Download - Filter Press

Transcript
Page 1: Filter Press

FILTER PRESS

I. Tujuan - Mahasiswa dapat memahami mekanisme proses filtrasi.- Mahasiswa dapat mengoperasikan alat filter press.- Mahasiswa dapat menghitung viskositas umpan dan filtrat.- Mahasiswa dapat mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi proses filtrasi.

II. Alat dan BahanII.1 Alat – alat yang digunakan

1. Seperangkat Filter Press 1 set2. Ember 15 liter 1 buah3. Piknometer 1 buah4. Stopwatch 1 buah5. Viskometer 1 buah

II.2 Bahan – bahan yang digunakan1. Air Kapur2. Air Bersih3. Aquadest

III. Dasar TeoriUntuk memisahkan partikel padat dari suatu larutan suspensi atau slurry dapat

dilakukan dengan cara filtrasi, diantaranya dengan menggunakan Filter Press. Filter press terdiri dari seperangkat pinggan atau lempeng (plate) yang dirancang untuk memberikan sederetan ruang dimana zat padat dapat ditahan. Lempeng (plate) itu ditutup dengan medium filter atau kanvas. Slurry umpan masuk ke dalam masing – masing komponen tersebut menggunakan tekanan, cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa pengeluaran dan meninggalkan zat padat basah didalam ruang itu. Pinggan yang digunakan berbentuk plate dan frame (pinggan dan bingkai). Pinggan disusun silih berganti, diletakkan secara vertikal pada rak logam dan kain dipasang menutupi setiap bingkai dan dirapatkan dengan bantuan skrup atau ram hidrolik. Slurry mengalir melalui saluran yang terpasang memanjang pada salah satu sudut rakitan, dan dari bidang ini melalui saluran tambahan mengalir ke dalam masing – masing bingkai. Disini zat padat itu dapat ditahan pada permukaan plate, filtratnya akan menembus kain filter melalui alur pada muka pinggan, sampai keluar dari filter press. Slurry umpan dipompakan dari tangki pada tekanan 3 – 10 atm. Operasi filtrasi berlangsung hingga tidak ada lagi zat cair yang keluar dan tekanan filtrasi akan naik dengan tajam. Hal ini dapat terjadi bila bingkai sudah penuh dengan zat padat sehingga slurry tidak dapat lewat lagi. Proses selanjutnya

Page 2: Filter Press

adalah pencucian dengan cara mengalirkan cairan pencuci untuk membersihkan zat padat agar hasil yang didapat lebih murni.

Persamaan Umum FiltrasiLaju alir filtrasi dapat ditentukan dari persamaan dasar :

dvdt

= Ar

rL

.............................................................................................................. (1)

Dimana : A = Luas area dari zat padat yang tertahan (cake)P = Perbedaan tekanan sepanjang cakeL = Tebal cakeμ = Viskositas fluidar = Tahanan jenis (spesifik kristal) dari fluida

Selama proses berlangsung, tebal cake akan bertambah dan laju filtrasi akan menurun, atau dapat juga dikatakan pertambahan volume cake sebanding dengan pertambahan volume filtrat.

LA = V atau ................................................................................. (2)LA = kV ............................................................................................ (3)

Dimana : K = Konstanta pembanding V = Volume filtrat

Sehingga,

LAV

=k=konstanta .............................................................................. (4)

Substitusi harga L pada persamaan (1) didapat

dvdt

= A2

rPvk

................................................................................................. (5)

Pada saat T = 0, maka v = 0 sehingga integral persamaan (5) adalah

vdv= A2r dtr k

V 2=2 A2

r kt

Persamaan diatas mengasumsikan bahwa resistensi terhadap aliran adalah hanya disebabkan oleh lapisan homogen dari cake dengan tebal. Dalam praktek resistensi

Page 3: Filter Press

terhadap aliran dapat disebabkan oleh lapisan homogen cake itu sendiri dan kain atau kertas saringnya, sehingga didapat persamaan yang baru :

dvdt

= APr (L+ L¿) ...........................................................................................

(7)

Substitusilan dengan cara diatas didapatkan :dvdt

= AP

r (k vA

+L¿) ..........................................................................................

(8)

V ( kvA

+L¿)dv= APr

dt ........................................................................ (9)

k v2

2 A+ L¿V = AP

rt disusun kembali didapat

tv= r μ k

2 A2 Pv+ r p L¿

A ∆ P ................................................................................

(10)

Plot tv

vs V didapat slope r μk

2 A2∆ P , intercept

r p L¿

A ∆ P

Nilai r didapat dari slope dan L¿ dari intercept.

IV. Prosedur Kerja 4.1 Pembuatan Larutan Umpan

1. Memasukkan 120 liter larutan suspensi kapur 5 % berat ke dalam tangki berpengaduk.2. Menghidupkan motor pengaduk.

4.2 Persiapan Alat1. Memasang kain filter ke frame dari alat.2. Merapatkan skrup dengan putaran manual.3. Memeriksa sambungan pipa – pipa, tangki, pompa unit alat dan alat buangan.

4.3 Pelaksanaan Praktikum1. Menghidupkan motor pompa.2. Mengatur aliran masuk pada tekanan tertentu.3. Mencatat waktu setiap satu liter (dan kelipatannya) filtrat yang didapat.4. Menghentikan proses setelah ± 20 liter.

Page 4: Filter Press

5. Membuka plate dan frame.6. Mengambil kain filtrat dengan hati – hati, ukur setelah cake.7. Mencatat hasil data.

V. Data Pengamatan5.1 Data Laju Alir

Volume Filtrat (liter)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Waktu (sekon)

17 48 73 102 132 160 196 228 262 294

5.2 Data DensitasBerat Piknometer Kosong = 60,9 gramBerat Piknometer + Aquadest = 160 gram (28℃)Berat Piknometer + Filtrat = 160,2 gram (29℃)Berat Piknometer + Feed = 161 gram

5.3 Data Viskositas

t filtrat = 13 detik tebal cake = 0,8 cm [2,2gr

cm3]

t feed = 16 detik jenis bola boron silika glass [D = 1,53 cm]

VI. Perhitungan

a. Penentuan Densitas

Berat piknometer kosong = 60,9 gram

Berat pikno + aquadest = 160 gram

Berat pikno + feed = 161 gram

Berat aquadest = 99,1 gram

Berat pikno + filtrat = 160,2 gram

Volume aquadest = volume pikno = 99,1 gram

0,998 gr /ml=99,3 ml

Page 5: Filter Press

Densitas umpan = (berat pikno+ feed )−(berat pikno koson g)

volume pikno

= (161−60,9 ) gram

99,3 ml

= 1,008 gr/ml = 1,008 x 103 kg/m3

Densitas Filtrat = (berat pikno+ filtrat )−(berat pikno kosong)

volume pikno

= (160,2−60,9 ) gram

99,3 ml

= 1 gr/ml = 1000 kg/m3

b. Penentuan Viskositas

Bola boron silika

ρ bola = 2,2 gr/cm3 = 2,2 x 103 kg/m3

D = 1,53 cm

r = 1,53 cm

2=0,765 cm=0,00765 m

Jarak lintasan / panjang tabung = 12 cm = 0,12 m

Gravitasi = 9,81 m/s2

Volume bola = 43

π r3

= 43

(3,14 ) (0,00765 m )3

= 1,874 x 10-6 m3

Massa bola = ρ ×V

= (2,2 x 103 kg/m3) (1,874 x 10-6 m3)

= 4,1228 x 10-3 kg

Viskositas umpan (feed)

mo =ρumpan ×V bola

= (1,008 x 103 kg/m3) (1,874 x 10-6 m3)

= 1,8889 x 10-3 kg

Page 6: Filter Press

v = st=0,12 m

16 s = 0,0075 m/s

Maka, μ=(m−mo ) g

6 πrv=⌈ (4,1228 × 10−3 kg )−(1,8889 ×10−3kg ) ×9,81 m /s2⌉

6 (3,14 )(0,00765 m)(0,0075ms)

= 20,26 kg/ms

= 20.260grms

cp¿ = 13,61 lbm/fts

Viskositas filtrat

mo =ρ filtrat ×V bola

= (1000 kg/m3) (1,874 x 10-6 m3)

= 1,874 x 10-3 kg

v = st=0,12 m

13 s = 0,0092 m/s

Maka, μ=(m−mo ) g

6 πrv=⌈ (4,1228 × 10−3 kg )−(1,874 ×10−3 kg ) × 9,81m / s2 ⌉

6 (3,14 )(0,00765 m)(0,0092ms)

= 16,59 kg/ms

= 16.590grms

cp¿ = 11,15 lbm/fts

c. Luas Cake pada tekanan 1 bar

∆ P=1×̄100 kpa

1 ¿̄ ×1 atm

101,3 kpa×

14,7 lbf /m2

1 atm×

1¿2

6,945× 10−3 ft2 ¿

= 2089, 27 lbf/ft2

L x A = V

Page 7: Filter Press

Maka, A= 20,8

=2,5 cm2×1 ft2

(30,48 cm2)=0,082 ft2

C = 1,67 lb/ft3

gc = 32,174 lbmft/s2lbf dengan µ = 11,15 lbm/fts

Dari grafik didapatkan persamaan ∆ t∆ v

=15,38 x−18

kp=15,38sL2 ×( 1 L

10−3m )2

×( 1m3,28 ft )

6

=12351,3 s/ ft6

B=18sL

×( 1 L10−3 m)×( 1m

3,28 ft )3

=510,1 s / ft2

α=A2 . (−∆ P ) . gc . kp

c .μ

¿(0,082 ft¿¿2) .(2089,27

lbf

ft2 ) .(32,174 lbm . ft /s2. lbf ) .(12351,3

s

ft6 )

(1,67lbft3 ) .(510,1

sft3 )

¿

= 79.919,79 ft/lbm

Rm=A . (−∆ P ) . gc . B

μ

= (0,082 ft¿¿2) .(2089,27

lbf

ft2 ).(32,174 lbm . ft /s2. lbf ) .(510,1

s

ft3 )

11,15 lbm / ft . s¿

= 252.170,29 ft−1

Page 8: Filter Press

VII. Analisa Percobaan

Berdasarkan percobaan dapat dianalisa bahwa filter press merupakan salah satu alat yang terdiri dari seperangkat pinggan atau lempeng. Mekanisme kerja alat ini ialah dengan memanfaatkan adanya tekanan, dimana umpan masuk ke dalam masing-maing komponen menggunakan tekanan, cairan lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa pengeluaran dan meninggalkan zat padat basah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses filrasi pada filter press diantaranya pemasangan plat-plat lempeng yang harus disusun dengan benar dan rapat. Hal ini dikarenakan agar cake yang terbentuk tidak hancur dan mencegah kebocoran. Hal lain yang menjadi faktor ialah tebal cake, semakin tebal cake maka cairan yang lewat akan semakin jernih karena pori-pori cake semakin rapat. Tebal cake yang didapat pada saat percobaan yaitu 0,8 cm. Waktu juga mempengaruhi, semakin lama proeses filtrasi berlangung maka hail yang didapat juga akan semakin jernih. Selain itu laju alir juga mempengaruhi proses filtrasi pada filter press.

Semakin jernih cairan yang dihasilkan, maka semakin sedikit zat terlarut yang terdapat dalam filtrat. Hal ini dpat dilihat dari viskositas filtrat yang didapatkan yaitu 16,59 kg/ms. Sedangkan viskositas umpan adalah 20,26 kg/ms (lebih besar). Selain itu, densitas filtrat sebesar 1 gr/ml lebih kecil dibandingkan densitas umpan yaitu 1,008 gr/ml. Ini membuktikann bahwa kualitas air yang dihasilkan dari proses filtrasi lebih baik.

VIII. Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

Page 9: Filter Press

Filter press bekerja dengan memanfaatkan tekanan. Faktor-faktor yang mempengaruhi filter press diantaranya adalah cara pemasangan

plat lempeng yang harus benar dan rapat, tebal cake, dan waktu filtrasi. Semakin lama waktu penyaringan maka semakin tebal endapan dan menyebabkan

semakin jernih filtrat yang dihasilkan. Tebal cake yang dihasilkan sebesar 0,8 cm Viskositas feed = 20,26 kg/ms = 13,61 lbm/fts Viskositas filtrat = 16,59 kg/ms = 11,15 lbm/fts Densitas feed = 1,008 gr/ml = 1,008.103 kg/m3

Densitas filtrat = 1 gr/ml = 1000 kg/m3

DAFTAR PUSTAKA

Ir.Fadarina,M.T. 2013. Penuntun Praktikum Satuan Operasi 2. Palembang : Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya

http://filtrasi013.blogspot.com/2013/02/filtrasi-plate-and-frame-disusun-oleh.html

http://id.scribd.com/doc/102503247/Laporan-FILTRASI

Page 10: Filter Press

ILTRFiltrasi Plate and Frame

Proses filtrasi merupakan suatu metode pemisahan partikel padatan tersuspensi dalam sebuah campuran tertentu dengan melewatkan campuran tersebut pada suatu medium filter yang memiliki pori-pori dengan ukuran tertentu. Proses pemisahan dengan filtrasi dapat dilakukan karena memiliki driving force yaitu perbedaan tekanan antara tekanan di dalam tangki dengan tekanan ruangan. Perbedaan tekanan ini akan mendorong campuran tersebut melewati lapisan medium filter sehingga padatannya akan tertahan pada medium filter. Pelaksanaan praktikum filtrasi ini bertujuan untuk menentukan besarnya tahanan bahan jeans dan katun sebagai medium penyaring, menentukan tahanan spesifik cake, dan menentukan parameter uji t-test antara tahanan medium jeans dan katun.

Page 11: Filter Press

Percobaan filtrasi ini dilaksanakan dengan menggunakan alat filtrasi tipe plate and frame filter press. Slurry berupa campuran CaCO3 dan air dengan konsentrasi sebesar 2% berat CaCO3 dengan perbedaan tekanan sebesar 2 psi. Percobaan dilakukan dengan memvariasikan dua jenis medium filter, yaitu bahan jeans dan katun. Masing-masing variasi dilakukan sebanyak tiga kali (triplo) sehingga percobaan ini secara keseluruhan dilakukan dengan 6 run. Variabel yang diukur selama proses adalah waktu penampungan akumulasi filtrat yang diukur setiap penampungan 500 ml filtrat sampai kecepatan akumulasi filtrat relatif konstan dan massa cake baik pada keadaan basah, maupun kering.

Hasil dari percobaan ini adalah nilai tahanan spesifik cake (α) dan nilai tahanan medium penyaring, baik jeans maupun katun (Rm). Tahanan bahan jeans ternyata lebih besar daripada bahan katun. Nilai tahanan rata-rata bahan jeans adalah sebesar 1,376 x1010 m-1, sedangkan bahan katun sebesar 1,099 x1010 m-1. Hasil uji t-test membuktikan nilai hambatan bahan jeans dan katun berbeda secara bermakna.

Plate and frame filter press jenis ini yang diaplikasikan di Industri umumnya terdiri atas tujuh bagian medium filter dari logam yang saling menutupi secara renggang dan tempat yang cukup untuk menampung cake sampai filtrasi selesai. Tipe lain memiliki pelat yang saling sejajar sehingga dapat digunakan dengan medium filter berupa penyaring kertas atau kain secara terpisah dari alat utama. Medium filter dapat dimasukkan pada peralatan filtrasi dengan membuka frame yaitu tempat cake terbentuk. Tipe peralatan filtrasi jenis ini digunakan jika cake yang akan terbentuk relatif kering. Alat ini tidak dapat digunakan untuk bahan-bahan yang beracun dan berbahaya.

Alat ini akan bekerja berdasarkan driving force, yaitu perbedaan, tekan. Alat ini dilengkapi dengan kain penyaring yang disebut filter cloth, yang terletak pada tiap sisi platenya. Plate and frame filter digunakan untuk memisahkan padatan cairan dengan media berpori yang meneruskan cairannya dan menahan padatannya. Secara umum filtrasi, dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif kecil dibandingkan zat cairnya.

1. Open Delivery Filter pressSaluran untuk slurry dan wash (pencuci) melalui satu saluran masuk dan

tiap plateuntuk saluran cairannya.

2. Closed Delivery Filter PressMemiliki beberapa saluran slurry dan wash water. Umpan slurry masuk melalui lubang

saluran masuk. Filter clothterletak di setiap sisi frame. Tekanan diberikan terhadap slurry agar melewati filter cloth untuk dapat masuk ke dalam plate and frame filter kemudian keluar melalui lubang plate sebagai filtrat. Padatan akan terakumulasi atau tertinggal dan menempel pada cloth. Setelah beberapa lama maka ruang antara plate akan tertumpuk olehslurry dan lama kelamaan umpan akan berhenti mengalir. Jika hal ini terjadi maka clothharus segera dicuci. Pencucian ini dilakukan dengan menyalurkan air bersih ke dalam platedan keluar

Page 12: Filter Press

melalui frame. Hal ini merupakan kebaikan dari proses filtrasi (Closed delivery). Berdasarkan kompresibilitasnya cake (slurry yang menempel pada cloth) dibagi menjadi dua, yakni :

a.      Compressible cakeCake akan mengalami perubahan struktur apabila mengalami tekanan sehingga ruang

kosong dalam cake semakin kecil akibatnya proses penahan semakin besar dan proses filtrasi semakin sulit.

b.      Incompressible cakeCake yang tidak mengalami perubahan jika terjadi perubahan tekanan. Pada kenyataanya

kelompok ini hampir tidak ada. Tetapi tekanan yang digunakan kecil maka cake dapat dianggap incompressible cake. Untuk proses filtrasi umumnya terjadi pada beda tekanan tetap. Jika medium filter primer telah dilapisi cake dan filtrat telah jenuh maka tekanan akan bertambah sampai maksimum. Diperlukan waktu yang optimum untuk melakukan satu kali siklus. Waktu filtrasi optimum adalah waktu filtrasi yang diperlukan agar jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum, dalam filtrasi yang disebut waktu siklus adalah waktu keseluruhan yang diperlukan untuk melakukan proses filtrasi.

Pencucian/WashingOptimasi jumlah air pencuci yang digunakan ke dalam slurry ditambahkan zat warna yang

mempunyai sifat tidak berikatan secara permanen/kuat dengan padatannya, sehingga mudah dihanyutkan oleh air pencuci. Kadar zat warna dalam air cucian yang keluar darifilter dianalisa untuk mengetahui seberapa jauh operasi pencucian dilakukan. Pencucian dihentikan jika kadar warna dalam air cucian sudah mulai konstan. Jumlah air pencuci dicatat sebagai volume optimum.

MESIN PRES BERSARINGAN (FILTER PRESS). Suatu mesin pres bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas. Lumpur dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan tekanan tertentu; cairan melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan kue basah dibelakangnya.

Page 13: Filter Press

Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk dengan penyelia plat polipropelina cetakan. Dalam desain lain, kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-frame press) yang didalamnya terdapat plat persegi panjang dengan 6 s.d. 78 in. (150 mm s.d. 2 m) yang pada satu sisi dapat diubah-ubah. Ketebalan setiap plat antara 6 s.d. 2 in. (6 s.d. 50 mm), ketebalan bingkai antara 1/4 s.d. 8 in. (6 s.d.200 mm). Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam, dengan kain melingkupi permukaan setiap plat, dan ditekan dengan keras bersama dengan memutar skrup hidraulik. Lumpur memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai. Lumpur mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut. Jalur tambahan mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam setiap bingkai. Di sini padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat (corrugation), dan keluar dari mesin press.

Setelah merangkai mesin pres, lumpur dimasukkan dengan pompa atau tangki bertekanan pada tekanan 3 s.d. 10 atm. Filtrasi dilanjutkan sampai cairan tidak lagi muncul pada keluaran atau tekanan filtrasi secara tiba-tiba meningkat. Hal ini terjadi ketika bingkai penuh padatan atau tidak ada lumpur lagi yang dapat masuk. Jika hal demikian terjadi, mesin pres dapat dikatakan mengalami kemacetan (jammed). Cairan pencuci mungkin dapat digunakan untuk membersihkan pengotor yang larut dari padatan., setelah itu kue dapat ditiup dengan kukus (steam) atau udara untuk membersihkan cairan yang tersisa. Mesin pres kemudian dibuka, dan padatan kue dihilangkan dari medium penyaring dan dipindahkan ke konveyor atau tempat penampungan. Dalam banyak mesin pres, operasi tersebut dilakukan secara otomatis.

Pencucian secara teliti mesin pres bersaringan dapat memakan waktu beberapa jam, untuk cairan pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melintasi secara tegang kumpulan kue. Jika ada bagian kue yang kurang padat, maka umumnya cairan pencuci tidak efektif. Jika pencucian lebih baik dilakukan secara berlebihan, akan lebih baik untuk mengalirkan kembali lumpur melalui kue-kue yang sebagian telah tercuci, secara bersama dengan cairan pencuci dalam jumlah yang lebih besar dan menyaring kembali. Atau juag menggunakan penyaring bercangkang dan berdaun, yang menjanjikan pencucian lebih baik daripada cetakan plat dan bingkai.

Page 14: Filter Press

Filter tekanan biasanya tersusun dari pelat-pelat dan bingkai-bingkai. Pada filter ini pelat-pelat dan

bingkai-bingkai disusun secara bergantian dengan filter kain dengan arah berkebalikan pada tiap pelat.

Pemasangannya dilakukan secara bersamaan sebagai kesatuan gaya mekanik (oleh sekrup / secara

hidrolik).

Ada beberapa macam tipe bertekanan yang menggunakan pelat dan bingkai. Yang paling

sederhana mempunyai salah satu saluran tunggal mengenali suspensi pada pencucian dan pembukaan

tunggal pada setiap pelat untuk mangalirkan cairan (pada pengiriman terbuka). Tipe yang lain

mempunyai saluran terpisah untuk membedakan suspensi dan air pencucian tetapi ada juga yang

menggunakan saluran terpisah untuk memisahkan suspensi dan air pencucian (pada pengiriman

tertutup). Saluran ini biasanya terdapat di pojok atau di tengah atau tepat di tengah.

Umpan suspensi masuk malalui saluran yang terbentuk dari lubang-lubang pada pojok kanan atas

antara pelat dan bingkai. Dari saluran ini, suspensi masuk ke bingkai menuju ruang di antara pelat-

pelat. Tekanan pada suspensi diumpankan pada proses penekanan untuk menghasilkan filtrat. Filtrat

tersebut menuju ruang-ruang diantara kain dan pelat melalui kain-kain dari kedua sisi pelat ke

keluaran yang berupa klep atau menuju saluran kedua yang dibentuk oleh lubang-lubang pada pojok

lain dari pelat dan bingkai dengan keluaran yang didukung oleh pelat-pelat tidak oleh bingkai. Baik

keluaran melalui saluran atau melalui keran atau klep dan pelat dilubangi atau dibuat dengan filtrat,

memasuki keluaran melalui sisi pelat.

Padatan dalam suspensi berakumulasi dalam kain pada sisi sebaliknya dari pelat-pelat. Setelah

beberapa waktu sebagian kecil ruang diantara pelat tersedia untuk suspensi, dan umpan dimatikan.

Jika cake dicuci, fluida pencuci di dalamnya disalurkan ke dalam suspensi atau masukan campuran bi

balik suspensi, masuk ke cake kurang lebih dari tengah bingkai, dan lewat menuju pelat pada kedua

sisi. Setelah cake dicuci, aliran ini terhenti, gaya yang menahan pelat dilepaskan, pelat dan bingkai

terbuka seketika, dan cake dihilangkan atau dibuang ke dalam lubang di bawah penekan. Setelah

pembuangan selesai, penekan ditutup lagi dengan memberikan gaya mekanik untuk mengunci pelat

dan bingkai bersamaan, dan sebuah siklus baru filtrasi dimulai.

Pencucian dapat dikeluarkan terpisah dari filtrat dengan menyediakan kedua keluaran bawah

melalui keran dan sebuah saluran terpisah pada pojok lainnya dari pelat. Pencucian sederhana adalah

ketika pencucian mengalir melalui cake dengan jalan yang sama seperti filtrat. Ekspresi “trhough

washing” atau “every other pelate washing” membutuhkan penggunaan dua tipe pelat yang berbeda.

Pelat yang bukan pencuci (satu tombol) dan pelat pencuci (tiga tombol) diisikan dalam penekan

diantara bingkai (dua tombol). Umpan memasuki bingkai seperti sebelumnya. Pencucian memasuki

setiap pelat dan melewati dua cake pada bingkai di kedua sisi pelat, meninggalkan keran pada pelat

bukan pencuci (satu tombol). Metode ini memerlukan klep yang tertutup pada pelat-pelat (tiga

tombol) ke dalam masukan pencuci.

Semua tipe pelat ini dapat didesain untuk mengoperasikan pada pengiriman tertutup dengan

menyediakan saluran ketiga yang dibentuk oleh lubang di sebelah pojok kanan bawah pelat dan

bingkai. Empat saluran memungkinkan untuk mengoperasikan dengan menggunakan pengiriman

tertutup dengan keluaran terpisah untuk filtrat dan pencucian. Umpan suspensi masuk ke setiap

Page 15: Filter Press

bingkai melalui saluran kanan atas (tidak ada pembukaan dari saluran ini ke pelat manapun). Filtrat

meninggalkan setiap pelat menuju saluran kiri bawah bingkai penuh dengan cake. Pencucian masuk

melalui saluran kiri atas ke setiap pelat menuju cake ganda di antara bingkai pada sisi lain pelat ini

dan keluar melalui saluran kanan bawah pada pelat pengganti (satu tombol). Selama pencucian keran

pada filtrat pada keluaran dan masukan pencucian tertutup.

http://filtrasi013.blogspot.com/2013/02/filtrasi-plate-and-frame-disusun-oleh.html

Gambar Alat

Page 16: Filter Press

Penampang Filter Press

Piknometer Viskometer

Dasar Teori Tambahan

Pengertian Filtrasi

Filtrasi adalah contoh khusus mengenai aliran melalui media berpori, khususnya

kasus di mana tahanan terhadap aliran konstan. Dalam filtrasi, tahanan aliran

meningkatsesuai dengan waktu, sesuai dengan pembentukan cake di atas medium filter

atau filter aid. Besaran-besaran utama yang penting adalah laju aliran melalui filter dan

penurunan tekanan melintasi unit tersebut. Dengan berjalannya waktu selama filtrasi,

laju aliran akan berkurang atau penurunan tekanan akan meningkat. Pada proses filtrasi

tekanan tetap, penurunan tekanan dibuat konstan dan laju aliran dibiarkan menurun

sesuai waktu.

Page 17: Filter Press

Filtrasi juga merupakan salah satu cara untuk memisahkan partikel padat dari cairan

dengan menggunakan medium filter yang dapat menahan padatan tetapi, meloloskan

cairan. Pemisahan secara filtrasi dilakukan pada campuran suspensi. Pada percobaan

filtrasi ini, dimana larutan suspensi kita alirkan melalui saluran pori – pori di mana

ketika larutan tersebut mulai melewati medium filter, maka padatan akan tertahan pada

medium filter tersebut yang kita kenal dengan cake sedangkan untuk yang lolos yang

kita tampung dalam selang waktu tertentu yang kita sebut sebagai filtrat. Cake dan

volume filtrat yang kita tampung (pada operasi beda tekanan konstan) merupakan tujuan

dari percobaan, sedangkan untuk operasi pada laju alir konstan selain cake dan filtrat

yang menjadi tujuan percobaan kita ukur perubahan tekanan yang terjadi.

Hukum Darcy

Hukum Darcy menghubungkan laju partikel padatan melalui lapisan berpori dengan

pressure drop yang menyebabkan aliran tersebut.

v= k .∆ Pμ . L

(1)

dimana:

v = laju alir padatan dalam campuran cairannya

k = konstanta proporsionalitas yang umum disebut konstanta permeabilitas

Darcy

ΔP = pressure drop pada melalui kedua tebal pelat

L = ketebalan pelat

μ = viskositas cairan

Analogi dengan Hukum Ohm, laju alir akan berbanding lurus dengan diriving force

verupa potensial ΔP pressure drop, dan berbanding terbalik dengan penghambat

alirannnya (L/k).

Namun, Hukum Darcy untuk filtrasi hanya berlaku pada kondisi:

v= dv ρμ (1−ε)

<5 (2)

dimana:

d = ukuran partikel yang diasumsikan sama dengan diameter pori yang

menahan filter cake.

ρ = densitas cairan.

ε = fraksi kosong pada cake

Page 18: Filter Press

2.2 Filtrasi Cake

Medium filter pada filtrasi cake relatif tipis dibandingkan dengan filter klarifikasi.

Pada awal filtrasi sebagian partikel padat masuk ke dalam pori medium dan tidak dapat

bergerak lagi, tetapi segera setelah itu bahan terkumpul lagi pada permukaan septum/

medium penyaringnya. Setelah tahap awal yang berlangsung beberapa menit tersebut zat

padat cake tersebut berfungsi sebagai medium filtrasi, bukan septum lagi. Cake tersebut

terakumulasi sampai ketebalan tertentu pada permukaan dan sewaktuwaktu harus

dibersihkan. Filter cake biasanya bekerja dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan

atmosfer pada bagian hulu atau vakum pada sisi hilir. Filter ini dapat beroperasi kontinu

dapat pula secara batch. Namun karena sulitnya mengeluarkan zat padat melawan

tekanan positif , umumnya filter diopersikan secara batch.

2.2.1 Medium Filter

Yaitu suatu media berpori yang mampu menahan partikel padat dan meloloskan

cairan sebagai filtrat yang jernih. Medium filter biasanya berupa tenunan dari macam -

macam bahan seperti : nilon, sutra atau serat sintetis. Pemilihan medium filter sangat

penting,karena akan menentukan kelancaran operasi.

Faktor – faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan medium filter

jika filtrat merupakan tujuan operasi adalah :

a) Tahanan medium terhadap aliran fluida harus kecil.

b) Tidak larut dan tidak bereaksi dengan bahan - bahan yang ada dalam cairan induk.

c) Cukup kuat menahan tekanan yang terjadi selama operasi.

Jika padatan tersaring merupakan tujuan operasi, maka faktor – faktor utama yang

perlu diperhatikan dalam pemilihan medium filter adalah :

a) Kemudahan mengambil padatan tersaring dari medium filter.

b) Pori - pori medium filter tidak mudah terisi dan tersumbat oleh padatan tersaring.

Dalam industri medium filter yang banyak dipakai adalah kain kanvas. Masing-

masing jenis kanvas dengan ketebalan dan pola anyaman tertentu juga memiliki

kegunaan tertentu. Untuk zat cair yang bersifat korosi digunakan medium filter seperti

kain wol, tenunan logam monel atau baja tahan karat, tenunan gelas, atau kertas. Kain

sintesis seperti nilon, polipropilena, dacron juga tahan secara kimia.

2.2.2 Bahan Aditif untuk Proses Filtrasi

Page 19: Filter Press

Zat padat yang lembek atau sangat halus, yang membentuk cake yang rapat dan

impermeabel akan segera menyumbat medium filtrasi yang cukup halus untuk

menahannya. Untuk menyaring bahan padat seperti itu porositas cake harus ditingkatkan

agar cairan tersebut dapat lewat dengan laju yang cukup. Hal ini dilakukan dengan

menambah bahan aditif filtrasi (filter aid) seeprti tanah diatom, silika, perlit, selulosa

kayu yang dimurnikan, atau bahan-bahan padat lain yang tidak bereaksi.

Penambahan itu dilakukan terhadap slurry umpan sebelum dilakukan filtrasi. Dalam

filter batch lapisan filter aid biasanya tipis, sedangkan pada filter kontinu lapisan ini

biasanya tebal dan bagian atasnya terkikis bersama zat padat yang tertahan filter oleh

pisau kikis, sehingga menghasilkan permukaan filtrasi yang baru. Penggunaan lapisan

pendahuluan ini biasanya dapat mencegah tersumbatnya medium filter sehingga

dihasilkan filtrat yang jernih.

2.2.3 Filter Batch Berdasarkan Tekanan

Filter tekanan dapat memberikan perbedaan tekanan yang cukup besar melintas

septum sehingga menghasilkan filtrasi yang cukup cepat dengan zat cair viskos atau zat

padat halus. Filter tekanan yang umum adalah filter press dan shell-and-leaf filter.

2.3 Filter Aid

Pada beberapa operasi filtrasi kadang - kadang diperoleh padatan tersaring sangat

halus, sehingga masuk ke dalam pori - pori medium filter. Akibatnya medium filter

menjadi cepat tersumbat, laju filtrasi turun dan banyak filtrat yang hilang karena tertahan

pada padatan yang halus tersebut.

Hal ini dapat dicegah dengan cara penggunaan filter aid (bahan bantu filtrasi), karena

filter aid akan membentuk lapisan di atas medium filter dengan sifat pori yang baik.

Filter aid digunakan bila padatan tersaring mudah dipisahkan dari filter aid atau

padatan tersaring bukan merupakan hasil yang diinginkan. Penggunaan filter aid akan

mempertahankan laju filtrasi tinggi dan memperbaiki sifat padatan tersaring, misalnya

kemudahan pencucian dan pengambilannya.

Pemakaian filter aid dapat dilakukan dengan dua cara:

a) Filter aid dilapiskan terlebih dahulu pada medium filter (“precoat”), kemudian baru

operasi filtrasi dilakukan terhadap bubur padatan (“slurry”). Lapisan filter aid

tersebut berfungsi untuk menahan partikel - partikel padatan tersaring.

Page 20: Filter Press

b) Filter aid dalam jumlah tertentu ditambahkan ke dalam bubur sebelum operasi

filtrasi di mulai. Penambahan filter aid akan membesarkan porositas dari bubur,

menurukan kompresibilitas dan tahanan aliran padatan tersaring.

Bahan - bahan yang sering digunakan filter aid dalam tanah diatomea/kieselguhr,

serat asbes, karbon, magnesia, gipsum dan lain – lain. Sifat – sifat filter aid adalah :

Densitas ruah (bulk density) rendah,untuk mengurangi kecenderungan mengendap

Berpori

Dapat membentuk padatan tersaring yang berpori

Tidak bereaksi atau larut dalam filtrat

2.4 Klasifikasi Filtrasi

Operasi filtrasi dan filter dikelompokkan menurut berbagai cara seperti di bawah ini :

a) Berdasarkan Gaya Dorong Operasi

Aliran fluida menerobos media filter memerlukan gaya dorong yang berupa: gaya

gravitasi, gaya sentrifugal, gaya tekan atau gaya hisap. Dalam industri operasi filtrasi

dibantu dengan tekanan dihulu atau isapan vakum dihilir untuk mempercepat proses.

b) Fungsi Filtrasi

Filtrasi dapat ditunjukkan untuk memperoleh padatan tersaring bebas larutan atau

mendapatkan filtrat jernih bebas padatan atau kedua -duanya.

c) Siklus Operasi

Operasi kontinu sering digunakan dalam filtrasi dengan kapasitas besar, sedangkan

operasi batch digunakan dalam skala laboratorium dan dalam penentuan

karakteristik filtrasi. Operasi batch ini diartikan bahwa padatan tersaring

bertambah/tertimbun diatas medium filter, sedangkan larutan tetap dialirkan. Operasi

batch ini dihentikan bila laju filtrasi menjadi sangat rendah karena tahanan padatan

tersaring semakin besar.

Jika gaya dorong dijaga tetap selama operasi filtrasi maka operasi semacam ini

disebut constant pressure. Pada operasi filtrasi ini laju operasi menurun dengan

kenaikan waktu. Sedangkan operasi laju filtrasi tetap disebut constant rate filtration.

Untuk menjaga laju tetap ini, tekanan di hulu ditambah sedikit demi sedikit atau

vakum di hilir ditambah.

d) Sifat Padatan Tersaring

Selama operasi filtrasi, padatan tersaring akan tertimbun dengan ukuran dan bentuk

partikel tetap dan juga porositas timbunan dapat dianggap tetap. Tetapi banyak jenis

Page 21: Filter Press

padatan tersaring mengalami pemadatan selama operasi filtrasi, sehingga

porositasnya menurun dan akibatnya laju filtrasi cepat menurun. Hal terakhir ini

disebut padatan tersaring termampatkan (compresible cake).

Ukuran partikel padatan tersaring kira - kira satu mikrometer atau lebih besar. Jika

partikel mempunyai ukuran kurang dari 1 mikron, maka filtrasi harus dilakukan

dengan operasi ultrafiltrasi.

e) Mekanisme Filtrasi

Ada dua pendapat tentang mekanisme filtrasi, yang pertama menganggap bahwa

partikel padatan tertahan di permukaan medium filter dan diikuti partikel – partikel

berikutnya dengan pembentukan lapisan demi lapisan padatan tersaring.

Mekanisme kedua menganggap bahwa padatan tertahan dalam pori -pori medium

filter, dan dinyatakan dalam persamaan filtrasi medium filter.

2.5 Jenis Alat Filtrasi

a) Filtrasi pasir terbuka

b) Continuous rotary drum filter

c) Flate dan frame filter (pada percobaan ini alat filtrasi yang digunakan flate dan

frame).

Alat filtrasi jenis ini terdiri dari flate dan frame yang dipasang berselang –

seling.Jenis flate dan frame bermacam – macam.

Keuntungan alat filtrasi ini :

Konstruksi sederhana dan dapat dibuat dari berbagai material (besi,kuningan, katu

dan lain – lain).

Tidak terdapat bagian yang bergerak,sehingga ongkos pemeliharaan rendah.

Kapasitas dapat diatur dengan menambah jumlah flate dan frame

Dapat dipakai untuk tekanan tinggi ( hingga 15 bar).

Kerugian alat ini :

Operasi batch.

Biaya buruh tinggi, karena itu alat filtrasi ini dipakai jika produk padat bernilai

tinggi.

Page 22: Filter Press

2.6 Persamaan Dasar Filtrasi

Proses yang terjadi pada filtrasi dapat digambarkan sebagai aliran fluida yang

melalui unggun padat (packed bed).filtrat mengalir melalui saluran pori–pori dan

umumnya dengan laju aliran relatif kecil, sehingga dapat dianggap laminer.Keadaan ini

memungkinkan penggunaan persamaan Hagen-Poiseuille untuk beda tekanan (pressure

drop) dann laju alir.Untuk operasi filtrasi, persamaan tersebut ditulis dalam bentuk

sebgai berikut :

dVdt

=A ' (−∆ P)

μR (3)

dimana :

V = volume filtrat yang terkumpul, liter

t = waktu, detik

A’= luas penampang aliran sebenarnya, m2

R = tahanan unggun, m-1

µ = viskositas fluida,kg/(m.detik)

Persamaan (3) menggambarkan bahwa laju filtrasi sebanding dengan gaya dorong

dan berbanding terbalik dengan tahanan. Tetapi persamaan tersebut belum dapat

digunakan langsung untuk operasi filtrasi.Luas penampang aliran sebenarnya A’ sulit

diketahui, karena itu biasanya diganti dengan luas penampang sebetulnya menjadi luas

penampang medium filter dimasukkan ke dalam besaran – besaran berikut ini.

Tahanan padatan tersaring sebanding dengan tebal atau jumlah padatan tersaring :

R=R c+Rm (4)

Rc=α . c .VA

(5)

dimana :

Rc = tahanan cake

Rm = tahanan medium filter

α = tahanan padatan tersaring spesifik untuk masing – masing jenis,

membawa sifat : ukuran dan bentuk partikel, serta porositas, m/Kg

c = massa kering zat padat tersaring tiap volum filtrat, Kg/m3

c.v = luas penampang filtrsi, m2

Page 23: Filter Press

Jika padatan tersaring mempunyai sifat termampatkan, maka tahanan spesifik, α

merupakan beda tekan :

α=α0(−∆ P)s (6)

dimana :

αo = konstanta

s = koefisien kompresibilitas

Dengan memperhatikan persamaan–persamaan tersebut diatas, persamaan umum

filtrasi menjadi :

dVdt

=A ' (−∆ P)

μ¿¿ (7)

2.7 Operasi Beda Tekanan Konstan

Jika P konstan , variabel dalam persamaan (7) hanya volum filtrat V dan waktu

operasi Integrasi persamaan (7) memberi persamaan operasi filtrasi beda tekan tetap :

dtdV

=μ . α . C3

A2(−∆ P)V +

μ . Rm

A (−∆ P) (8)

dtdV

=Kp .V +B (9)

∫0

t

dt=∫0

v

(Kp .¿V +B)dV ¿ (10)

t=Kp2

V 2+B .V (11)

tV

=Kp2

V +B (12)

y=bx+a

y tV

b slope Kp2

a intersep B x V

Page 24: Filter Press

α= Kp. A2 .∆ Pμ .Cs

Rm=α . ∆ P .Bμ

2.8 Operasi Laju Alir Konstan

Jika laju alir konstan, maka:

−∆ P=μ . α . Cs

A2

dVdt

V + μ . RmA

dVdt (13)

−∆ P=Kv .V +C (14)

y=bx+a

y −∆ P b intersep C

a slope Kv x V

http://id.scribd.com/doc/102503247/Laporan-FILTRASI


Top Related