rdf kel 1 2a-tkpb.docx

LABORATORIUM TEKNIK KIMIASEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2014/2015

MODUL : Rotary Drum Filter

PEMBIMBING : Harita Chamidy,

Oleh

Kelompok : 1

Nama : 1. Ambrianto Ghenatya 131424003 2. Anindya Dwi Kusuma Marista 131424004 3. Annisa Novita Nurisma 131424005

Kelas : 2A Teknik Kimia Produksi Bersih

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014

Kelompok 1 – 2TKPB 1

Tanggal Praktikum : 13 Januari 2015Tanggal Penyerahan : 27 Oktober 2015

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Rotary drum filter merupakan salah satu jenis filter yang dioperasikan secara

kontinyu. Seperti alat filtrasi pada umumnya, alat ini mempunyai medium filter dan

support sebagai komponen utama, hanya saja bentuk support berupa silinder dan medium

filter mengelilinginya. Bentuk silinder tersebut mengakibatkan alat ini diberi nama drum.

Selama beroperasi, drum tersebut berputar perlahan, oleh karena disebut rotary.

Seringkali alat ini disebut sebagai rotary vacuum filter, karena kondisi tekanan di dalam

drum bersifat vakum.

Jenis filter ini telah lama diaplikasikan di dunia industri. Keuntungan pemakaian

alat ini terletak pada sistem operasinya yang kontinyu, sehingga waktu proses lebih

efisien dan penggunaan tenaga kerja lebih hemat. Dalam sekali putaran, rotary drum

filter melakukan tahap penyaringan, pencucian, pengeringan, dan pengumpulan cake

yang jika dilakukan secara batch harus dilakukan satu per satu sehingga akan memakan

waktu serta tenaga.

Bahan yang bisa disaring memakai rotary drum filter dengan model yang sejenis

dengan alat praktikum ini pada prinsipnya berupa suspensi, dan yang biasa diolah dalam

indiustri adalah :

a. Lumpur limbah

b. Pigmen

c. Resin, plastik, atau polimer

d. Senyawa Kalsium

e. Titanium dioksida

f. Mineral dan senyawa kimia anorganik

1.2. Tujuan Praktikum

(1) Memahami pengoperasian rotary drum filter, mulai dari prosedur start up,

operasi normal, sampai shut down

(2) Mengamati karakter proses operasi filtrasi kontinyu memakai alat rotary drum

filter


DRUM SUPPORT FILTER MEDIUM CAKE

KNIFE

(3) Mendapatkan hubungan antar variabel yang mempengaruhi pengoperasian

rotary drum filter dengan persamaan karakteristik yang telah tersedia dalam

literatur

(4) Mencari konstanta karakteristik untuk operasi ini dengan pengolahan data

praktikum

II. LANDASAN TEORI

Komponen utama dari rotary drum filter berupa sebuah drum berputar yang

dindingnya merupakan support dari medium filter. Medium filter ini bertindak sebagai

komponen pemisah yang akan meloloskan cairan filtrat dan menahan cake. Pemilihan

medium filter merupakan faktor penting yang akan menentukan mutu produk. Contoh

bahan medium yang banyak dipakai adalah : polyester, nylon, polypropylene, dan bahan

dari serat khusus. Drum diberi vakum di bagian tengahnya, sehingga cairan filtrat akan

mengalir masuk kebagian tengah drum dengan menembus medium filter dan support

sambil meninggalkan padatan cake di permukaan medium filter. Cake yang menempel

akan diambil oleh pisau (knife) dan dikumpulkan dalam penampung cake. Sementara itu

filtrat mengalir keluar dari bagian poros drum dan dialirkan ke tangki filtrat oleh sebuah

pompa.

Gambar 1. Komponen utama rotary drum filter


Dalam satu kali putaran, secara lengkap drum mengalami beberapa tahapan, yaitu :

1. Pembentukan cake

Pada saat drum tercelup dalam suspensi, maka aliran filtrat menembus medium filter

akan terjadi. Selain tahap ini perpindahan massa filtrat dari suspensi ke dalam drum

tidak terjadi. Pada saat filtrat menembus medium, padatan dalam suspensi akan

tertinggal dan menempel di permukaaan mediu, dan terjadilah pembentukan cake.

Tahap ini berlangsung dalam zona pembentukan, dan di daerah ini kondisi vakum

diaplikasikan secara maksimal. Total rasio daerah yang tercelup disebut apparent

submergence, sedangkan rasio daerah tercelup dimana pembentukan cake betul-betul

efektif disebut effective submergence. Rasio ini umumnya berkisar antara 33 sampai

35%.

2. Pengeringan dan pencucian

Dalam zona ini air yang mungkin masih membasahi cake dihisap lebih lanjut,

menghasilkan cake yang lebih kering. Jika diperlukan, dapat dilakukan tahap

pencucian untuk menghilangkan kotoran yang menempel atau tercampur dalam cake.

Dalam rotary drum filter yang dipakai untuk praktikum ini, tidak ada tahap

pencucian. Tahap pengeringan dilanjutkan setelah tahap pencucian, dengan cara

yang sama dengan sebelumnya. Jika tidak ada tahap pencucian, maka zona untuk

tahap ini hanya terdiri dari zona pengeringan, sedangkan jika ada pencucian terbagi

menjadi zona-zona: pra pengeringan, pencucian, dan pengeringan akhir

3. Pelepasan cake.

Cake yang telah cukup kering digaruk oleh sebilah pisau, dan dikumpulkan dalam

sebuah bak penampung. Di tempat pelepasan cake, kondisi vakum dalam drum

ditiadakan. Daerah tempat langkah ini berlangsung disebut zona pelepasan.

4. Tahapan kosong.

Tahap ini berlangsung setelah pisau melepas cake. Medium filter menjadi terekpos,

tanpa ada cake yang melapisi. Jika ruang vakum dalam drum terhubung dengan

daerah ini, maka akan terjadi kebocoran vakum yang mengakibatkan kondisi vakum

di zona lain tidak berfungsi. Oleh karena hal ini, maka diperlukan suatu valve

pengatur yang menyekat zona ini dengan kondisi vakum dalam drum. Zona ini biasa

disebut dead zone, dan diterjemahkan sebagai zona mati.


Mekanisme operasi filtrasi memakai rotary drum filter dapat dijelaskan oleh

gambar berikut.

Gambar 2. Mekanisme dan zona dalam rotary drum filter

Selama drum berputar, valve otomatis secara terus menerus mengatur segmen

drum yang menjalani filtrasi, pencucian dan pengeringan, serta pelepasan cake, juga

segmen yang memasuki zona mati. Valve ini dilengkapi dengan sekat yang biasa disebut

jembatan (bridge), yang merupakan daerah perubahan tekanan.

.

Gambar 3. Pengaturan kondisi tekanan dengan valve bidging


final drying zone(zona pengeringan

akhir)

dead zone(zona mati)

washing zone(zona

pencucian)

predrying zone(zona pra pengeringan)

formation zone(zona pembentukan)ARAH PUTARAN

discharge zone (zona

pelepasan)

Dalam aplikasi secara industrial, rotary drum filter cocok digunakan untuk proses

yang mempunyai karakteristik sebagai berikut :

1. Suspensi (atau slurry) dengan padatan yang tidak cenderung mengendap dengan

cepat dan berada dalam suspensi seragam jika diaduk dengan baik.

2. Cake yang tidak memerlukan waktu pengeringan lama

3. Cake yang dengan sekali tahap pencucian akan bersih dari kotoran atau

menghasilkan recovery filtrat yang maksimal.

4. Filtrat yang tidak memerlukan pemisahan tajam antara filtrat induk dan filtrat hasil

pencucian

5. Filtrat yang diizinkan mengandung sedikit padatan halus. Padatan ini mungkin

lolos menembus medium filter pada detik-detik pertama dari pembentukan cake.

Dalam beberapa pengoperasian rotary drum filter, biasanya filtrat dapat

mengandung sampai 5000 ppm padatan tak terlarut.

Karakter rotary drum filter didasarkan persamaan karakteristik yang dapat

menggambarkan perilaku rotary drum filter, yaitu :

Flow rate =

VA . tC =

[2 . f .(−ΔP )tC . μ .α . cS

]1/2

(Geankoplis, 1993, hal. 814)

Dimana :

V : volume filtrat yang tertampung di bak penampung

A : luas penampang filtrasi (filter area)

tC : waktu siklus total (total cycle time)

f : fraksi bagian yang tercelup dalam slurry

(-ΔP) : beda tekan yang terukur dalam drum

μ : viskositas filtrat

α : hambatan spesifik cake (specific cake resistance)

cs : kg solid/m3 volume filtrat

harga cs didapatkan dari persamaan berikut :

cs =

ρ . c X

1−m .c X


ρ : massa jenis aircx : kg solid/kg slurrym : kg cake basah/kg cake kering

DRUM

TANGKIUMPAN

PENAMPUNGFILTRAT

TANGKIPRODUK

AIR ES

PISAU

POMPA UMPAN

POMPA PRODUK

VAKUM

DRAIN

SEPARATOR

Flow rate biasa dilambangkan Φ, merupakan laju alir linier filtrat yang

dipindahkan ke tangki penampung. Perpindahan massa filtrat ini hanya berlangsung di

bagian drum yang tercelup ke dalam suspensi.

Tahanan perpindahan dianggap hanya dari cake, sedangkan dari medium

diabaikan karena dalam operasi filtrasi kontinyu biasanya memiliki harga yang relatif

kecil. Dalam praktikum ini telah dipilih jenis umpan serta bahan medium yang cocok

untuk kondisi tersebut.

III. PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Praktikum

a. Alat utama : seperangkat alat praktikum rotary drum filter

Gambar 4. Rangkaian rotary drum filter

b. Alat pendukung :

(1) Beaker glass berkapasitas 1 liter atau lebih.

(2) Ember plastik

(3) Cawan penguap, 10 buah

(4) Piknometer

(5) Viskometer

(6) Stopwatch, 2 buah


c. Bahan :

(1) Air kran dan rajangan kertas sebagai bahan feed

(2) Kain sari atau sejenisnya sebagai medium filter

3.2 Prosedur Kerja

a. Pembuatan Slurry

b. Persiapan


Masukkan rajangan kertas ke tangki bahan

Masukkan air kran sampai batas atas tangki

Jalankan pengaduk dalam tangki sampai rajangan kertas hancur menjadi suspensi

Pastikan semua pipa telah tersambung, listrik telah terhubung, dan valve dalam kondisi yang diinginkan (jika dipakai pompa

vakum lokal, pastikan salurannya telah tersambung dengan bak berisi air es.) Periksa dan pastikan sistim perpipaan telah

tersambung dengan baik.

Ukur keliling drum dan lebar screen

Jalankan pompa feed, sampai tangki penampung slurry terisi sampai batas saluran pelimpah, kemudian hentikan pompa feed

.

c. Operasi Rotary Drum Filter

d. Shut down dan persiapan untuk run berikutnya


Ukur keliling drum atau panjang screen yang tercelup ke dalam slurry. Ukur juga panjang dead zone

Basahi seluruh bagian screen dengan cara menjalankan drum

sesuai skala yang ditentukan sampai drum berputar 3 kali.

Sambil melakukan langkah ini, lakukan pengukuran periode

putaran drum (tc).

Jalankan pompa feed kemudian jalankan drum pada skala yang

ditentukan

Nyalakan tombol pompa vakum yang sekaligus menjalankan

pompa produk

Catat awal filtrat masuk ke tangki produk dengan stopwatch I.

Catat waktu awal cake menyentuh pisau dengan stopwatch II.

Amati ketinggian filtrat yang tertampung di tangki produk dan

catat waktu yang dibutuhkan dengan stopwatch I

Matikan tombol pompa vakum, kemudian segera matikan

pompa feed

3.3 Data yang diambil KATA AKU INI DI APUS AJA CIH, YA GA SIH?

a. Kondisi alat

Lakukan pengukuran keliling drum, lebar screen, panjang busur drum yang

tercelup ke dalam slurry, panjang dead zone dan lihat di label yang terdapat dalam tangki

produk untuk mengetahui kesetaraan 1 cm ketinggian filtrat dengan volume filtrat. Catat

juga tekanan operasi yang dapat dicapai. Masukkan hasil pengukuran dan pencatatan ini

dalam lembar data.

b. Hubungan antara volume filtrat dengan time cycle

(1) Pada saat membasahi medium dengan melakukan putaran tanpa vakum, catat waktu

yang diperlukan untuk menempuh satu putaran penuh, sesuai dengan skala putaran

yang ditugaskan.

(2) Pada saat dilakukan pengoperasian rotary drum filter, segera setelah penyalaan

tombol pompa vakum yang sekaligus menjalankan pompa produk, lakukan

pengamatan waktu total (t) yang diperlukan untuk mencapai ketinggian filtrat

tertentu (Hfiktrat), dan catat dalam lembar data.

c. Karakter filtrat

Lakukan pengukuran massa jenis filtrat dan viskositas filtrat dengan metode yang

standar. Jika filtrat berupa air, maka Pembimbing dapat mengarahkan untuk mengambil

sifat air dari literatur. Catat dalam lembar data.


Tunggu sampai cake terkelupas semua, catat waktu dengan stopwach II pada saat cake terakhir tergesek oleh pisau

Matikan putaran drum Ambil sample berupa slurry dan

cake setelah yakin alat sepenuhnya mati Kembalikan cake

dan filtrat ke dalam tangki produk

d. Hubungan antara tebal cake dengan periode putaran

(1) Catat selang waktu antara cake pertama menyentuh pisau sampai waktu terakhir

menyentuh pisau dengan stopwatch II (sebagai tp)

(2) Kumpulkan seluruh cake yang dihasilkan dan ukur volumenya (Vcake)

e. Penentuan cs

(1) Ambil sample slurry kira-kira ¼ sendok teh dalam cawan penguap, timbang

beratnya. Masukkan sample ini ke dalam oven pemanas, dan timbang beratnya

setelah 24 jam pemanasan

(2) Ambil sample cake basah kira-kira ¼ sendok teh dalam cawan penguap, timbang

beratnya. Masukkan sample ini ke dalam oven pemanas, dan timbang beratnya

setelah 24 jam pemanasan

(3) Masukkan data ini dan lakukan perhitungan sesuai dengan tabel yang terdapat

dalam lembar data

LEMBAR DATA

a. Kondisi alat

(1) Keliling Drum (K) : ________m

(2) Lebar Screen (L) : ________m

(3) Filter Area = K x L = ________m2

(4) Panjang busur drum yang tercelup ke dalam slurry (K’) : ________m

(5) Fraksi Drum yang tercelup = K/K’ = _________

(6) Panjang dead zone (Ldz) : ________m

(7) Tekanan operasi (-ΔP) : _________bar = ___________Pascal

(8) 1 cm tinggi filtrat (Hfiltrat) setara dengan volume filtrat (V) ________m3

b. Hubungan antara volume filtrat dengan time cycle

RUN 1 2 3 4 5SKALA

PERIODE*)

NomorData

Hfiltrat

(cm)Waktu pengisian tangki filtrat

(detik)

1 10

2 20


3 30

4 40

5 50

6 60

*) Waktu yang ditempuh untuk menyelesaikan satu putaran drum dalam satuand. Hubungan antara tebal cake dengan periode putaran

RUN 1 2 3 4 5Waktu pengolahan

(tp, detik)Volum total cake

(Vcake, m3)

e. Karakter filtrat

RUN 1 2 3 4 5μ (Pa.s)

ρ (kg/m3)

f. Penentuan cs

RUN 1 2 3 4 5

Berat basah slurry (gr)

Berat kering slurry (gr)

cx

Berat basah cake (gr)

Berat kering cake (gr)

m

cs

IV. KESELAMATAN KERJA

a. Kelengkapan alat pelindung diri

(1) Jas lab

(2) Sarung tangan karet

b. SOP terkait penyimpangan prosedur yang berbahaya


(1) Jangan menyemtuh drum ketika sedang berputar

(2) Jangan berada dekat dengan keluaran feed pada saat start up, karena

dapat menyembur dan memercik

V. PETUNJUK PENYAJIAN LAPORAN

5.1 Langkah perhitungan

Lakukan semua perhitungan dalam sistem satuan MKS

a. Hitung filter area, dan masukkan dalam lembar data

b. Hitung fraksi drum yang tercelup, dan masukkan dalam lembar data

c. Manipulasi persamaan karakteristik terhadap persamaan karakteristik

rotary drum filter yang semula :

Φ =

VA . tC =

[2 . f .(−ΔP )tC . μ .α .cS

]1/2

disusun ulang menjadi :

Φ2 = ( 1

α ).( 2 . f .(−ΔP )μ. c S

) .( 1tC

)Penyusunan ulang dapat dilanjutkan, sehingga menjadi :

1

Φ2 =

(αZ )

. tC

Dengan demikian harga α dapat diperoleh dengan cara mengalurkan

1

Φ2

terhadap tc, dengan sebelumnya mengetahui harga kelompok bilangan Z,

dimana : Z = .( 2. f .(−ΔP )

μ . cS).

Harga flowrate (Φ) seharusnya merupakan harga volum filtrat yang

tertampung setiap satu putaran drum per satuan luas medium filter. Oleh

karena operasi alat ini secara kontinyu dan dapat didekati dengan kondisi

steady state, maka harga ini dapat ditentukan dari jumlah volum filtrat

yang tertampung setiap saat.

d. Hitung harga tebal cake dengan persamaan :


ΔLcake =

V cake

A . (L−Ldz

L )×

tC

t p

5.2 Hasil Percobaan yang Disajikan

Pengolahan data dilakukan menurut tahapan berikut, dan ditampilkan sesuai

dengan keperluan.

(a) Buat grafik pengaluran terhadap volum filtrat (V) dengan waktu pengisian

tangki (t). Pembuatan grafik dimulai dengan V=0 dan t=0.

Lakukan regresi linier dan temukan harga gradien sebagai

Vt .

Selanjutnya bagi dengan luas permukaan medium filter, sehingga

ditemukan Φ =

VA . tC

(b) Buat grafik antara

1

Φ2 terhadap tC . Lakukan regresi linier dan temukan

gradien sebagai

αZ . Tentukan harga Z dengan mengetahui faktor-faktor

yang menyusunnya, kemudian temukan harga specific cake resistance (α)

(c) Buat grafik antara tebal cake (ΔLcake) terhadap tC .

Untuk mendukung pengolahan data, lampirkan proses sampai menjadi hasil

yang siap disajikan dalam lampiran. Lampiran pertama berisi tentang data

pengamatan, dan pada prinsipnya merupakan salinan (copy) dari seluruh informasi

di lembar data. Lampiran kedua menampilkan perhitungan antara; dalam lapiran ini

sebaiknya ditampilkan : 1) kurva kalibrasi antara tC versus skala putaran drum, 2)

tabel volum filtrat terhadap waktu, 3) tabel untuk mencati hubungan antara

1

Φ2

terhadap tC

5.3 Hasil Percobaan yang Dibahas

(a) Bandingkan sifat aluran kurva terhadap sifat persamaan karakteristik

(b) Berikan ulasan tentang hubungan antara tebal cake dengan laju putaran

drum

(c) Berikan pembahasan yang berkaitan dengan pengopertasian alat dan sifat

karakteristik rotary drum filter dalam berbagai skala putaran


PUSTAKA

1. Geankoplis, C. J. (1993), Transport Processes and Unit Operations, Prentice-

Hall International Inc., New Jersey, edisi ke-3, cetakan ke-9, halaman 800-814

2. Montgomery, J.M. (1985), Water tratment Principles and Design, John Wiley

ang Sons, New York, edisi ke-1, cetakan ke-10, halaman 546-548

3. Perry, R.H. & Green, D.W (1998), Perry’s Chemical Engineers’ Handbook,

McGraw-Hill, New York, edisi ke-7, cetakan ke-1, halaman 18-96 s.d. 18-98


rdf kel 1 2a-tkpb.docx

Documents