Laboratorium Satuan Operasi 1Tahun Ajaran 2014/2015

FTU (FILTER RESTING UNIT)

Pembimbing: Tri Hartono LRSC.,M.Chem.EngTanggal Praktikum: 25 Maret 2015Kelompok: 1 (Satu)Nama: Ahmad AliNIM: 331 13 019Kelas: 2B/D3

TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG2015

LampiranBahan yang digunakan (Kapur)

Proses awal FTU

Proses Filtrasi

Cake

(FTU)FILTER RESTING UNIT

I. TUJUANTujuan dari praktikum ini adalah agar praktikan dapat melakukan filtrasi terhadap suspensi pada tekanan konstan dan menerapkan rumus-rumus terpakai yang ada.

II. Alat & BahanAlat1. Ayakan manual2. Baskom plastic3. Kertas saring4. Gunting5. FTU6. Support FTU7. Jangka sorong8. Timbangan analitik9. Spatula pengadukBahan1. Kapur2. Air3. Asam semutIII. Dasar Teoria. FiltrasiFiltrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan terendapkan. Range filtrasi pada industri mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru limbah padatnyalah yang harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Di dalam industri, kandungan padatan suatu umpan mempunyai range dari hanya sekedar jejak sampai persentase yang besar. Seringkali umpan dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae. Oleh karena varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan, beberapa jenis akan dijelaskan di bawah ini.Prinsip filtrasi dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Pada awalnya suspensi mengalir melalui medium filter, filtrat yang dihasilkan mempunyai laju alir besar tetapi kualitas filtrat tidak begitu jernih. Seiring dengan terbentuknya cake (padatan tertahan) maka laju filtrat makin menurun tetapi kualitas filtrat semakin jernih, hal itu disebabkan cake yang terbentuk berfungsi juga sebagai penyaring. Lapisan cake yang terbentuk akan semakin tebal mengakibatkan laju filtrat makin kecil, oleh karena itu pada ketebalan tertentu harus dilakukan proses pengambilan cake.

Laju

Waktu

Agar suspensi bisa mengalir melalui medium filter maka dibutuhkan perbedaan tekanan yang signifikan. Ada dua cara yang dapat dilakukan : pertama suspensi dipompa (tekanan fluida sebelum medium filter lebih tinggi) atau cara kedua ruang filtratnya divakumkan sehingga suspensi tertarik menuju ruang filtrat melalui medium filter.

b. Filter Testing UnitSalah satu peralatan filtrasi batch yang penting adalah Filter Testing Unit, yang ditunjukkan oleh gambar, terdiri dari frame berisi filter media (filter cloth). Filter Testing Unit bergantung pada luas filter dan tekanan vakum yang digunakan. Umpan slurry di pompa dengan pompa peristaltik dan dialirkan melalui filter dalam tangki yang di vakum dan padatan menempel pada media filter. Satu siklus proses filtrasi sudah selesai, apabila pori-pori media filter pada frame sudah penuh (tertutup) oleh padatan.

Penurunan Rumus Filtrasi Kue (Cake Filtration)(1.1)Dimana : Pc: pressure drop yang disebabkan cake setebal l [Pa]rc: specific cake resiatance [m-2]: viskositas dinamik dari filtrate [ Pa.s]l: tebal cake [m]A: luas penampang cake [m2]dV/dt: laju alir filtrate [m3s-1]

Jika aliran di dalam media filter juga laminer, maka analog seperti pada filter cake, pressure drop pada media filter (l) tentunya juga dapat ditentukan berdasarkan persamaan Carman-Kozeny di atas. Dalam hal ini pengaruh media filter dapat dinyatakan sebagai suatu filter medium resistance rF dan analog dengan (1.1), pressure drop ini dapat diberikan dalam bentuk:(1.2)

Jika pengaruh media filter ekivalen dengan pengaruh cake setebal L, maka sesuai persamaan (1.2)m di atas, maka pressure drop PF ini juga dapat dinyatakan seperti berikut.(1.3)

Dengan demikian dari persamaan (1.2) dan (1.3) didapat hubungan: (1.4) Pressure drop sesungguhnya P ini merupakan total pressure drop cake dan pressure drop akibat filter media sehingga persmaannya sebagai berikut:(1.5)Dengan mensubstitusikan rumus (1.1), (1.2), (1.3), dan (1.4) akan diperoleh rumus laju alir volume filtrat seperti berikut.

(1.6)

Filtrasi Kue pada Kondisi P Konstan Volume filtrat V dan tebal cake l pada persamaan (1.6) adalah dua variabel yang saling berhubungan sehingga persamaan tersebut tidak boleh secara langsung dideferensialkan. Kedua variabel tersebut harus saling mewakili, jadi dalam hal ini V harus dinyatakan dalam l atau sebaliknya l dinyatakan dalam V. Untuk itu didefinisikan suatu konstanta proporsional k yang merupakan hasil perbandingan volume cake Vc dan volume filtrat V. dalam pengertian ini, konstanta proporsional k adalah volume cake yang terbentuk secara linier untuk setiap satuan volume filtrat V, sehingga berlaku: (1.7)

dan akhirnya didapat atau (1.8)Pada kondisi pressure drop P konstan, maka persamaan (1.6) berubah menjadi: (1.9) Persamaan (3.9) ini didefinisikan dengan metode pemisahan variabel dengan batas integrasi V0 sampai V dan dari t0 sampai t sehingga didapatkan: (1.10)Hasil integrasi di atas adalah: (1.11)

Persamaan (1.11) dapat dibawa dalam bentuk sebagai berikut: (1.12)Dengan substitusi V + V0 = V V0 + 2V0, maka persamaan (1.12) berubah menjadi: (1.13)Jika pada saat t0 = 0 nilai volume filtrat V0 = 0, persamaan (1.13) menjadi: (1.14)Persamaan (1.14) adalah persamaan linier antara variabel V dan t/V, sehingga jika digambarkan hubungan variabel V dan t/V tersebut pada suatu sistem koordinat akan dihasilkan suatu garis lurus yang disebut garis filtrasi. Jika slope dan intercept dari garis filtrasi diketahui, nilai rc dan L dapat dihitung. Untuk menentukan rc dan L secara percobaan, maka harus diplotkan data percobaan t/V dan V untuk setiap interval waktu tertentu selama proses filtrasi pada kondisi pressure drop konstan, kemudian dengan metode analisis regresi linier dihitung slope dan intercept dari garis filtrasi yang terjadi, sehingga nilai rc dan L dapat dihitung. Dengan dua data tersebut, rF dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1.4). .( Hartono,Tri. )

IV. Prosedure Kerja

1. Bubuk kapur disedikan lalu diayak menggunakan ayakan manual.2. Bubuk kapur ditimbang sebanyak 300 g (0.3 kg).3. Bubuk kapur yng sudah ditimbang dilarutkan di dalam 5 liter air kemudian diaduk menggunakan spatula pengaduk.4. Sebelum support dipasangkan atau dirangkai pada FTU, terlebih dahulu support dicuci dengan menggunakan asam semut agar tidak terjadi penyumbatan pada support.5. Setelah dicuci, support diletakkan pada FTU lalu di atasnya diberi kertas saring. Kemudian alat ditutup dan dikencangkan. (Pastikan semua katup dalam keadaan tertutup).6. Larutan kapur yang sudah dilrutkan di masukkan ke dalam wadah FTU.7. FTU dinyalakan, dan tekanan di atur sebesar 0,2 untuk percobaan pertama dan 0,3 untuk percobaan kedua dan dijaga agar tetap konstan.8. Setelah itu, katup wadah dibuka agar cairan kapur mengalir menuju filter.9. Setelah filtrate memasuki alat penampung (tabung) dengan kelipatan volume 0,5 liter maka stopwatc dijalankan.10. Dilakukan pengamatan terhadap waktu pada tiap penambahan volum filtrate sebanyak 0.5 liter.

V. Data PengamatanA. Percobaan pertama p = 0,2 bar Volume kapur (CaCO3)= 0,3 kgDiameter cake = 20 cm = 0,2 mVolume akhir = 4,5 liter = 0,0045 m3Tebal cake = L1+L2+L3+L4+L5+L5 5 = (11,9 + 9,6 + 9,4 + 9,5 + 9,2) mm 5 L rata-rata = 9,92 mm = 0,0099 m1.1 Tabel data pengamatanNo.Volume filtrat (liter)Volume filtrat (m3)Waktu (detik)t/V

10,50,00059,1318260

210,00124,6524650

31,50,001546,6431093,33

420,00282,6441320

52,50,0025129,3851752

630,003186,3462113,33

73,50,0035247,0170574,29

840,004318,1679540

94,50,0045390,0586677,78

B. Percobaan keduap = 0,3 bar Volume kapur (CaCO3)= 0,3 kgDiameter cake = 20 cm = 0,2 mVolume akhir = 4,75 liter = 0,00475 m3Tebal cake = L1+L2+L3+L4+L5+L5 5 = (9,3 + 9,8 + 10,3+ 10,1+ 10,9) mm5 L rata-rata = 10,8 mm = 0,0108 m

1.2 Tabel data pengamatanNo.Volume filtrat (liter)Volume filtrat (m3)Waktu (detik)t/V

10,50,000511,2422480

210,00124,2824280

31,50,001558,1438760

420,00287,8743935

52,50,0025146,9958796

630,003218,972966,67

73,50,0035297,6885051,43

840,004359,1889795

94,50,0045469,5104333,3

104,70,0047543,29115593,6

VI. Perhitungan A. Percobaan pertama Menghitung Luas Permukaan Cake

diketahui nilai diameter cake pada percobaan 1 sama dengan nilai diameter cake pada percobaan dua, maka otomatis nilai luas permukaan cake pada percobaan 1 sama dengan nilai luas permukaan cake pada percobaan 2

Menghitung nilai VcVc = Al rataVc = 0.0314 Vc= 0,000311646 Menghitung nilai k 0.0692195

Grafik hubungan antara V(m3) vs t/V(s/m3)Percobaan 1

Menghitung nilai rc dan Ly = 2E+07x +6934,3 ; slope= 2E+07x; intercept=6934,3

2,30983E+13 m-2

B. Percobaan kedua Menghitung nilai VcVc = A rataVc = 0.0314 0,0108 Vc = 0,00033929

Menghitung nilai k 0.07218979Grafik hubungan antara V(m3) vs t/V(s/m3)Pecobaan 2

Menghitung nilai rc dan Ly = 2E+07x+ 4783,5; slope= 2E+07x; intercept= 4783.5 2,21646E+13 m-2

)

VII. Pembahasan Pada kesempatan ini saya akan membahas halis praktikum Filter Testing Unit (FTU). dimana tujuan dari praktikum kami yaitu : Dapat melakukan filtrasi terhadap suspensi pada tekanan konstan dan menerapkan rumus-rumus terpakai yang ada.Untuk mencapai tujuan pada praktikum kami menggunakan CaCO3 yang dilarutkan dengan air sebanyak lima litersebagai bahan baku pada proses filtrasi, dengan konsentrasi yang sama namun dengan perbedaan tekanan yang berbeda yaitu 0,2 Bar dan 0,3 Bar. Pada percobaan pertama di mana p = 0,2 bar Pada percobaan kedua di mana p = 0,3 barSemakin besar perbedaan tekanan maka waktu yang dibutuhkan untuk filtrasi semakin kecil sebaliknya semakin kecil perbadaan tekanan maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk proses filtrasi. Pada percobaan kami dengan perbedaan tekanan di atas, dari hasil percobaan yang dilakukan waktu filtrasi yang dibutuhkan p = 0,2 bar lebih kecil dari waktu p = 0,3 bar. Hal ini munkin disebabkan karena tersumbatnya support setelah praktikum yang pertama. hal ini dapat dilihat pada tabel 1.1 data pengamatan dan 1.2 data pengamatan.Berdasarkan hasil praktikum dan data pengamatan yang diperoleh, diketahui bahwa proses filtrasi pada percobaan 1 berjalan lebih cepat dibandingkan proses filtrasi pada percobaan 2. Dapat dilihat pada grafik yang ada, pada percobaan 1 bisa dikatakan membentuk garis lurus (linear) dibandingkan dengan grafik pada percobaan kedua. Kemungkinan besar faktor yang mempengruhi data yang diperoleh pada percobaan 2 yaitu tekanan yang tidak tetap atau konstan.

Grafik hubungan antara V(m3) vs t/V(s/m3)Percobaan 1

Grafik hubungan antara V(m3) vs t/V(s/m3)Pecobaan 2

Persamaan yang digunakan kali pada praktikum ini adalah sebagai berikut;

Berdasarkan grafik yang diperoleh, maka dapat di tentukan nilai slope dan intercept dan dapat di hitung nilai rc dan L Pada percobaan pertama di mana p = 0,2 bary = 2E+07x +6934,3 ; slope= 2E+07x; intercept=6934,3 2,30983E+13 m-2 Pada percobaan kedua di mana p = 0,3 bary = 2E+07x+ 4783,5; slope= 2E+07x; intercept= 4783.5 2,21646E+13 m-2 )VIII. Kesimpulanp (bar)A ()Vc ()KRc (1/L (mm)

0,20,000311640.06921952,30983E+13

0,30,000339290.07218972,21646E+13

Data yang ditampilkan pada tabel di atas serta hasil dari data selama praktikum , dapat disimpulkan bahwa:1. Semakin besar tekanan, tahanan cake juga semakin besar karena pada waktu yang sama tekanan yang lebih besar mengalirkan tepung lebih banyak, sehingga cake lebih cepat terbentuk dan memberikan tahanan lebih besar.2. Semakin besar tekanan, gaya dorong dari slurry yang disebabkan oleh kerja pompa terhadap filter semakin besar pula sehingga waktu yang diperlukan untuk proses filtrasi-pun akan semakin cepat.3. Semakin besar tekanan maka hasil filtrasi memiliki kualitas yang semakin baik, hal ini dikarenakan ampas/cake yang terbentuk semakin banyak dan menyebabkan ampas tersebut berfungsi juga sebagai medium filtrasinya.

IX. Daftar PustakaBuku penuntun praktikum.2005. Lab. Satuan Operasi I. Politeknik Negeri Ujung Pandang.Hartono,Tri.Satuan Operasi 1. Bahan Ajar Filtrasi bab 2 Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Ujung Pandang. Makassar.Badger. W.L and Bacheru ,J.L.1976. Introduction to Chemical Engineering. Tokyo:Mc Graw Hill Book Co.Perry, R.H. Don Green. 1984. Chemical Engineering, 6th ed. Tokyo:Mc Graw Hill Book.Samsudin, A.M dan Khoirudin. 2005. Ekstraksi. Filtrasi Membran dan Uji Stabilitas Zat Warna Kulit Manggis. Universitas Diponegoro.