PENYARINGAN BERTEKANAN

(FILTER PRESS)

Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini, diharapkan dapat:

Mengoperasikan alat penyaringan bertekanan (Filter Press)

Menjelaskan mekanisme proses penyaringan (Filtrasi)

Menyelesaikan problema yang berhubungan dengan penyaringan (filtrasi).

Dasar Teori

Filtrasi merupakan pemisahan padatan dari suatu suspensi cairan dengan menggunakan

suatu medium berpori (screen) yang mana akan menahan padatan dan cairanya akan dibiarkan

melewati. Pada umumnya,pori-pori medium akan lebih besar dibandingkan dengan partikel yang

akan dipisahkan dan penyaringan akan bekerja dengan effisien hanya setelah deposit awal telah

terjebak pada medium.

Untuk memisahklan larutan padat dari suatu larutan suspensi atau slurry dapat dilakukan

dengan cara penyaringan (Filtrasi), diantaranya dengan menggunakan filter press.

Filter press terdiri dari seperangkat pinggan atau lempeng (Plate) yang dirancang untuk

memberikan sederetan ruang tempat zat padat dapat ditahan. Lempeng (Plate) itu ditutup dengan

medium penyaring (filter) atau kanvas. Slurry umpan masuk ke dalam masing-masing komponen

itu dengan tekanan. Cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa pengeluaran dan

meninggalakan 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 rapatkan dengan bantuan skrup atau ram hidrolik. Slurry

mengalir melalui saluran yang terpasang memanjang pada salah satu sudut rakitan. Dan bidang

ini melalui saluran tambahan mengalir ke dalam masing-masing bingkai. Di sini zat padat itu

dapat ditahan pada permukaan plate, filtratnya akan menembus kain penyaring melalui alur pada

muka pinggan, sampai keluar dari filter pess. Emulsi (slurry) umpan dipompakan dari tangki

pada tekanan tertentu. Filtrasi dioperasikan hingga tidak ada lagi zat cair yang keluar dan

tekanan filtrasi akan naik dengan tajam. Hal ini dapat terjadi bila bingkai telah penuh dengan zat

padat, sehingga emulsi tidak dapat lewat lagi.

Proses selanjutnya adalah pencucian dengan cara mengalirkan cairan pencuci untuk

membersihkan cake (filtarat sehingga didapatkan hasil yang lebih murni.

Persamaan umum filtrasi

Laju alir filtrat dapat ditentukan menurut perdamaan dasar

dv A P

=

dt r L

Dengan A : Luas/area dari zat yang tertahan (cake)

P : Perbedaan tekan sepanjang cake

L : Tebal cake

: Viskositas fluida (zat cair)

r : Tahanan jenis (spesifik kristal) dari fluida.

Selama proses berlangsung tebal cake akan terus bertambah dan laju filtrasi akan menurun, atau

dapat juga dikatakan pertambahan volume cake sebanding dengan pertambahan volume filtrat.

Faktor-faktor yang paling penting yang mana berpengaruh pada aliran filtrasi adalah :

Preassure Drop umpan

Luas permukaan filtrasi

Viskositas filtrat

Resistansi (tahanan) filter cake

Resistansi (tahanan)medium filter dan lapisan cake awal

Filtarsi batch pada tekanan tetap

Laju alir filtrat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan umum:

dt Cs = V + Rm

dv A2 (P) A (P)

atau

tV= µα Cs

∆ P A2 V + µ

A ∆ PRm

Dengan : Viskositas pelarut (air)

=10-3 Pa sCs : Konsentrasi padatan (Solid)

Kg/m3

Rm : Tahanan filter mediumA : Luas filter(m2)P : Perbedaan tekanan (Pa)V : Volume filtrat (m3)V : V1-V2 (m3)V : Volume filtrat rata-rata (m3)

t

V

V (m3)

Alat dan Bahan

1. Alat alat yang digunakan

Ember ukuran 20 liter

Stopwatch

Peralatan Filter Press

Neraca teknis

Langkah Kerja

Pembuatan Larutan Umpan

Masukkan Larutan suspensi kapur ke dalam tangki berpengaduk dengan kandungan kapur

adalah 5%

Hidupkan motor berpengaduk,

Persiapan Alat;

- pasang kain filter ke frame dari alat

- rapatkan skrup dengan putaran manual

- periksa penyambungan pipa-pipa, tangki, pompa unit alat dan unit pembuangan

Pelaksanaan Proses

- Hidupkan motor pompa

- Atur aliran masuk pada tekanan tertentu

- Catat waktu setiap 4 liter (dan kelipatannya) filtrat yang didapat

- Hentikan proses setelah filtrat yang keluar sedikit

Slope = Rm

A (P)

CsIntersept =

A2 (P)

2. Bahan yang digunakan Bubuk Kapur Air bersih

- Buka plate dan frame

- Ambil kain filter dengan hati-hati, ukur tebal cake sebelum dikeringkan

- Ulangi percobaan diatas untuk tekanan yang lainnya sehingga didapatkan tiga variasi tekanan

Keselamatan Kerja

- Jangan memasukkan tangan ke dala tangki ketika motor pengaduk sedang dioperasikan

- Hindarkan mata dari percikan larutan dalam tangki ketika pengadukan sedang berlangsung

- Gunakan sarung dilarang.

DATA PENGAMATAN

Tinggi Filtrat (cm)

Volume Filtrat (L)

Waktu (s) P = 1 Bar

Waktu (s) P = 2 Bar

Waktu (s) P = 3 Bar

-

RUNTEBAL CAKE

123

Data Pengamatan dan Pengolahan Data

1. Run 1 (∆P = 2,5 bar = 2,5x105 Pa)

Massa cake = 1,76 kg

1 cm = 2,28 L

µfiltrat = 0,001 kg

m s2

A = 0,559504 m2

Cs = Massa cake (kg)

Volumefiltrat (m3)= 1,76kg

0,10944 m3=¿16,08187 kg

m3

t (sekon) V (cm) V (L) V(m3) t/V (s/m3)11 4 9.12 0.00912 1206.14035127 8 18.24 0.01824 1480.26315838 12 27.36 0.02736 1388.88888960 16 36.48 0.03648 1644.73684275 20 45.6 0.0456 1644.73684295 24 54.72 0.05472 1736.111111

110 28 63.84 0.06384 1723.057644129 32 72.96 0.07296 1768.092105150 36 82.08 0.08208 1827.48538174 40 91.2 0.0912 1907.894737195 44 100.32 0.10032 1943.779904225 48 109.44 0.10944 2055.921053

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

500

1000

1500

2000

2500

f(x) = 7063.18027895559 x + 1275.22034108458R² = 0.91755029838206

V vs t/V pada Run 1

V (m3)

t/V

(s/m

3)

y = Ax + B

y = 7063x + 1275

tV

= Kp2

V + B

Kp2=7063

Kp = 7063 x 2 = 14126

Kp = µα Cs

∆ P A2

α = Kp ∆ P A2

µCs

= (14126 ) (250000 )(0,559504)2

(0,001 )(16,08187)

= 6,87431x1010 mkg

B = µ Rm

∆ P A

Rm = B A ∆ P

µ

= (1275 ) (0,559504 )(250000)

(0,001)

= 1,78342x1011 /m

2. Run 2 (∆P = 2 bar = 2x105 Pa)

Massa cake = 0,9 kg

1 cm = 2,28 L

µfiltrat = 0,001 kg

m s2

A = 0,559504 m2

Cs = Massa cake (kg)

Volume filtrat (m3)= 0,9 kg

0,10944 m3=¿8,223684 kg

m3

t (sekon) V (cm) V (L) V(m3) t/V (s/m3)3 4 9.12 0.00912 328.9473684

23 8 18.24 0.01824 1260.96491245 12 27.36 0.02736 1644.73684264 16 36.48 0.03648 1754.38596586 20 45.6 0.0456 1885.964912

107 24 54.72 0.05472 1955.409357127 28 63.84 0.06384 1989.348371150 32 72.96 0.07296 2055.921053168 36 82.08 0.08208 2046.783626185 40 91.2 0.0912 2028.508772203 44 100.32 0.10032 2023.524721223 48 109.44 0.10944 2037.646199

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

500

1000

1500

2000

2500

f(x) = 11636.1967320479 x + 1061.21809919657R² = 0.574260764845141

V vs t/V pada Run 2

V (m3)

t/V

(s/m

3)

y = Ax + B

y = 11636x + 1061

tV

= Kp2

V + B

Kp2=11636

Kp = 11636 x 2 = 23272

Kp = µα Cs

∆ P A2

α = Kp ∆ P A2

µCs

= (23272 ) (200000 )(0,559504)2

(0,001 )(8,223684 )

= 1,77176x1011 mkg

B = µ Rm

∆ P A

Rm = B A ∆ P

µ

= (1061 ) (0,559504 )(200000)

(0,001)

= 1,18727x1011 /m

3. Run 3 (∆P = 0,5 bar = 5x104 Pa)

Massa cake = 0,58 kg

1 cm = 2,28 L

µfiltrat = 0,001 kg

m s2

A = 0,559504 m2

Cs = Massa cake (kg)

Volumefiltrat (m3)= 0,58kg

0,10944 m3=¿5,299708 kg

m3

t (sekon) V (cm) V (L) V(m3) t/V (s/m3)22 4 9.12 0.00912 2412.28070251 8 18.24 0.01824 2796.05263275 12 27.36 0.02736 2741.22807

100 16 36.48 0.03648 2741.22807125 20 45.6 0.0456 2741.22807153 24 54.72 0.05472 2796.052632178 28 63.84 0.06384 2788.220551205 32 72.96 0.07296 2809.758772230 36 82.08 0.08208 2802.14425257 40 91.2 0.0912 2817.982456298 44 100.32 0.10032 2970.494418

310 48 109.44 0.10944 2832.602339

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

f(x) = 2773.10134943342 x + 2606.38329879259R² = 0.504881503120386

V vs t/V pada Run 3

t/V (s/m3)

V (m

3)

y = Ax + B

y = 2773x + 2606

tV

= Kp2

V + B

Kp2=2773

Kp = 2773 x 2 = 5546

Kp = µα Cs

∆ P A2

α = Kp ∆ P A2

µCs

= (5546 ) (50000 )(5595,04)2

(0,001 )(5,299708)

= 1,63796x1010 mkg

B = µ Rm

∆ P A

Rm = B A ∆ P

µ

= (2606 ) (5595,04 )(50000)

(0,001)

= 7,29034x1010 /m

Pembahasan

Firzal Muharam (091411075)

Filtrasi merupakan salah satu proses pemisahan campuran padat – cair yang sering

paling umum digunakan. Terdapat banyak metode filtrasi, salah satunya adalah filtrasi

bertekanan. Pada filtrasi bertekanan, campuran dipompa melalui media filtrasi dan alirannya

akan mengalami pressure drop. Ampas akan tertahan di media filtrasi dan filtratnya mengalir

karena tekanan di dalam fluida. Manfaaat uji filtrasi bertekanan yaitu mendapatkan nilai tahanan

ampas dan tahanan medium yang berfungsi untuk menentukan rancangan alat yang lebih besar

Pada filtrasi bertakanan, diuji dengan menggunakan variasi perbedaan tekanan.

Berdasarkan hasil pengamatan, pressure drop yang lebih kecil membutuhkan waktu yang lebih

lama hingga di dapat jumlah filtrate yang sama. Selain itu, jumlah ampas yang di dapat lebih

sedikit apabila pressure drop yang digunakan lebih kecil. Oleh karena itu, untuk mendapatkan

filtrasi yang baik harus digunakan pressure drop yang besar. Namun, untuk menghasilkan

pressure drop yang besar memerlukan daya pompa yang lebih besar dan material filter yang kuat.

Pada tiga kali run dengan pressure drop yang berbeda, menghasilkan tahanan ampas dan medium

yang berbeda. Tahanan medium (Rm) yang dihasilkan berkurang pada pressure drop yang lebih

kecil. Namun, pengaruh pressure drop terhadap tahanan ampas sulit ditentukan. Secara teori

tahanan ampas naik pada pressure drop lebih besar. Hal ini dapat terjadi karena selama proses

filtrasi terjadi kebocoran pada frame filter, sehingga terdapat ampas yang tidak terfiltrasi oleh

medium filter. Hal ini terlihat dari linieritas kurva yang kurang baik yang secara teori persamaan

filtrasi seharusnya menghasilkan kurva yang linier. Nilai tahanan ampas dan tahanan medium

pada masing – masing run berfungsi untuk menentukan tilai tetapan empirik tahanan ampas (αo)

dan tahanan medium (Rmo) yang bermanfaat untuk melakukan perancangan alat apabila operasi

dilakukan pada kapasitas yang lebih besar.

Berdasarkan hasil perhitungan di dapat αo sebesar 49317.38 dan Rmo sebesar

380189396,3 pada filtrasi slurry kapur. Pada contoh perancangan alat dengan spesifikasi yaitu

pressure drop sebesar 5 bar, kapasitas filtrate sebesar 10000 L, dan waktu operasi selama satu

jam membutuhkan luas permukaan medium filtrasi sebesar 2,69 m2.

Kesimpulan

a. Pressure drop operasi filtrasi yang lebih besar menghasilkan ampas yang lebih banyak,

tahanan ampas dan tahanan medium menjadi lebih besar.

b. Faktor yang memengaruhi proses filtrasi bertekanan adalah :

Pressure drop antara aliran masuk dan aliran keluar filter

Luas permukaan medium filtrasi

Lamanya waktu proses filtrasi

Tahanan Ampas dan tahanan medium filtrasi

c. Pada filtrasi slurry kapur di dapat :

αo = 49317,38

Rmo = 380189396,3

Oleh : Shelfi Alif N (091411092)

Filtrasi merupakan pemisahan campuran padat-cair melalui media filter yang porous

sehingga diperoleh hasil padatan (cake) dan cairan (filtrate) berdasarkan perbedaan tekanan dan

vakum. Dalam praktikum ini digunakan peralatan filtrasi dengan system batch, yaitu umpan

diproses kemudian produk diambil baru proses kembali diulang dalam run yang berbeda. Alat

filter press yang digunakan adalah jenis plate and frame yang diatur berlapis satu dengan yang

lain dan didukung sepasang jalur (rel). Pada filter press ini, filter ditekan sehingga padatan dalam

suspensi akan tersaring pada kain saring, semakin besar tekanan maka padatan yang tertahan

akan semakin banyak, akan tetapi perhatikan pada saat memasang kertas saring diharapkan tidak

ada kebocoran, sehingga tidak ada berat padatan yang terbuang.

Suspensi yang digunakan dalam praktikum ini yaitu kapur yang ditambahkan dalam air.

Larutan suspensi tersebut di dalam tangki diaduk secara terus menerus agar tidak terjadi

pengendapan. Suspensi masuk pada bagian kepala melalui saluran yang terbentuk oleh lubang-

lubang dibagian atas pelat, kemudian suspensi mengalir melalui bingkai-bingkai. Filtrat yang

dihasilkan ditampung hingga mencapai volume 0,10944 m 3 dan dalam kurun waktu tertentu,

sehingga akan terbentuk cake pada screen (kain kanvas) dalam alat filter press (plate & frame),

hal ini terlihat dengan semakin melambatnya filtrat yang keluar seiring berjalannya waktu.

Pada praktikum dilakukan percobaan dengan variasi perbedaan tekanan, menurut hokum

Bernoulli, beda tekan akan berbanding terbalik dengan kecepatan umpan sehingga

mempengaruhi jumlah cake yang didapat. Seharusnya semakin kecil tekanan maka nilai berat

cake yang didapat akan semakin besar. Akan tetapi pada praktikum didapat bahwa pada berat

padatan (cake),yaitu pada Run 1(∆P=2,5 bar dan membutuhkan waktu 225 s) sebesar 1,76 kg;

Run 2(∆P=2 bar dan membutuhkan waktu 223 s) sebesar 0,9 kg; Run 3(∆P=0,5 bar dan

membutuhkan waktu 310 s) sebesar 0,58 kg. Dari hasil cake yang didapat, massa cake

mengalami penurunan, padahal terjadi penurunan perbedaan tekanan. Hal tersebut dipengaruhi

kebocoran yang telah terjadi mempengaruhi nilai cake yang dihasilkan, sehingga semakin sedikit

cake yang dihasilkan.

Besar tahanan cake (α) dan tahanan medium (Rm) filter pun dipengaruhi oleh perbedaan

tekanan, sehingga semakin besar nilai perbedaan tekanan maka nilai tahanan cake dan tahanan

medium filter akan meningkat pula, tetapi karenan terjadi kebocoran maka nilai tahanan cake dan

medium filter mengalami penurunan.

Faktor yag mempengaruhi daya filtrasi: Luas permukaan filter (screen) yang digunakan, semakin luas makan semakin besar daya

filtrasinya.

Perbedaan tekanan antara kedua sisi media filter.

Tahanan media filter.

Viskositas slurry yang di gunakan, semakin kecil viskositasnya maka semakin besar daya

filtrasinya.

Kesimpulan:1. Filtrasi adalah salah satu proses untuk memisahkan partikel padat yang ada dalam larutan

suspensi.

2. Nilai koefisien tahanan cake, koefisien medium filtrat pada praktikum ini adalah sebagai

berikut :

Run 1 (∆P= 2,5 bar)

α = 6,87431x1010 m/kgRm =1,78342x1011 /m

Run 2 ((∆P= 2 bar)

α = 1,77176x1011 m/kgRm = 1,18727x1011 /m

Run 3 ((∆P= 0,5 bar)

α = 1,63796x1010 m/kgRm = 7,29034x1010 /m

Lampiran

Soal 1

Dik : t = 3600 s

V = 10000 L = 10 m3

∆P = 5x105 Pa

Cs = 5,299708 kg

m3

µfiltrat = 0,001 kg

m s2

Dit : A (luas Permukaan Filter) di Industri?

Jawab :

a= tV=3600

10=360

s

m3

b= µα Cs

2 ∆ P

c = µ Rm

∆ P

∆P (N/m2) α (m/kg) Rm (/m) log ∆P log α log Rm

250000 6.87x1018 1.78x1015 5.397940009

18.83722911 15.25125363

200000 1.77x1019 1.19x1015 5.301029996

19.24840489 15.07454949

50000 1.64x1018 7.29x1014 4.698970004

18.21430329 14.86274778

Mencari nilai b

b= µα 0Cs

2∆ P

log α = log α0 + s log ∆Py = B + Ax

4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.517.617.8

1818.218.418.618.8

1919.219.4

f(x) = 1.18330874226878 x + 12.6931400907356R² = 0.740737819155724

log dP vs log lamda

log ∆P

log

α

Y = 1,183x + 12,69Log α0 = 12,69 α0= 1012,69

= 49317,3804 m/kg S = 1,183α=αo∆ P s=49317,38 (500000)1,182=2,722 ∙ 1011

b= µα 0Cs

2∆ P

= (0,001 ) (2,722∙ 1011) (5,299708)

2(500000) = 1442,56

Mencari nilai c

c = µ Rm0

∆ P

log Rm = log Rm0 + n log ∆Py = B + Ax

4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.514.6

14.7

14.8

14.9

15

15.1

15.2

15.3

f(x) = 0.483708373146762 x + 12.5801461328184R² = 0.886778014367397

log dP vs log Rm

log ∆P

log

Rm

Y = 0,483x + 12,58Log Rm0 = 12,58 Rm0 = 1012,69

= 380189396,3 m/kg n = 0,483Rm=Rmo∆ P s=380189396,3(500000)0,483=2,15 ∙ 1011

c= µ Rm∆ P

= (0,001 )(2,15 ∙1011)

(500000) = 430,16

aA2 – cA – b = 0(360)A2 – (430,16)A – (1442,56) = 0A = 2,69 m2