SEDIMENTASI KONTINYU

Sedimentasi adalah salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan

cairan (slurry) menjadi cairan beningan dan sludge (slurry yang lebih pekat

konsentrasinya). Pemisahan dapat berlangsung karena adanya gaya

gravitasi yang terjadi pada butiran tersebut. Proses sedimentasi dalam

industri kimia banyak digunakan ,misalnya pada proses pembuatan kertas

dimana slurry berupa bubur selulose yang akan dipisahkan menjadi pulp

dan air, proses penjernihan air (water treatment),dan proeses pemisahan

buangan nira yang akan diolah menjadi gula.

Proses sedimentasi dalam dunia industri dilakukan secara sinambung

dengan menggunakan alat yang dikenal dengan nama thickener,sedangkan

untuk skala laboratorium dilakukan secara batch. Data-data yang diperoleh

dari prinsip sedimentasi secara batch dapat digunakan untuk proses yang

sinambung.

Di industri aplikasi sedimentasi banyak digunakan, antara lain :

1. Pada unit pemisahan , misalnya untuk mengambik senyawa magnesium

dari air laut

2. Untuk memisahkan bahan buangan dari bahan yang akan diolah,

misalnya pada pabrik gula

3. Pengolahan air sungan menjadi boiler feed water.

4. Proses pemisahan padatan berdasarkan ukurannya

dalam clarifier dengan prinsip perbedaan terminal velocity

Sedimentasi adalah suatu proses pemisahan suspensi secara mekanik

menjadi dua bagian, yaitu slurry  dan supernatant. Slurry adalah bagian

dengan konsentrasi partikel terbesar, dan supernatant adalah bagian cairan

yang bening. Proses ini memanfaatkan gaya gravitasi, yaitu dengan

mendiamkan suspensi hingga terbentuk endapan yang terpisah dari

beningan (Foust, 1980).

Proses sedimentasi dapat dilakukan dengan tiga macam cara, yaitu :

1. Cara Batch

Cara ini cocok dilakukan untuk skala laboratorium, karena

sedimentasi  batch paling mudah dilakukan, pengamatan penurunan

ketinggian mudah. Mekanisme sedimentasi batch pada suatu silinder /

tabung bisa dilihat pada gambar berikut :

Keterangan :

A = cairan bening

B = zona konsentrasi seragam

C = zona ukuran butir tidak seragam

D = zona partikel padat terendapkan

 

Gambar di atas menunjukkan slurry awal yang memiliki konsentrasi

seragam dengan partikel padatan yang seragam di dalam tabung (zona B).

Partikel mulai mengendap dan diasumsikan mencapai kecepatan maksimum

dengan cepat. Zona D yang terbentuk terdiri dari partikel lebih berat

sehingga lebih cepat mengendap. Pada zona transisi, fluida mengalir ke

atas karena tekanan dari zona D. Zona C adalah daerah dengan distribusi

ukuran yang berbeda-beda dan konsentrasi tidak seragam. Zona B adalah

daerah konsentrasi seragam, dengan komsentrasi dan distribusi sama

dengan keadaan awal. Di atas zona B, adalah zona A yang merupakan

cairan bening.

Selama sedimentasi berlangsung, tinggi masing-masing zona berubah

(gambar 2 b, c, d). Zona A dan D bertambah, sedang zona B berkurang.

Akhirnya zona B, C dan transisi hilang, semua padatan berada di zona D. 

Saat ini disebut critical settling point, yaitu saat terbentuknya batas tunggal

antara cairan bening dan endapan (Foust, 1980).

2. Cara Semi-Batch

Pada sedimentasi semi-batch , hanya ada cairan keluar saja, atau cairan

masuk saja. Jadi, kemungkinan yang ada bisa berupa slurry yang masuk

atau beningan yang keluar. Mekanisme sedimentasi semi-batch  bisa dilihat

pada gambar berikut :

Keterangan :

A = cairan bening

B = zona konsentrasi seragam

C = zona ukuran butir tidak seragam

D = zona partikel padat terendapkan

3. Cara Kontinyu

Pada cara ini, ada cairan slurry yang masuk dan beningan yang dikeluarkan

secara kontinyu. Saat steady state, ketinggian tiap zona akan konstan.

Mekanisme sedimentasi kontinyu bisa dilihat pada gambar berikut :

Keterangan :

A = cairan bening

B = zona konsentrasi seragam

C = zona ukuran butir tidak seragam

D = zona partikel padat terendapkan

Kecepatan sedimentasi didefinisikan sebagai laju pengurangan atau

penurunan ketinggian daerah batas antara slurry (endapan)

dan supernatant (beningan) pada suhu seragam untuk mencegah

pergeseran fluida karena konveksi (Brown, 1950).

Pada keadaan awal, konsentrasi slurry seragam di seluruh bagian tabung.

Kecepatan sedimentasi konstan, terlihat pada grafik hubungan antara

ZL dan θL membentuk garis lurus untuk periode awal (dZ/dt=V=konstan ).

Periode ini disebut free settling, dimana padatan bergerak turun hanya

karena gaya gravitasi. Kecepatan yang konstan ini disebabkan oleh

konsentrasi di lapisan batas yang relatif masih kecil, sehingga pengaruh

gaya tarik-menarik antar partikel, gaya gesek dan gaya tumbukan antar

partikel dapat diabaikan. Partikel yang berukuran besar akan turun lebih

cepat, menyebabkan tekanan ke atas oleh cairan bertambah, sehingga

mengurangi kecepatan turunnya padatan yang lebih besar. Hal ini membuat

kecepatan penurunan semua partikel (baik yang kecil maupun yang besar)

relatif sama atau konstan.

Semakin banyak partikel yang mengendap, konsentrasi menjadi tidak

seragam dengan bagian bawah slurry menjadi lebih pekat. Konsentrasi pada

bagian batas bertambah, gerak partikel semakin sukar dan kecepatan

turunnya partikel berkurang. Kondisi ini disebuthindered settling.

Kondisi free settling dan hindered settling dapat diamati pada grafik

hubungan antara ZL dan θL. Dimana untuk kondisi free settling ditunjukkan

saat grafik masih berupa garis lurus, sedangkan saat grafik mulai

melengkung merupakan kondisi hindered settling.

Jenis Peralatan Sedimentasi

       Berdsarkan tujuan dari bahan apa yang ingin didapatkan maka

sedimentasi ini dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu:

a. Penjernihan (klarifier)

 Klarifier adalah pengendapan partikel padat yang jumlahnya relative

sedikit (1-5%) dengan suatu tujuan untuk memperoleh cairan yang jernih,

proses klarifier mencakup proses flokulasi dan koagulasi .Proses koagulasi

merupakan suatu proses dimana penambahan zat kimia atau koagulan

tertentu kedalam air yang diolah dan disertai pengadukan cepat sehingga

terbentuk flok suatu partikel yang halus, selanjutnya mengalami proses

flokulasi  yaitu bergabungnya flok-flok membentuk flok yang leih besar.

b. Pemekatan (Thickener)

Thickener adalah peningkatan konsentrasi atau konsentrasi zat padat

dari campuran yang memiliki zat padat yang relatif banyak (15-30%), dan

biasanya hasil padatnya yang diperlukan.

Didalam sedimentasi perlu dibedakan antara :

a. Discrate partikel adalah partikel yang memiliki ukuran bentuk dan

spesifik gravitasi tetap (tidak berubah dengan waktu) selama proses

pemisahan berlangsung.   

b. Flocullant partikel adalah partikel yang memiliki sifat permukaan

yang dapat membesar atau bergabung dengan partikel-partikel lain ketika

akan bersinggungan sehingga ukuran bentuk mungkin akan berubah.

Sedimentasi merupakan salah satu cara yang paling ekonomis

untuk memisahkan yang padatan dari suspensi bubur atau slurry. Operasi

ini banyak digunakan pada proses-proses untuk mengurangai polusi dari

limbah industri. Suspensi sendiri dibedakan atas dua bagian yaitu :

a.       Suspensi cair adalah suspensi dan konsentrasi dari partikel yang tidak

cukup untuk membentuk batas yang jelas terhadap air

saat pengaturan berlangsung.

b.      Concentratif suspensi  adalah suspensi dengan suatu  konsentrasi batas

yang jelas sangat besar sehingga terbentuk batas yang jelas

saat pengaturan berlangsung. 

Perbedaan kedua suspensi diatas mengakibatkan pola setting berbeda

dan membutuhkan dan rancangan peralatan sedimentasi selalu didasarkan

pada percobaan sedimentasi pada skala yang lebih kecil.

      (F. Parikest, Ir. “Diklat Alat-Alat Industri Kimia”, 1985)

Peralatan Dalam Sedimentasi

Dalam industri, proses yang diuraikan di atas itu dilaksanakan dalam

skala dengan menggunakan alat yang disebut kolam pengendap atau baik

penebal (Thickener). Untuk partakel-partikel yang mengendap dengan

cepat tangki pengendap tumpak atau kerucut pengendap kontinyu biasanya

cukup memadai. Akan tetapi, untuk berbagai tugas lain diperlukan alat

penebal yang diaduk dengan cara mekanik .Tangki yang besar dan agak

dangkal yang mempunyai penggaruk radial yang digerakkan dengan lambat

dari suatu proses sentral. Dimana dasar alat ini biasa datar biasa pula

berbentuk kerucut dangkal. Bubur umpan yang encer mengalir melalui

suatu palung miring atau meja cuci masuk ditengah alat penebal itu. Cairan

itu lalu mengalir secara radial dengan kecepatan yang kian berkurang,

sehingga memungkinkan zat padat itu mengendap ke dasar tangki. Cairan

jernih melimpah dari bibir tangki ke dalam suatu palung. Lengan-lengan

penggaruk itu mengaduk Lumpur itu secara perlahan-lahan, dan

mengumpulkannya ketengah tangki, sehingga dapat mengalir dari situ

kedalam bukaan besar yang bermuara pada pipa masuk pompa

lumpur. Pada  beberapa rancang tertentu lengan penggaruk itu

dibuat  berengsel sehingga dapat bergerak melewati setiap halangan,

seperti gumpalan lumpur yang keras  pada dasar tangki.

Kolam pengendap  (penebal) yang dilengkapi dengan pengaduk mekanik

biasanya besar, dengan diameter berkisar antara 30-300 ft (10 - 100 ml)

dan kedalaman 8-12 ft (2,5 - 3,5 km). Pada alat penebal besar,

penggaruknya berputar sekali dalam 30 menit. Kolam pengendap ini

biasanya sangat bermanfaat bila kita mempunyai bubur encer dengan

volume yang besar yang ketebalannya seperti pada pembuatan semen atau

produksi magnesium dari laut. Alat ini juga banyak dipakai dalam

pengolahan air limbah dan penjernihan air.

Volume cairan jernih yang dihasilkan persatuan waktu dalam suatu

kolam pengendap kontinyu bergantung pada luas penampang  yang tersedia

untuk pengendap dan dalam separator industri, hampir tidak bergantung

pada kedalaman zat cair, kapasitas yang lebih tinggi persatuan luas lantai

biasa didapatkan dengan menggunakan pengendap bertyalam banyak, yang

terdiri dari beberapa zona pengendapan yang dangkal, satu diatas yang

lain, dalam tangfki berbentuk silinder. Lumpur yang mengendap didorong

kebawah dari satu talam ke talam yang berikut dengan bantuan penggaruk

atau pengerik. Pada alat ini kita dapat pula melakukan pencurian anjakan

lawan arah. Alat ini biasanya lebih kecil diameternya daripada pengendap

bertahap tunggal.

Proses Pengendapan Sentrifugal

Partikel tertentu didalam fluida tertentu mengendap dibawah pengaruh

gaya grafitasi pada laju maksimum tertentu. Untuk meningkatkan laju

pengendapan, gaya gravitasi yang bekerja pada partikel itu dapat

digantikan dengan gaya sentrifugal yang jauh lebih kuat. Dalam operasi

produksi, separator sentrifugal sudah banyak menggantikan separator

grafitasi karena separator sentrifugal itu jauh lebih efektif dengan partikel

dan tetesan halus, disamping volumenya yang jauh lebih kecil untuk

kapasitas tertentu.

 Pemisahan zat padat dari gas , siklon

         Kebanyakan separator sentrifugal yang digunakan untuk

mengeluarkan partikel dari arus gas tidak mempunyai bagia-bagian yang

bergerak sama sekali, contohnya ialah separator siklon yang terlihat pada

gambar 2e. Alat ini terdiri dari sebuah silinder vertical yang mempunyai

bagian bawah berbentuk kerucut, dengan pemasuk yang merupakan garis

singgung  (tangensial)pada bagian atasnya, sedang lubang keluar untuk

debu-debunya terletak diujung kerucut disebelah bawah. Lubang masuk itu

biasanya berbentuk siku empat. Pipa keluar menjulur kedalam silinder

untuk menjaga agar tidak ada aliran pintas udara masuk langsung keluar.

Udara masuk yang mengandung debu mengalir dalam lintasan

spiral  mengelilingi silinder kebawah bagian siklon yang berbentuk silinder

itu. Gaya sentrifugal yang timbul didalam vorteks cenderung menggerakkan

partikel secara radial kearah diding dan partikel yang sampai kedididng itu

meluncur kebawah kedalam kerucut sehingga dapat dikumpulkan.

         Siklon pada dasarnya adalah peranti pengenap dimana gaya

sentrifugal yang kuat, yang bekerja secara radial, digunakan sebagai

pengganti gaya grafitasi yang relative lemah dan bekerja vertikal itu. siklon

merupakan salah satu dari beberapa peranti pemisah yang bekerja lebih

baik pada beban penuh daripada beban terbatas. Kadang-kadang dua siklon

yang idsentik digunakan dalam susunan seri untuk mendapatkan

pengeluaran zat padat yang lebih lengkap, tetapi efisiensi unit yang kedua

itu akan kurang dari yang  pertama, karena umpan keunit, yang kedua

mempunyai ukuran partikel rata-rata yang lebih kecil. Siklon juga sangat

banyak dipakai untuk memisahkan zat padat dari zat cair, lebih untuk

tujuan klasifikasi.

Jenis-Jenis Dekanter Sentrifugal

Zat cair yang tak mampu campur (immiscible) dipisahkan secara

industri dalam decanter (pengenap – tuang) sentrifugal (sentrifugal

decanter). Gaya pisah disini jauh berlebih besar dari gaya grafitasi dan

bekerja pada arah menjauh  dari sumbu putaran dan bukan kearah bawah

ke permukaan bumi. Jenis-jenis utama decanter sentrifugal adalah mesin

sentrifugal tabung (tubular centrifuge) dan sentrifugal piring (disk

centrifuge).

1. Dekanter sentrifugal tabung

            Mesin pisah sentrifugal tabung untuk zat cair. Mangkuknya tinggi

dan sempit, dengan diameter 4 sampai 6 in (100 sampai 150 mm) dan

berputar didalam rumahan yang stasioner pada kecepatan kira-kira 15.000

put/min. Umpan masuk dari nosel stasioner yang diselipkan dari suatu

bukaan pada dasar mangkuk. Zat cair terpisah menjadi 2 lapisan didalam

mangkuk itu. Lapisan yang disebelah dalam, atau lapisan ringan menumpah

dari tanggul dibagian atas mangkuk dan terlempar keluar ketutup

pembuang yang stasioner dan dari situ kesuatu corot. Zat cair berat

mengalir melalui sebuah tanggul lain ketutup dan corot pembuang

sendiri.Tanggul yang dilewati aliran  zat cair berat dapat ditanggalkan dan

digantin dengan tanggul lain yang ukuran bukaanya berbeda. Posisi natar

muka zat cair dan zat cair (zona netral)  di jaga dengan keseimbangan

hidraulik. Pada beberapa rancang zat cair itu keluar dengan tekanan dan

posisi antar muka itu diatur dengan suatu katup luar pada pipa

pembuangan.

2. Dekanter sentrifugal piring

Untuk pemisahan zat cair dengan zata cair tertentu mesin sentrifugal

jenis piring sangat efektif. Alat ini terdiri dari sebuah mangkuk pendek dan

lebar, diameter 8-20 in (200- 500 ml) yang berputar pada suatu sumbu

vertical. Mangkuk itu datar pada bagian dasar tetapi berbentuk kerucut

pada bagian atas. Umpan masuk dari atas melalui suatu pipa stasioner

kedalam leher mangkok. Dua lapisan zat cair akan terbentuk seperti pada

decanter sentrifugal tabung masing-masingnya mengalir melalui tanggul

yang dapat diatur tanggulnya tingginya kecorot pembuang yang

terpisah. Didalam mangkuk itu dan berputar berasama itu ada beberapa

“piring” yang tersususn dengan jarak pisah kecil, yang sebetulnya terdiri

dari kerucut-kerucut lembaran logam yang tersususn satu diatas yang lain.

Pada setiap piring terdapat lubang berpasangan  kira-kira pada jarak

ditengah – tengah antara poros dan dinding mangkuk. Lubang-lubang itu

membentuk saluran tempat zat cair itu lewat. Dalam operasinya, zat cair

umpan masuk kedalam mangkuk dari bawah, lalu mengalir keatas melaui

saluran itu melewati piring-piring. Zat cair berat akan terlempar keluar dan

mendorong zat cair ringan keararh tengah mangkuk. Dalam perjalanannya

keluar, zat cair itu akan menumbuk bagian bawah piring dan akan mengalir

dibawah kepinggir mangkuk tanpa terpaksa bertumbukan lagi dengan zat

cair ringan, demikian pula mengalir kedalam dan keatas melaui permukaan

atas piring. Oleh karena jarak antara piring-piring itu sangat rapat, jarak

yang ditempuh oleh setiap tetesan zat cair untuk keluar dari fase yang satu

lagi pendek saja, jauh lebih pendek dari decanter sentrifugal tabung dimana

lapisan zat cairnya tebal. Disamping itu, didalam mesin piring terdapat

geser yang agak besar pada antar muka zat cair dan zat cair pada waktu

satu fase mengalir berlawanan arah dengan fase yang satu lagi. Geser ini

sangat membantu dalam memecah emulsi. Dekanter sentrifugal piring

sangat bermanfaat dalam, hal yang menjadi tujuan bukanlah

pemisahan penuh tetapi hanyalah pemekatan konsentrasi didalam satu fase

fluida,seperti dalam pemisahan lemak dari susu.

Jika zat cair yang diumpankan kedekanter sentrifugal piring atau

tabung itu mengandung kotoran atau partikel zat padat berat, zat padat itu

akan mengumpul didalam mangkuk dan harus dibersihkan dengan

menghentikan mesin, mengeluarkan dan membongkar mangkuk dan

mengikis zat padat yang menumpuk. Cara ini akan menjadi tidak ekonomis

apabila kandungan zat padat didalam umpan lebih dari beberapa persen

saja.

Dekanter sentrifugal piring atau tabung sangat menguntungkan untuk

memisahkan larutan zat padat dari minyak pelumas, zat cair

proses, tinta dan minuman yang harus bersih sempurna. Alat ini dapat

mengeluarkan zat cair berlendir atau seperti gelatin yang mungkin akan

menyumbat filter dengan segera. 

            (Mc. Cabe and Smith, ” OTK II”, Thn :1991)

Source:

http://mhimns.blogspot.com/2013/04/sedimentasi.html

http://tentangteknikkimia.wordpress.com/2011/12/17/sedimentasi/