 15740,74 34,3 0,0027 12703,7

63,4 0,003 21133,33 48,2 0,003 16066,67 38,7 0,003 12900

71,4 0,0033 21636,36 54 0,0033 16363,64 42,8 0,0033 12969,7

79 0,0036 21944,44 60 0,0036 16666,67 47 0,0036 13055,56

86,9 0,0039 22282,05 65,6 0,0039 16820,51 51,5 0,0039 13205,13

94,3 0,0042 22452,38 71,1 0,0042 16928,57 55,6 0,0042 13238,1

102,8 0,0045 22844,44 59,7 0,0045 13266,67

Lanjutan Tabel C.2

Run 7 Run 8

t (s) V (m3) t/v (s/m3) t (s) V (m3) t/v

25

5,6 0,0003 18666,67 3,6 0,0003 12000

11,1 0,0006 18500 7,3 0,0006 12166,67

16,5 0,0009 18333,33 10,9 0,0009 12111,11

21,4 0,0012 17833,33 15 0,0012 12500

25,8 0,0015 17200 18,9 0,0015 12600

30,2 0,0018 16777,78 22,8 0,0018 12666,67

35 0,0021 16666,67 26,7 0,0021 12714,29

39,7 0,0024 16541,67 30,8 0,0024 12833,33

44,7 0,0027 16555,56 35,2 0,0027 13037,04

49,9 0,003 16633,33 39,5 0,003 13166,67

55,6 0,0033 16848,48 43,9 0,0033 13303,03

61,6 0,0036 17111,11 48,7 0,0036 13527,78

66,6 0,0039 17076,92 53 0,0039 13589,74

72,4 0,0042 17238,1 57,5 0,0042 13690,48

78,5 0,0045 17444,44

84,4 0,0048 17583,33 Tabel C.3 Data perhitungan tahanan spesifik cake dan filter dengan menggunakan

metode konvesional

Run Massa cake basah(kg)

Massa cake kering(kg) m Cs Kp B α Rm

1 0,248 0,194 1,278351 20,45908 4,22E+06 26738 1,75E+09 9,79E+09 2 0,197 0,1728 1,140046 20,40117 2,02E+06 20830 1,68E+09 1,53E+10 3 0,1508 0,101 1,493069 20,54964 3,86E+06 25250 1,60E+09 9,25E+09 4 0,1252 0,0878 1,425968 20,52125 1925844 18412 1,59E+09 1,35E+10 5 0,1136 0,0844 1,345972 20,48751 1258248 14255 5,22E+08 5,22E+09 6 0,1792 0,1474 1,215739 20,43282 832132 11544 6,92E+08 8,45E+09 7 0,1338 0,1034 1,294004 20,46565 919032 15349 3,81E+08 5,62E+09 8 0,1504 0,126 1,193651 20,42357 862198 11875 7,17E+08 8,70E+09

Tabel C.4 Perbandingan data Rm metode konvensional dan metode baru

Run Rm (1/m)

Metode konvensional

Metode baru

1 9,79E+09 2,56E+10 2 1,53E+10 3,72E+10 3 9,25E+09 2,54E+10

26

4 1,35E+10 5,09E+10 5 5,22E+09 1,26E+10 6 8,45E+09 1,98E+10 7 5,62E+09 1,26E+10 8 8,70E+09 2,04E+10

LAMPIRAN D

TUGAS TAMBAHAN

1. Persamaan filtrasi metode konvensional untuk filtrasi pada tekanan tetap yang

terdapat pada modul dapat dilihat pada Bab 14 halaman 913 dari buku Transport

27

Processes and Seperartion Processes Principles. Penurunan persamaan tersebut dapat

dillihat dari persamaan D.1-D.12 :

(Persamaan Carman-Koezeny untuk aliran laminer)

(D.1)

(D.2)

𝐿𝐴(1 − 𝜀)𝜌𝑝 = 𝑐𝑠(𝑉 + 𝜀𝐿𝐴)

(D.3)

Subtitusi persamaan D.1 ke dalam persamaan D.2 dengan menggunakan persamaan D.3

untuk mengeliminasi L, sehingga diperoleh persamaan D.4

(D.4)

Dengan α yang merupakan tahanan spesifik cake

(D.5) Tahanan medium filter :

(D.6)

Persamaan D.6 digabung dengan persaman D.5 sehingga diperoleh persamaan D.7

28

(D.7)

(D.8)

(D.9)

(D.10)

(D.11)

(D.12)

(D.13)

2. Persamaan filtrasi metode baru untuk menentukan tahanan spesifik cake

diperoleh dari jurnal “A new procedure for determining specific filter cake resistance

from filtration data”

(D.14)

29

(D.15)

(D.16)

(D.17)

(D.18)

Keterangan :

Αav = tahanan rata-rata cake (m kg-1)

= rasio kekeringan cake

= hilang tekan dari filter cake (Pa)

= hilang tekan medium filter (Pa)

Po = tekanan yang diberikan (Pa)

= tahanan medium filter (m-1)

V = volume filtrasi kumulatif per unit area (m3m-2)

µ = viskositas filtrat (Pa s)

𝜌𝑠= densitas partikel (kg/m3)

3. Filter Aid

30

Filter aid merupakan bubuk mineral anorganik yang digunakan dalam

kombinasi dengan perangkat filtrasi untuk meningkatkan performa filtrasi. Filter aid

dapat digunakan sebagai pre-coat sebelum slurry difiltrasi, tujuannya adalah agar

padatan tidak menutup pori yang terdapat pada filter cloth. Selain itu, dapat juga

ditambahkan pada slurry sebelum filtrasi, tujuannya adalah untuk meningkatkan

porositas cake dan mengurangi resistansi cake saat proses filtrasi. Filter aid yang bagus

adalah yang ringan dan yang secara kimia bersifat inert. Jenis filter aid yang digunakan

untuk pemisahan padat-cair termasuk bubuk mineral anorganik, seperti tanah diatom,

perlite, bahan berserat organik (selulosa dan linter kapas). Filter aid yang berasal dari

bahan organik adalah abu sekam padi.

Contoh-contoh filter aid yang komersial adalah :

• Celite fibra-cel BH-200 (berbahan selulosa)

• Harbourlite 635 dan 700 (berbahan perlite)

• Celpure 65, dan lainnya (berbahan diatomite)

• Alpha selulosa

• Abu sekam padi

• Linter kapas

• Kaolinite alami

4. Tipe Aliran Filtrasi

Aliran filtrasi dibagi menjadi 2 jenis, yaitu dead-end dan cross flow. Arah aliran fluida

pada dead-end adalah tegak lurus terhadap medium filter. Pada aliran dead-end seluruh

fluida melewati medium filter dan seluruh partikel yang ukurannya lebih besar daripada

ukuran pori filter akan terhenti diatas permukaan filter tersebut. Ukuran partikel

mencegah zat kontaminan memasuki dan melewati medium filter. Partikel yang

terperangkap akan mulai membentuk cake diatas permukaan filter.

31

Pada filtrasi dengan cross flow, aliran fluida sejajar dengna medium filter, membuat

perbedaan tekanan sepanjang medium filter tersebut. Hal ini membuat beberapa partikel

dapat melewati medium filter. Partikel lainnya terus mengalir sepanjang medium filter,

“membersihkannya”. Berbeda dengan jenis dead-end, menggunakan arah aliran yang

sejajar dapat mencegah partikel untuk membentuk cake yang lebih tebal dan banyak.

5. Aplikasi Filtrasi

• Aplikasi filtrasi pada industri pati dan gula : Proses filtrasi membran seperti

reverse osmosis, nanofiltrasi, dan mikrofiltrasi telah diterima di industri tersebut.

Mikrofiltrasi pada tangki sakarifikasi minuman keras dapat menghilangkan pati

yang belum cair, polisakarida, protein, dan pengotor lainnya. Proses ini secara

baik telah diterapkan pada pemanis turunan dari berbagai sumber pati, seperti

jagung, tapioka, kentang, dan lainnya. Proses ini menghilangkan keperluan

memakai kieselguhr dan sejenisnya pada rotary vacuum filter dengan pada saat

bersamaan menghasilkan kualitas produk yang lebih baik. Mikrofiltrasi juga

digunakan untuk klarifikasi maltodekstrin, depirogenasi dekstrosa, dan filtrasi

akhir dari sirup fruktosa. Reverse osmosis digunakan untuk konsentrasi aliran

gula encer dan dalam beberapa kasus sebagai langkah pre-konsentrasi sebelum

ke evaporator.

• Aplikasi filtrasi untuk water treatment di industri: Biofilter diperkenalkan

sebagai trickling filter untuk wastewater treatment dan telah sukses untuk

berbagai jenis air. Biofilter adalah unggun dimana mikroorganisme melekat dan

tumbuh untuk membentuk lapisan biologis yang disebut biofilm.

• Aplikasi filtrasi untuk penangan limbah udara industri pertambangan:

Digunakan pada unit tahap akhir filtrasi partikel debu. Lapisan kain atau tenun

yang digunakan berfungsi untuk menahan partikel debu yang masih terkandung

32

didalam gas. Walaupun memiliki efisiensi cukup tinggi, alat filtrasi ini memiliki

beberapa kekurangan, di antaranya dapat menyebabkan terjadinya penurunan

tekanan gas yang melewati medium filtrasi ini dan terbentuknya lapisan partikel

debu di permukaan filter yang akan mempengaruhi proses filtrasi akibat sifat

bahan filter tersebut.

REVISI LAPORAN SINGKAT FILTRASI

33





34

V(m3)

y = 2,11E+06x + 2,67E+04R² = 0,9709

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 1,008E+06x + 2,083E+04R² = 9,725E-01

t/V(s/m3)





35

V(m3)

y = 1,93E+06x + 2,53E+04R² = 9,93E-01

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 962922x + 18412R² = 0,9706

t/V(s/m3)





36

V(m3)

y = 629124x + 14255R² = 0,9631

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 416066x + 11544R² = 0,9608

t/V(s/m3)





37

V(m3)

y = 459516x + 15349R² = 0,9682

t/V(s/m3)

V(m3)

y = 459516x + 15349R² = 0,9682

t/V(s/m3)

Ukuran kristal CaCO3 :

Bentuk kristal : triagonal

38

Print LAPORAN Fil

Documents

Transcript of Print LAPORAN Fil