sedimentasi kontinyu.docx

of 21 /21
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

Author: winda-natalia

Post on 28-Dec-2015

70 views

Category:

Documents


1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

proses sedimentasi

TRANSCRIPT

SEDIMENTASI KONTINYU

Sedimentasi adalah salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan beningan dansludge(slurryyang 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 dimanaslurryberupa 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 namathickener,sedangkan untuk skala laboratorium dilakukan secarabatch. Data-data yang diperoleh dari prinsip sedimentasi secarabatchdapat digunakan untuk proses yang sinambung.Di industri aplikasi sedimentasi banyak digunakan, antara lain :1. Pada unit pemisahan , misalnya untuk mengambik senyawa magnesium dari air laut2. Untuk memisahkan bahan buangan dari bahan yang akan diolah, misalnya pada pabrik gula3. Pengolahan air sungan menjadiboiler feed water.4. Proses pemisahan padatan berdasarkan ukurannya dalamclarifierdengan prinsip perbedaanterminal velocitySedimentasi adalah suatu proses pemisahan suspensi secara mekanik menjadi dua bagian, yaituslurrydansupernatant. Slurryadalah bagian dengan konsentrasi partikel terbesar, dansupernatantadalah 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. CaraBatchCara ini cocok dilakukan untuk skala laboratorium, karena sedimentasibatchpaling mudah dilakukan, pengamatan penurunan ketinggian mudah. Mekanisme sedimentasibatchpada suatu silinder / tabung bisa dilihat pada gambar berikut : Keterangan :A = cairan beningB = zona konsentrasi seragamC = zona ukuran butir tidak seragamD = zona partikel padat terendapkanGambar di atas menunjukkanslurryawal 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 disebutcritical settling point,yaitu saat terbentuknya batas tunggal antara cairan bening dan endapan (Foust, 1980).2. Cara Semi-BatchPada sedimentasisemi-batch, hanya ada cairan keluar saja, atau cairan masuk saja. Jadi, kemungkinan yang ada bisa berupaslurryyang masuk atau beningan yang keluar. Mekanisme sedimentasisemi-batchbisa dilihat pada gambar berikut :

Keterangan :A = cairan beningB = zona konsentrasi seragamC = zona ukuran butir tidak seragamD = zona partikel padat terendapkan3. Cara KontinyuPada cara ini, ada cairan slurry yang masuk dan beningan yang dikeluarkan secara kontinyu. Saatsteady state, ketinggian tiap zona akan konstan. Mekanisme sedimentasi kontinyu bisa dilihat pada gambar berikut :

Keterangan :A = cairan beningB = zona konsentrasi seragamC = zona ukuran butir tidak seragamD = zona partikel padat terendapkanKecepatan sedimentasi didefinisikan sebagai laju pengurangan atau penurunan ketinggian daerah batas antaraslurry(endapan) dansupernatant(beningan) pada suhu seragam untuk mencegah pergeseran fluida karena konveksi (Brown, 1950).Pada keadaan awal, konsentrasislurryseragam di seluruh bagian tabung. Kecepatan sedimentasi konstan, terlihat pada grafik hubungan antara ZLdan Lmembentuk garis lurus untuk periode awal (dZ/dt=V=konstan ). Periode ini disebutfree 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 bawahslurrymenjadi lebih pekat. Konsentrasi pada bagian batas bertambah, gerak partikel semakin sukar dan kecepatan turunnya partikel berkurang. Kondisi ini disebuthindered settling.Kondisifree settlingdanhindered settlingdapat diamati pada grafik hubungan antara ZLdan L.Dimana untuk kondisifree settlingditunjukkan saat grafik masih berupa garis lurus, sedangkan saat grafik mulai melengkung merupakan kondisihindered settling.Jenis Peralatan Sedimentasi

Berdsarkan tujuan dari bahan apa yang ingin didapatkan maka sedimentasi ini dapat digolongkanmenjadi 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 flokulasiyaitu 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 relatifbanyak (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. Flocullantpartikel 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 untukmemisahkan 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 saatpengaturanberlangsung.

b.Concentratifsuspensiadalah suspensi dengan suatukonsentrasi batas yang jelas sangat besar sehingga terbentuk batas yang jelas saatpengaturanberlangsung.

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 mengalirsecararadial 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.Padabeberapa rancang tertentu lengan penggaruk itu dibuatberengsel sehingga dapat bergerak melewati setiap halangan, seperti gumpalan lumpur yang keraspada 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 penampangyang tersedia untuk pengendap dandalam separator industri, hampir tidak bergantung pada kedalaman zat cair,kapasitas yang lebih tinggi persatuan luas lantai biasadidapatkan 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 ketalam 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 tertentumengendap 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 spiralmengelilingi 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 baikpada 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 yangpertama, 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 menjauhdari 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 aliranzat cair berat dapat ditanggalkan dan digantin dengan tanggul lain yang ukuran bukaanya berbeda. Posisi natar muka zat cair dan zat cair (zona netral)dijaga 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 berpasangankira-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 pemisahanpenuh 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,tintadan 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.htmlhttp://tentangteknikkimia.wordpress.com/2011/12/17/sedimentasi/