Kimia Teknologi: (Chapter VI - Unit Operation) Filtration

LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

FILTRASI

Disusun oleh :

Kelompok IB

Ignatius Sindhu / 112017

Irma Febriani Majida / 112019

Putri Anggraini / 112030

AKADEMI KIMIA INDUSTRI SANTO PAULUS SEMARANG

2014

Nama Mahasiswa / NIM : 1. Ignatius Sindhu / 112017

2. Irma Febriani Majida / 112019

3. Putri Anggraini / 112030

Kelompok / Semester : 1B / V

Materi Praktikum : Filtrasi

Tanggal Praktikum : 11 September 2014 dan 15 September 2014

Tujuan :

Untuk mengetahui pengaruh jumlah plate dan frame yang digunakan terhadap banyaknya filtrate yang keluar tiap satuan waktu & membandingkan waktu filtrasi teoritis (t teoritis) dengan waktu filtrasi percobaan (t praktek).

Dasar Teori :

Filtrasi adalah proses pemisahan dari suatu campuran antara zat padat dengan zat cair atau gas yang dipisahkan oleh suatu membran (filter medium). Tujuan dari filtrasi adalah :

1. untuk memperoleh zat padatnya, sehingga zat padat yang sudah dipisahkan perlu dicuci.

2. untuk memperoleh zat cair (filtrat), dalam hal ini zat cair yang tertinggal dalam zat padat diusahakan sekecil-kecilnya.

3. untuk memperoleh kedua-duanya karena semua bermanfaat.

Filtrasi adalah operasi dimana campuran heterogen antara fluida dan partikel solid dipisahkan oleh filter medium dimana aliran fluida diizinkan tapi menahan partikel solidnya. Filtrasi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain banyaknya plate dan frame yang digunakan, konsentrasi slurry, filter medium yang digunakan dan masih banyak lagi. Faktor-faktor tersebut berpengaruh terhadap banyaknya filtrat yang dihasilkan, kejernihan dan kemurnian filtrat.

Untuk memperoleh hasil penyaringan yang lebih sempurna, terutama apabila partikel-partikel yang akan dipisahkan berukuran halus, kita pergunakan filter aid/filter cloth. Filter aid/filter cloth adalah berupa kain/keras saring yang berfungsi sebagai filter penolong (pembantu). Aliran sebelum melalui filter medium disebut up stream, sedangkan aliran setelah melalui medium disebut down stream. Setelah proses filtrasi berlangsung, maka akan terjadi pengendapan oleh cake pada filter medium. Pengendapan cake ini menyebabkan aliran zat cair/filtrat makin lama makin lambat karena tertahan oleh cake. Untuk menghindari hal tersebut, diusahakan agar ada perbedaan tekanan antara up stream dengan down stream. Cara memperoleh perbedaan tekanan (∆P) :

1. pompa tekan (pada up stream)

2. pompa vacuum (pada down stream)

3. gaya sentrifugal

Berdasarkan cara memperoleh pressure dropnya, filter dibedakan menjadi :

1. filter vacuum

Filter vacuum, ∆P (pressure drop) disebabkan oleh isapan misalnya dengan pompa vacuum pada discharge (down streamnya) dan akibat gaya gravitasi. Filter vacuum digunakan untuk slurry yang zat padatnya berbentuk jonjot-jonjot/slurry encer (viskositas rendah) yang zat padatnya keras. Jenis yang banyak dijumpai adalah Rotary Drum Filter Vacuum yang merupakan continue vacuum filter. Jenis filter ini untuk kapasitas yang besar dan aliran feednya dituntut kontinyu.

2. filter pressure

Pressure dropnya (∆P) diperoleh dengan pompa tekan yang dipasang pada up streamnya, bekerja secara batch/semi batch. Filter pressure digunakan bila :

- Filtratnya mempunyai viscositas yang tinggi.

- Diperlukan daya dorong (driving force) yang besar.

- Untuk mendapatkan kecepatan filtrasi yang lebih tinggi.

- Filtratnya mudah menguap, dengan maksud untuk menahan tekanan filtrat.

Macam-macam filter pressure :

a. Bed filter, menggunakan filter medium berlapis-lapis, terdiri dari pasir halus, pasir kasar, kerikil halus dan kerikil kasar. Biasanya digunakan dalam filtering water supply tetapi dapat digunakan dalam penjenuhan larutan asam/basa.

b. Bag filter, untuk memisahkan debu (zat padat) dari udara. Penggunaan bag filter dimaksudkan untuk mendapatkan filtering area yang besar. Proses filtrasinya tergantung dari kantung yang digunakan, yang terkenal adalah Taylor Bag Filter.

c. Leaf filter pressure

d. Porous filter

e. Plate and frame filter pressure, terdiri dari plate dan frame yang berbentuk bujur sangkar/lingkaran yang tersusun secara seri. Diantara plate dan frame terdapat filter cloth yang berupa kain/kanvas. Setiap frame merupakan suatu ruangan yang dibatasi dengan filter cloth di kedua sisinya.

Tahapan proses filtrasi menggunakan plate and frame filter :

1. pengisian

Feed/slurry dialirkan dari samping sebelah bawah, kemudian masuk ke dalam ruang frame. Karena pada dinding frame terdapat filter cloth, maka zat padatnya (cake) akan tertahan diruang frame sedang filtratnya dapat menembus filter cloth kemudian melalui plate terus keluar.

2. pencucian

Cake yang tertinggal di ruang frame kadang-kadang perlu dicuci dahulu tergantung dari tujuan filtrasinya.

3. pembongkaran dan pemasangan kembali

Apabila cake yang tertahan sudah cukup banyak sehingga filtrat yang keluar sudah tidak ekonomis lagi maka proses filtrasi dihentikan, bila perlu frame dibongkar agar cake bisa dicuci/ditiriskan baru kemudian dipasang kembali.

Variabel-variabel yang mempengaruhi kecepatan filtrasi :

1. luas permukaan filter (filtering area), semakin luas permukaan filter maka cake yang tertahan semakin tipis sehingga kecepatan filter semakin besar.

2. perbedaan tekanan (pressure drop) yang tergantung dari driving forcenya.

3. tahanan filter medium (luas filter medium, tebal filter medium, porositas dari filter medium).

4. Viskositas dan konsentrasi slurry, semakin tinggi viskositas dan konsentrasinya maka semakin kecil kecepatan filtrasinya.

5. tahanan pada cake, tahanan cake semakin besar maka kecepatan filtrasi semakin lambat.

Slurry dapat dibedakan menjadi 2 macam :

1. bila feed/slurry merupakan cairan yang pekat, mengandung lebih dari 1 % solid disebut slurry pekat, proses filtrasinya disebut cake filtration.

2. bila feed/slurry merupakan cairan encer yang mengandung kurang dari 1 % solid, prosesnya disebut filter medium filtration, biasanya diperlukan filter aid.

Rumus yang digunakan untuk menghitung waktu filtrasi :

(Persamaan dibuku Brown hal. 245 )

Dimana : t = waktu yang dibutuhkan untuk proses filtrasi

Cv = banyaknya kombinasi

V = Volume filtrate

A = luas permukaan filter medium

Ve didapat dari nilai intercept dibagi slope.

Slope : 2 Cv/A² (-∆P)

Intercept : Ve 2 Cv/A² (-∆P)

dimana ∆P = tekanan pressure drop dan Ve = volume filtrate equivalen

Sehingga persamaan untuk meghitung t menjadi :

t = slope (V²/2 +VVe)

Alat dan Bahan :

· Alat :

1) plate and frame filter pressure

2) timbangan

3) pengaduk

4) gelas ukur

5) Medium filter (kain)

· bahan :

1) CaCO₃

2) Air

Prosedur Kerja :

a) Menyipakan bahan-bahan dan alat yang dibutuhkan.

b) Memasang filter cloth pada frame.

c) Membuat larutan slurry dengan konsentrasi 1-2 %.

d) Nyalakan pompa lalu pancing terlebih dahulu menggunakan air biasa.

e) Kemudian tuang slurry ke dalam tangki slurry.

f) Ukurlah volume dan waktu saat filtrasi keluar dari rangkaian alat filtrasi.

g) Hitung t praktek dan t teoritis proses filtrasi

Data Pengamatan :

(menit)	(liter)

(menit)	(liter)








45	23,5	5	1,7	2,94

(menit)	(liter)

Pembahasan :

Plate dan frame filter press terdiri dari plate dan frame yang tergabung menjadi satu dengan kain saring pada tiap sisi plate. Plate memiliki saluran sehingga filtrat jernih dapat melewati tiap plate. Slurry dipompa menuju plate dan frame dan mengalir melalui saluran pada frame sehingga slurry memenuhi frame. Filtrat mengalir melalui kain saring dan padatan menumpuk dalam bentuk cake pada kain saring. Filtrat mengalir antara kain saring dan plate melalui saluran keluar.

Filtrasi terus dilakukan hingga frame dipenuhi padatan. Kebanyakan filter memiliki saluran pengeluaran yang terpisah untuk tiap frame sehingga dapat dilihat apakah filtrat jernih atau tidak. Bila filtrat tidak jernih, mungkin disebabkan kain saring rusak atau sebab lainnya. Ketika frame sudah benar– benar terpisah plate dan frame dipisahkan dan cake dihilangkan, lalu filter dipasang lagi dan digunakan.

Plate memiliki saluran yang melewati filter cloth sehingga cairan filtrat yang bersih menuruni plate. Slurry dipompa masuk dan mengalir melalui saluran ke frame yang terbuka sehingga slurry mengisi frame. Filtrat akan melalui filter cloth dan padatan membentuk cake di sisi frame pada filter cloth. Filtrat mengalir di antara filter cloth dan permukaan plate ke arah saluran keluar. Proses filtrasi berlangsung sampai frame dipenuhi dengan padatan. Ketika frame sudah penuh dengan padatan, plate dan frame dipisahkan, dan cake dipindahkan. Kemudian filter dirangkai lagi dan proses dilakukan lagi. Apabila cake tidak dicuci, sistemnya dikenal sebagai closed-delivery. Ada juga filter yang dilengkapi dengan plate pencuci, tujuannya untuk melakukan pencucian pada cake, sehingga bisa diperoleh kembali sisa filtrat yang berharga yang tertahan di dalam cake (seperti di pabrik minyak) atau bertujuan untuk memperoleh cake yang lebih bersih.

Menurut Geankoplis (1993), keuntungan dari plate and frame filter press yaitu cara kerjanya mudah hanya memerlukan tenaga terlatih biasa karena cara operasi alatnya sederhana, dapat langsung melihat hasil penyaringan yaitu keruh atau jernih, dapat digunakan pada tekanan yang tinggi, penambahan kapasitas mudah cukup dengan menambah jumlah plate dan frame tanpa menambah unit filter press, dapat digunakan untuk penyaringan larutan yang mempunyai viskositas yang tinggi, dan dapat dipakai untuk penyaringan larutan yang mengandung kadar koloid (kotoran) relatif rendah. Sedangkan kerugian dari plate and frame filter press ini adalah kemungkinan bocor banyak dan operasinya tidak kontinyu. Kerugian lain dari plate and frame filter press adalah tenaga kerja yang dibutuhkan banyak karena dibutuhkan untuk membongkar dan memasang filter, selain itu membutuhkan waktu yang lama.

Dalam praktikum jumlah penggunaan plat and frame sangat mempengaruhi proses filtrasi. Pada saat praktikum dengan menggunakan 2 plate and frame seharusnya proses filtrasi berjalan lebih cepat daripada hanya menggunakan 1 plat anad frame namun ternyata pada saat praktkum proses filtrasi menjadi lebih lama. Hal ini disebabkan kran filtrat keluar ditutup satu sehingga filtrat yang seharusnya keluar menjadi tertahan dan hilang bersama kebocoran proses filtrasi.

Kesimpulan :

ü t praktek hampir mendekati dengan t t teoritis.

ü Jumlah plat and frame mempengaruhi proses filtrasi. Semakin banyak jumlah plat and frame-nya maka filtrasi akan berjalan semakin cepat.

Daftar Pustaka :

Brown. 1978. Unit Operation. John Willey & Sons, Inc.

Geankoplis, C. J., 1997, “ Transport Process and Unit Operations “, 3rd ed., pp.536-539, Prentice Hall, New Delhi, India.

Semarang , 17 September 2014

Pembimbing Praktikan

(Ir. Sri Susanti, M. Eng) (Ignatius Sindhu) (Irma F. Majida) (Putri Anggraini)

LAMPIRAN

Perhitungan

Bahan