laporan filtrasi jadi!!

Laporan Praktikum_POT 1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 TUJUAN PERCOBAAN1. Untuk melakukan uji coba (test) filtrasi pada tekanan konstan dengan

menggunakan filter press kecil agar metode uji coba dapat dikuasai dan untuk observasi mekanisme pemisahan solid liquid.

2. Untuk menguji persamaan (filtrasi dari) Ruth dan Lewis, dan menentukan konstanta-konstanta yang ada dalam persamaan tersebut.

3. Untuk mengukur/menentukan jumlah filtrat per unit waktu, pada filtrasi larutan slurry pada tekanan konstan.

1.2 TEORIFiltrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat terhadap zat cair dari suatu slurry dengan menggunakan media porous, yang meneruskan zat cairnya serta menahan padatannya, sehingga zat padat tersebut (cake) bekerja sebagai media porous yang baru.

Berdasarkan pada prinsip kerjanya, filtrasi dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu:1. Pressure filtration, filtrasi yang pengaliran bahannya menggunakan

tekanan.2. Gravity filtration, filtrasi yang pengaliran bahannya didasarkan pada

gaya beratnya sendiri.3. Vacuum filtration, filtrasi yang pengaliran bahannya dilakukan dengan

prinsip penghampaan (penghisapan).

Pada operasi filtrasi, umumnya dikenal dua macam media filter, yaitu:1. Media filter primer

Media filter primer sebenarnya bukan suatu media filter yang sesungguhnya, melainkan sebagai media filter pembantu yang menahan zat padat pada permulaan proses. Media filter primer ini dapat berupa kain, kertas saring, dan sebagainya, yang dipasang pada permukaan filter.

2. Media filter sekunderZat padat yang tertahan di permukaan filter membentuk lapisan cake yang dapat berfungsi sebagai media filter yang sesungguhnya. Media filter inilah yang merupakan media filter sekunder. Tebal cake perlu diperkirakan/diperhitungkan karena akan mempengaruhi besarnya penahan filtrasi. Filtrasi dapat dianggap dimulai dengan penahanan sama dengan nol, yang berarti belum terbentuk cake. Dalam hal ini perlu dihitung suatu besaran Ve (volum ekivalen), ialah volum filtrat

Modul 4_Filtrasi 1

Laporan Praktikum_POT 1yang menghasilkan cake yang mempunyai penahanan sama dengan filter cloth (media filter primer) serta saluran-saluran dalam filter yang dipakai untuk penyaringan.

Cake dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:1. Compressible cake, yaitu cake yang mengalami perubahan stuktur dalam oleh

adanya tekanan (ruang porous dalam cake mengecil, tahanan filtrasi makin besar). Hal ini mengakibatkan proses filtrasi menjadi semakin sulit. Peristiwa ini terjadi terutama bila bahan yang disaring berbentuk kolodial.

2. Non compressible cake, yaitu cake yang tidak mengalami perubahan struktur walaupun diadakan penekanan terhadapnya. Dalam praktek, non compressible cake ini tidak ada, tetapi untuk mempermudah perhitungan diadakan pendekatan dengan memakai rumus-rumus yang berlaku untuk non compressible cake.

Rumus-rumus yang dipakai dalam percobaan ini adalah:1. Persamaan Ruth

Jika filtrasi dilakukan pada ∆P konstan, maka hubungan antara waktu tertentu t (detik) dengan total volum filtrat Vf (cm3) yang terkumpul selama waktu t, dapat diekspresikan delam persamaan:

...........................................................................(1)Dengan: j dan h adalah konstanta yang dicari dari percobaan.Persamaan lain yang menggambarkan hubungan antara t dan Vf adalah:

.........................................................(2)

Dengan: μ = viskositasRf = tahanan filter cloth

= tahanan spesifik cake, m/kgC = berat solid/volum liquid, kg/m3

A = luas permukaan filter 2. Persamaan Lewis

.......................................................................(3)Dengan: n, m, dan K adalah konstanta yang ditentukan oleh percobaan.

BAB IIPERCOBAAN

2.1 PROSEDUR PERCOBAANa. Persiapan

Modul 4_Filtrasi 2

Laporan Praktikum_POT 11. Buka plate dan frame dengan memutar roda penekan (handle), masukkan

kertas saring atau filter cloth pada masing-masing frame dengan teratur dengan meluruskan lubang-lubang frame-nya.

2. Berilah rubber packing diantara plate dan frame, kemudian tutup kembali dengan mengencangkan handle.

3. Tutup kran 1 (drain valve), masukkan slurry yang telah dibikin dengan konsentrasi tertentu.

4. Adukklah slurry tersebut secara kontinyu agar konsentrasi slurry tetap uniform.

b. Percobaan1. Return valve (V-2) dibuka penuh, feed valve (V-3) ditutup rapat,

kemudian pompa dihidupkan sehingga terjadi resirkulasi larutan diantara reservoar dan pompa.

2. Bukalah V-3, buang/hilangkan udara di dalam filter press. Aturlah V-2 dan atau V-3 untuk menjaga agar tekanan konstan.

3. Letakkan ember di bawah V-4 (fltrat delivery valve).4. Oleh karena tangki reservoar akan segera kosong (setelah

beroperasi), maka harus dijaga jangan sampai tangki tersebut betul-betul kosong, dengan cara menyiram dengan hati-hati larutan slurry dalam tangki reservoar, lagi pula untuk meyakinkan, matikan pompa sebelum tangki betul-betul kosong.

5. Selama percobaan filtrasi, aturlah V-2 atau V-3 terus-menerus untuk memperoleh tekanan yang konstan.

6. Catat waktu-waktu tertentu (t) selama filtrasi dengan menggunakan stop watch dan ukur volum filtrat (Vf) yang tertampung pada masing-masing waktu tersebut.

7. Ketika pompa dimatikan, ada raw liquid yang tertinggal dalam pompa, tangki reservoar, dan pipa-pipa. Cairan sisa tersebut merupakan satu liquid yang tidak terfilter.

8. Putar handle untuk membuka plate dan frame, kumpulkan cake yang menempel pada media filter, bila perlu keringkan dan timbang. Ini adalah berat dari filter cake.

9. Luas media filter dimana cake terbentuk adalah luas fltrasi aktual, yang dapat ditentukan dengan mengukur luas sebenarnya.

10. Ulangi percobaan-percobaan di atas lebih dari 3 kali dengan tekanan-tekanan tertentu yang lain.

Modul 4_Filtrasi 3


2.2 DATA HASIL PENGAMATANPada percobaan filtrasi ini, data yang diambil adalah volum filtrat yang keluar dari filtrat delivery valve (V-4) tiap range waktu tertentu (2 menit) pada tekanan konstan. Percobaan filtrasi ini dilakukan dua kali dengan mengambil data pada dua tekanan konstan yang berbeda yaitu ∆P = 0,2 psi dan ∆P = 0,4 psi. Berikut ini adalah data percobaannya:

t (min)V Satuan (ml)

∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi

2 6600 2050

4 6420 1790

6 6260 1780

8 5880 2000

10 6080 1750

12 1400 1660

14 380 1670

16 1660

18 1580

20 1560

Luas permukaan filter cloth = A = 103,8 cm2

Ketinggian air dalam tangki reservoar = 43 cm Diameter tangki reservoar = 33 cm Massa tanah diatom = 250 gram

BAB IIIPERHITUNGAN

3.1 PERSAMAAN RUTH (mencari konstanta j dan h)Berdasarkan persamaan Ruth (1), yaitu:

Modul 4_Filtrasi 4

Laporan Praktikum_POT 1Persamaan tersebut dapat diubah dalam bentuk:

Persamaan akhir tersebut sudah serupa dengan bentuk persamaan linear . Maka, dengan mem-plot persamaan tersebut dalam grafik t/Vf vs Vf akan diperoleh slope = a = 1/h dan intercept = b = 2j/h. Sehingga berikutnya kita dapat menentukan konstanta j dan h. Berikut ini adalah pengolahan data dan grafiknya:

t (sec)V Satuan (cm3) Vf (cm3) t/Vf (sec/cm3)

∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi ∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi ∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi

120 6600 2050 6600 2050 0,018181818 0,058536585

240 6420 1790 13020 3840 0,01843318 0,0625

360 6260 1780 19280 5620 0,018672199 0,06405694

480 5880 2000 25160 7620 0,019077901 0,062992126

600 6080 1750 31240 9370 0,019206146 0,064034152

720 1660 11030 0,065276519

840 1670 12700 0,066141732

960 1660 14360 0,066852368

1080 1580 15940 0,067754078

1200 1560 17500 0,068571429

Modul 4_Filtrasi 5


∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi

Modul 4_Filtrasi

Grafik t/Vf vs Vf saat ∆P = 0,2 psi

y = 4E-08x + 0,0179

0,018

0,0182

0,0184

0,0186

0,0188

0,019

0,0192

0,0194

0 10000 20000 30000 40000Vf

t/Vf

Series1Linear (Series1)

Grafik t/Vf vs Vf saat ∆P = 0,4 psi

y = 5E-07x + 0,0593

0,058

0,06

0,062

0,064

0,066

0,068

0,07

0 5000 10000 15000 20000Vf

t/Vf

Series1Linear (Series1)

6


Persamaan y = 4E-08x + 0,0179

y = 5E-07x + 0,0593

1/h 4,00E-08 5,00E-07

h 2,50E+07 2,00E+06

2j/h 0,0179 0,0593

j 223750 59300

3.2 PERSAMAAN LEWIS (mencari konstanta n,m, dan K)Berdasarkan persamaan Lewis (3), yaitu:

Kemudian, untuk mendapatkan nilai konstanta m, persamaan Lewis (3) tersebut diubah dalam bentuk:

; Dengan → konstanta untuk ∆P yang konstan.

Persamaan akhir tersebut sudah serupa dengan bentuk persamaan linear . Maka, dengan mem-plot persamaan tersebut dalam grafik log t vs log Vf akan diperoleh slope = a = m dan intercept = - log C. Sehingga dapat kita peroleh nilai m dan C. Berikut ini adalah pengolahan data dan grafiknya:

t (sec) log tV Satuan (cm3) Vf (cm3) log Vf

∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi ∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi ∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi

120 2,07918125 6600 2050 6600 2050 3,819543936 3,311753861

240 2,38021124 6420 1790 13020 3840 4,114610984 3,584331224

Modul 4_Filtrasi 7


360 2,5563025 6260 1780 19280 5620 4,28510703 3,749736316

480 2,68124124 5880 2000 25160 7620 4,400710637 3,881954971

600 2,77815125 6080 1750 31240 9370 4,494711025 3,971739591

720 2,8573325 1660 11030 4,042575512

840 2,92427929 1670 12700 4,103803721

960 2,98227123 1660 14360 4,15715444

1080 3,03342376 1580 15940 4,202488317

1200 3,07918125 1560 17500 4,243038049

Modul 4_Filtrasi

Grafik log t vs log Vf saat ∆P = 0,2 psi

y = 1,0361x - 1,8805

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6

log Vf

lo g t Series1

Linear (Series1)

8


∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psiPersamaa

ny = 1,0361x -

1,8805y = 1,0645x -

1,4427m 1,0361 1,0645

-log C -1,8805 -1,4427C 75,9451 27,7141

Sedangkan, untuk mendapatkan nilai konstanta n, persamaan Lewis (3) diubah menjadi:

; Dengan

Persamaan akhir tersebut sudah serupa dengan bentuk persamaan linear . Maka, dengan mem-plot persamaan tersebut dalam grafik log t vs log ∆P akan

Modul 4_Filtrasi

Grafik log t vs log Vf saat P = 0,4 psi

y = 1,0645x - 1,4427

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 1 2 3 4 5

log Vf

lo g t Series1

Linear (Series1)

9

Laporan Praktikum_POT 1diperoleh slope = a = -n dan intercept = log β. Sehingga dapat kita peroleh nilai n dan β. Berikut ini adalah pengolahan data dan grafiknya:

T(*) log t ∆P log ∆P

108,84 2,03678853 0,2 -0,698970004

373,80 2,57263930 0,4 -0,397940009

(*)Ket: Nilai t dicari pada Vf = 6000 cm3 dengan menggunakan persamaan Ruth (1).

Persamaan

y = 1,7801x + 3,281

-n 1,7801

n -1,7801

log β 3,2810

β 1909,8530

Kemudian dengan melakukan perhitungan kembali dengan menggunakan persamaan

, dimana: A = luas permukaan filter = 99.75 cm2

Modul 4_Filtrasi

Grafik log t vs log ∆P

y = 1,7801x + 3,281

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0log ∆P

lo g t Series1

Linear (Series1)

10

Laporan Praktikum_POT 1Maka akan diperoleh nilai K sebagai berikut:

Jadi, nilai konstanta yang diperoleh dengan menggunakan persamaan Lewis (3) adalah: m = 1,0503 n = -1,7801 K = 0,0382

BAB IVPEMBAHASAN

4.1 ANALISA 4.1.1 Analisa Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk mengamati proses filtrasi pada tekanan tetap dengan menggunakan filter press yang bertipe frame and plate dan menentukan

Modul 4_Filtrasi 11

Laporan Praktikum_POT 1koefisien-koefisien berdasarkan persamaan pada rumus Routh dan rumus Lewis. Proses filtrasi sendiri bertujuan untuk memisahkan padatan dari campuran fasa cair dengan driving force perbedaan tekanan sehingga mendorong fasa cair melewati lapisan support pada medium filter.

Pada percobaan ini digunakan air sebagai liquid dan padatan yang digunakan adalah tanah diatom sebanyak 250 gram. Tanah diatom sendiri memiliki karakteristik yaitu ukuran partikel yang cukup besar dan keras sehingga mendekati sifat cake yang ideal yaitu non-compressible. Zat padat yang lembek atau sangat halus yang membentuk cake yang rapat akan segera menyumbat medium filtrasi yang cukup halus untuk menahannya. Biasanyadalam proses flitrasi dengan zat padat seperti ini porositas cake harus ditingkatkan agar cairan tersebut dapat lewat dengan laju yang cukup. Hal ini dilakukan dengan menambah bahan aditif filtrasi seperti tanah diatom atau silika. Reserboir yang digunakn adalah tangki yang dilengkapai dengan pengaduk. Pengaduk disini berfungsi agar kondisi slurry selalu homogen dan tidak mengendap karena slurry jika mengalami hal itu akan dengan cepat dapat membenruk kersik. Dasar tangki memiliki celah di tengah yaitu saluran keluaran slurry. Jika konsentrasi tidak seragam dan sangat besar perbedannya maka akan terbentuk cake di awal proses dan hal ini tidak sesuai dengan asumsi bahwa flitrasi dimulai dengan penahanan yang sama dengan nol dan rumus persamaan yang digunakan tidak dapat diaplikasikan

Slurry yang tadi dibuat dengan menambahkan tanah diatom dan air dialirkan ke dalam filter press dengan menggunakan pompa. Lalu dengan bantuan perbedaan tekanan, pompa mengalirkan slurry sampai pada frame dan plate. Frame and plate dalam filter press ini disusun secara berselingan . Diantara plate dan frame dipasar rubber dan filter cloth. Dimana total peralatan dalam percobaan ini adalah : 1 plate ujung, 5 frame, 4 plate dalam dan 1 plate penutup. Dengan urutan : plate ujung alat – rubber – clioth – frame – cloth – rubber – plate – rubber – cloth – frame – cloth – palte dan seterusnya – plate ujung yang berhubungan dengan handle. Handle ini harus ditutup sekencang mungkin saat plate dan frame sudah disusun, hal ini bertujuan untuk memberikan hasil maksimal saat proses filtrasi agar tidak ada slurry yang loss.

Pada susunan plate and frame terddapat celah berbentuk lingkaran pada tiap bagian di sudut atas dan bawah yang berdiamter 1 cm. Celah ini berguna untuk tempat masuknnya slurry. Rubber berfungsi untuk mencegah kebocoran sedangkan cloth berfungsi untuk menyaring padatan sehingga nanti cake akan terbentuk dan menempel pada permukaan cloth. Cake disini selanjutnya akan berfungsi sebagai edia filter sekunder dimana slurry selanjutnya yang melewati filter press akan dapat tersaring juga disini. Setelah slurry melewati proses filtrasi ini maka cake akan terbentuk da filtrat yang keluat seharusnya berupa air jernih. Namun pada percobaan yang dilakukan filtrat yang dihasilkan tidak terlalu jernih. Hal ini disebabkan oleh terlalu besarnya laju alir slurry sehingga banyak slurry yang tidak melewati proses filtrasi dengan sempurna.

Modul 4_Filtrasi 12


Percobaan filtrasi dilakukan sebanyak dua kali yaitu pada = 0.2 psig dan 0.4 psig. Konsentrasi slurry yang digunakan sama yaitu dari 50 gram tanah diatom yang dicampurkan pada air dalam tangki. Konsentrasi yang sama ini digunakan agar dapat menguji persamaan Routh dan Lewis. Percobaan pertama diambil 7 data sedangkan percobaan kedua 10 data.

Dari pengamatan yang dilakukan pada percobaan terlihat bahwa semakin lama proses filtrasi dilakukan maka akan semakin sedikit filtrat yang dihasilkan. Hal ini disebabkan semakin banyaknya cake yang terbentuk dalam alat sehingga menghambat slurry yang melewati fliter press sehingga laju alir slurry akan berkurang. Selain itu besar perbedaan tekanan berbanding lurus dengan banyaknya flitrasi yang dihasilkan. Fenomena ini disebabkan oleh adanya driving force yang mendorong slurry sehingga sehingga laju alir surry akan semakin besar. Selama proses filtrasi dilakukan feed valve terus diatur untuk mendapatkan tekanan yang konstan. Hal ini bertujuan agar hanya satu variabel saja yang mempengaruhi jumlah flitrat yaitu waktu.

4.1.2 Analisa Data PerhitunganPada percobaan ini dilakukan 2 variasi , yakni = 0.2 psig dan = 0.4 psig.

Data yang diambil dari variasi percobaan tersebut adalah volume filtrat yang keluar dalam satuan waktu tertentu, yaitu setiap 2 menit. Percobaan pertama berlangsung selama 10 menit yakni pada = 0.2 psig dan percobaan kedua selama 20 menit pada

= 0.4 psig. Selanjutnya data volume filtrat terhadap waktu ini akan diplot pada grafik untuk mendapatkan konstanta-konstanta pada persamaan Ruth dan persamaan Lewis.

● Persamaan RuthDari persamaan Ruth yang pertama dan dari hasil perhitungan, dapat diperoleh

nilai konstanta h dan j, yakni sebagai berikut:

Dimana persamaan umum Ruth, yakni:

Sehingga dengan mensubstitusi nilai-nilai konstanta tersebut, persamaan Ruth menjadi:

Persamaan ini menunjukkan hubungan antara volume filtrat yang terbentuk terhadap waktu, sehingga setelah selesai percobaan apabila kita ingin memisahkan tanah diatom dari air, maka kita dapat memprediksikan waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan volume filtrat tertentu.

Modul 4_Filtrasi 13

Laporan Praktikum_POT 1● Persamaan Lewis

Dari persamaan Lewis dan dari hasil perhitungan, dapat diperoleh nilai konstanta m, n, dan K, yakni sebagai berikut:

m = 1,0503 n = -1,7801 K = 0,0382Dimana persamaan umum Lewis yakni:

Sehingga dengan mensubstitusi nilai-nilai konstanta di atas, persamaan Lewisnya menjadi:

Persamaan Lewis ini menunjukkan hubungan antara filtrat yang terbentuk dengan waktu yang dibutuhkan, yang dipengaruhi oleh tekanan dan luas filter cloth. Sehingga pada kesempatan lain, kita tetap dapat menghitung volume filtrat berdasarkan waktu proses dengan sistem pemisahan yang sama yakni tanah diatom - air dan dengan ukuran alat serta tekanan yang berbeda.

4.1.3 Analisa KesalahanDalam percobaan, terdapat kemungkinan kesalahan yang terjadi diantaranya

yaitu:● Massa tanah diatom yang tidak persis 250 gram, karena terdapat kemungkinan

adanya endapan tanah diatom yang tertinggal pada tangki ketika percobaan dimulai. Hal ini dapat mempengaruhi jumlah cake yang terbentuk.

● Ukuran tangki yang kurang besar, sehingga volume air dan massa tanah diatom tidak dapat ditambahkan, sehingga pada besar, tangki cepat habis padahal data yang diambil belum banyak.

● Larutan slurry kurang homogen lagi karena diaduk secara manual untuk menghindari percikan larutan apabila diaduk dengan stirrer ketika volume larutan dalam tangki semakin sedikit. Hal ini dapat mempengaruhi jumlah cake yang terbentuk.

● Pengukuran volume filtrat yang kurang akurat, mengingat bahwa pergerakan dalam pengambilan data dilakukan dengan sangat cepat, karena volume filtrat yang keluar dari valve cukup besar sementara data juga diambil dalam selang waktu tertentu, dan tabung ukur yang disediakan terbatas.

● Peralatan yang kurang bersih, terutama filter cloth dimana kemungkinan masih terdapat sisa cake dari percobaan sebelumnya yang dapat mempengaruhi jumlah cake yang terbentuk.

● Penjagaan feed valve yang kurang baik, sehingga terdapat kemungkinan tekanan tidak konstan dan dapat mempengaruhi driving force yang mempengaruhi laju alir slurry dan filtrat yang terbentuk.

Modul 4_Filtrasi 14


4.2 KESIMPULAN

Proses filtrasi bertujuan untuk memisahkan padatan dari campuran fasa cair dengan driving force perbedaan tekanan sehingga mendorong fasa cair melewati lapisan support pada medium filter

Pengukuran filtrasi menjadi kurang akurat hal ini disebabkan karena proses dilakukan sangat cepat sedangkan tabung ukur yang disediakan terbatas sehingga mengganggu ketelitian pembacaan

Tekanan yang tidak konstan juga menjadi faktor koreksi dalam percobaan ini sehingga akan mempengaruhi driving force

Konstanta yang didapatkan untuk Persamaan Ruth dari hasil perhitungan adalah:

∆P = 0,2 psi ∆P = 0,4 psi

Persamaan y = 4E-08x + 0,0179

y = 5E-07x + 0,0593

1/h 4,00E-08 5,00E-07

h 2,50E+07 2,00E+06

2j/h 0,0179 0,0593

j 223750 59300

havg = 13,5.106 javg = 141525

● Persamaan Ruth yang diperoleh dengan konstanta tersebut:

Konstanta yang didapatkan untuk Persamaan Lewis dari hasil perhitungan adalah:m = 1,0503 n = -1,7801 K = 0,0382

● Persamaan Lewis yang diperoleh dengan konstanta tersebut:

Modul 4_Filtrasi 15


DAFTAR PUSTAKA

Tim penyusun. 1989. Petunjuk Praktikum Proses dan Operasi Teknik I. Depok: Laboratorium Proses dan Operasi Teknik TGP FTUI.

Anonim. “Modul Filtrasi”. http://www.che.itb.ac.id/. (28 September 2007).

Modul 4_Filtrasi 16

http://www.che.itb.ac.id/.


Modul 4_Filtrasi 17

laporan filtrasi jadi!!

Documents