sedimentasi otk fix.docx

22
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam suatu industri kimia, seringkali kita menjumpai proses pemisahan. Untuk menunjang proses proses tersebut biasanya digunakan berbagai metode pemisahan. Salah satu pemisahan tersebut dilakukan dengan proses sedimentasi. Pemisahan dapat berlangsung karena adanya gaya gravitasi yang terjadi pada zat padatan. Sedimentasi merupakan salah satu cara pemisahan padatan yang tersuspensi dalam suatu cairan dimana akan terjadi peristiwa turunnya partikel- partikel padat yang semula tersebar atau tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya berat atau gaya grafitasi. Banyak metode pemisahan mekanik yang didasarkan pada gerakan partikel zat padat atau tetesan zat cair melalui fluida. Dalam beberapa situasi, tujuan dari pada proses tersebut adalah untuk mengeluarkan partikel dari arus fluida dan untuk mengeluarkan pengotor yang terdapat didalam fluida atau untuk membuang zat padat dari air limbah. Operasi sedimentasi biasanya banyak digunakan pada proses pemisahankimia, metalurgi, maupun pada proses pengurangan polusi dari air limbah industri.

Upload: distika-adhi-pratama

Post on 22-Jan-2016

32 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: SEDIMENTASI OTK fix.docx

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam suatu industri kimia, seringkali kita menjumpai proses pemisahan. Untuk

menunjang proses proses tersebut biasanya digunakan berbagai metode pemisahan.

Salah satu pemisahan tersebut dilakukan dengan proses sedimentasi. Pemisahan dapat

berlangsung karena adanya gaya gravitasi yang terjadi pada zat padatan. Sedimentasi

merupakan salah satu cara pemisahan padatan yang tersuspensi dalam suatu cairan

dimana akan terjadi peristiwa turunnya partikel-partikel padat yang semula tersebar atau

tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya berat atau gaya grafitasi.

Banyak metode pemisahan mekanik yang didasarkan pada gerakan partikel zat padat

atau tetesan zat cair melalui fluida. Dalam beberapa situasi, tujuan dari pada proses

tersebut adalah untuk mengeluarkan partikel dari arus fluida dan untuk mengeluarkan

pengotor yang terdapat didalam fluida atau untuk membuang zat padat dari air limbah.

Operasi sedimentasi biasanya banyak digunakan pada proses pemisahankimia,

metalurgi, maupun pada proses pengurangan polusi dari air limbah industri.

Cara sederhana dari sedimentasi adalah dengan membiarakan padatan ,engendap dengan

sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapatdipidahkan

dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah

melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya

terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap. Kecepatan sedimentasi

partikel-pertikel yang terdapat di dalam air bergantung pada berat jenis,bentuk, dan

ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak sedimentasi. Pada

umumnya proses sedimentasi dilakukan setelah proses koagulasi dan flokulasi.

Proses sedimentasi dalam industri kimiabanyak digunakan, misalnya pada proses

pembuatan kertas dimana slurry berupa bubur selulose yang akan dipisahkan menjadi

pulp dan air, proses penjernihan air (water treatment) dan proses pemisahan buangan

Page 2: SEDIMENTASI OTK fix.docx

nira yang akan diolah menjadi gula. Proses sedimentasi dalam dunia industri dilakukan

secara sinambung dengan menggunakan alat yang dikenal dengan nama thickener,

sedangkan untukskala laboratorium dilakukan secara batch.

Oleh karena itu, perlu adanya pengetahuan lebih mengenai sedimentasi agar praktikan

dapat memahami dan mengaplikasikannya dalam dunia keteknikan dan industri kimia.

Sehingga kedepannya praktikan diharapkan mampu mengaplikasikan proses

sedimentasi ini untuk keberlengsungan dari proses-proses industri kimia tersebut, baik

dalam penelitian maupun dunia kerja.

1.2 Tujuan

a. Mengetahui pengaruh perbedaan massa pada proses sedimentasi

b. Mengetahui hubungan konsentrasi larutan terhadap kecepatan sedimentasi

c. Mengetahui hubungan antara konsentrasi zat dan waktu yang diperlukan untuk

sedimentasi

Page 3: SEDIMENTASI OTK fix.docx

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

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).

Prinsip sedimentasi (pengendapan) adalah memisahkan suatu padatan yang tersuspensi

dalam suatu cairan, dimana akan terjadi peristiwa turunya partikel – partikel padat yang

semula tersebar atau tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya grafitasi (Warren. L.

Mc cabe, dkk, 1993).

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).

Suatu partikel yang mengendap dalam air karena adanya gaya gravitasi akan mengalami

percepatan sampai gaya dari tahanan dapat mengimbangi gaya gravitasi, setelah terjadi

kesetimbangan partikel akan terus mengendap pada kecepatan kostan yang dikenal

sebagai kecepatan akhir atau kecepatan pengendapan bebas. Laju pengendapan lumpur

berbeda-beda satu sama lainnya, demikian pula tinggi relatif berbagai zona

pengendapanya. Untuk menentukan karakteristik pengendapanya secara teliti, setiap

lumpur itu harus diperiksa dengan melakukan eksperimen terhadap masing-masingnya

(Mc.Cabe and Smith, “Operasi Teknik Kimia”, Erlangga,1990).

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses sedimentasi antara lain:

a. Berat jenis air dan berat jenis partikel padatan

Page 4: SEDIMENTASI OTK fix.docx

Berat jenis fluida lebih besar dari pada berat jenis partikel padatanya,

maka laju pengendapanya lamban. Begitu juga sebaliknya, semakin

besar berat jenis partikel maka laju pengendapannya cepat.

b. Viskositas air

Laju pengendapan sangat dipengaruhi oleh viskositas dimana

viskositas sangat berkaitan erat dengan suhu yang ada. Bila

temperatur tinggi maka viskositas menurun sehingga bentuk dan

ukuran partikel semakin kecil sehingga laju pengendapan cepat.

c. Aliran dalam bak pengendapan

Aliran dalam bak pengendapan akan mempengaruhi laju endapan.

Pada aliran laminer laju pengendapan cepat sedangkan pada aliran

turbulen laju pengendapan akan sangat terganggu maka akan sangat

lambat mengendap.

d. Bentuk dan ukuran partikel

Laju pengendapan partikel – partikel dalam air tergantung pada jenis

bentuk dan ukuran dari partikel tersebut dan viskositas cairan yang

digunakan. Adanya pengendapan zat uji kemungkinan besar

mempengaruhi laju pengendapan sehingga dapat ditentukan lajunya

dan mengetahui pangaruh zat uji tersebut. Dimana dilakukan

pengambilan sampel tiap selang waktu tertentu dan menimbang

berat endapan serta menghitung beberapa konsentrasi endapan yang

terjadi sehingga kita dapat membandingkan kecepatan laju

pengendapan dari tiap gerakan partikel pada fluida dalam proses.

Partikel yang mempunyai ukuran yang besar dan kasar akan sangat

mudah mengendap dari pada partikel halus, untuk padatan yang

halus diusahakan menggumpal menjadi partikel yang lebih besar agar

cepat mengendap

(Parikesit, F, Diktat Alat Industri Kimia).

Sedimentasi (pengendapan) merupakan salah satu cara pemisahan padatan yang

tersuspensi dalam suatu cairan dimana akan terjadi peristiwa turunya partikel – partikel

padat yang semula tersebar atau tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya berat atau

Page 5: SEDIMENTASI OTK fix.docx

gaya grafitasi, tetapi selama proses sedimentasi ini berlangsung, terdapat tiga gaya yang

berpengaruh, antara lain:

a. Gaya Grafitasi

Gaya ini bisa dilihat pada saat terjadi endapan atau mulai turunya pertikel padatan

menuju kedasar tabung untuk membentuk endapan. Hal ini terjadi karena massa jenis

partikel padatan lebih besar dari massa jenis fluida (Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).

b. Gaya Apung

Gaya apung terjadi jika massa jenis partikel lebih kecil dari massa jenis fluida. Sehingga

partikel padatan berada pada permukaan cairan (Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).

c. Gaya Dorong

Gaya dorong terjadi pada saat larutan dipompakan ke dalam tabung klarifier. Larutan ini

akan terdorong pada ketinggian tertentu. Gaya dorong dapat juga kita lihat pada saat

mulai turunya partikel padatan karena adanya gaya Gravitsi, maka fluida akan

memberikan gaya yang besarnya sama dengan berat padatan itu sendiri. Gaya inilah

yang disebut gaya dorong dan juga gaya yang memiliki arah yang berlawanan dengan

gaya gravitasi (Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).

Di industri aplikasi sedimentasi banyak digunakan, antara lain :

a. Pada unit pemisahan , misalnya untuk mengambik senyawa magnesium dari air laut

b. Untuk memisahkan bahan buangan dari bahan yang akan diolah, misalnya pada

pabrik gula

c. Pengolahan air sungan menjadi boiler feed water

d. Proses pemisahan padatan berdasarkan ukurannya dalam clarifier dengan prinsip

perbedaan terminal velocity

(Foust, 1980).

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

Page 6: SEDIMENTASI OTK fix.docx

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

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

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

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

Page 7: SEDIMENTASI OTK fix.docx

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

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Tabel Hasil Pengamatan

Table 1 Hasil pengamatan

NO Waktu (detik)Z (cm)

20 gram CaCO3

30 gram CaCO3

40 gram CaCO3

0 0 25 25 251 30 22.5 20.9 21.52 60 19 14.9 183 90 13 10.6 14.74 120 11 8.5 125 150 7.5 7.7 10.56 180 6.1 7.1 9.77 210 5.5 6.75 98 240 5.2 6.4 8.69 270 4.9 6.15 8.310 300 4.7 5.9 811 330 4.5 5.75 7.812 360 4.4 5.55 7.613 390 4.2 5.4 7.414 420 4.1 5.25 7.215 450 4.1 5.15 7.1

Page 8: SEDIMENTASI OTK fix.docx

16 480 4 5.05 717 510 3.9 4.95 6.818 540 3.9 4.8 6.719 570 3.8 4.75 6.620 600 3.8 4.75 6.521 630 3.7 4.6 6.422 660 3.7 4.6 6.323 690 3.6 4.5 6.2524 720 3.6 4.45 6.1525 750 3.6 4.4 6.126 780 3.45 4.35 627 810 3.4 4.3 628 840 3.4 4.3 5.929 870 3.4 4.3 5.930 900 3.4 4.25 5.831 930 3.3 4.2 5.832 960 3.3 4.2 5.733 990 3.3 4.15 5.734 1020 3.3 4.1 5.635 1050 3.3 4.1 5.636 1080 3.3 4.1 5.637 1110 4.1 5.538 1140 4.05 5.539 1170 4 5.540 1200 4 5.4541 1230 4 5.442 1260 4 5.443 1290 4 5.444 1320 4 5.445 1350 5.346 1380 5.347 1410 5.348 1440 5.349 1470 5.2550 1500 5.251 1530 5.252 1560 5.253 1590 5.254 1620 5.255 1650 5.2

4.2 Perhitungan

4.2.1 Percobaan I

Page 9: SEDIMENTASI OTK fix.docx

Berat CaCO3 : 20 gram

Volume slurry : 500 mL

Menghitung konsentrasi mula-mula (Co)

Co = berat CaCO3

berat molekul x volume slurry

=20 gram

100grammol

x0.5 L

= 0.399 mol

L

4.2.1.1 Perhitungan pada Zi = 10 cm

a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 10 cm

ZL = 6.1 cmtL = 150 detik

VL = Z i−Z l

tL

= (10−6.1 ) cm

150 s

= 0.026cms

b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)

CL = Zo xCo

Z i

= 25 cm x 0.399

molL

10 cm

= 0.997 mol

L

4.2.1.2 Perhitungan pada Zi = 9 cm

a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 9 cm

ZL = 5.5 cm

Page 10: SEDIMENTASI OTK fix.docx

tL = 180 detik

VL = Z i−Z l

tL

= (9−5.5 )cm

180 s

= 0.019 cms

b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)

CL = Zo xCo

Z i

=25 cm x 0.399

molL

9cm

= 1.108 mol

L

4.2.1.3 Perhitungan pada Zi = 8 cm

a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 8 cm

ZL = 5.2 cmtL = 240 detik

VL = Z i−Z l

tL

= (8−5.2 ) cm

240 s

= 0.011 cms

b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)

CL = Zo xCo

Z i

=25 cm x 0.399

molL

8cm

Page 11: SEDIMENTASI OTK fix.docx

= 1.246 mol

L

4.2.1.4 Perhitungan pada Zi = 7 cm

a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 7 cm

ZL = 4.9 cmtL = 270 detik

VL = Z i−Z l

tL

= (7−4.9 ) cm

270 s

= 0.007 cms

b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)

CL = Zo xCo

Z i

=25 cm x 0.399

molL

7 cm

= 1.425 mol

L

4.2.1.5 Perhitungan pada Zi = 6 cm

a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 6 cm

ZL = 4.8 cmtL = 300 detik

VL = Z i−Z l

tL

= (6−4.8 ) cm

300 s

= 0.004 cms

b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)

Page 12: SEDIMENTASI OTK fix.docx

CL = Zo xCo

Z i

=25 cm x 0.399

molL

6cm

= 1.662 mol

L

4.2.1.6 Perhitungan pada Zi = 5 cm

a. Menghitung kecepatan sedimentasi (VL)Untuk Zi = 5 cm

ZL = 4.1 cmtL = 420 detik

VL = Z i−Z l

tL

= (5−4.1 ) cm

420 s

= 0.002cms

b. Menghitung konsentrasi slurry pada kecepatan VL (CL)

CL = Zo xCo

Z i

=25 cm x 0.399

molL

5cm

= 1.995 mol

L

Tabel 2 Harga VL dan CL untuk CaCO3 20 gram

tL ZL Zi VL CL

(detik) (cm) (cm) (cm/detik) (gram/ml)150 6.1 10 0.026 0.997180 5.5 9 0.019 1.108240 5.2 8 0.011 1.246270 4.9 7 0.007 1.425300 4.8 6 0.004 1.662420 4.1 5 0.002 1.995

Page 13: SEDIMENTASI OTK fix.docx

4.3 Pembahasan

Berdasarkan hasil percobaan pertama sedimentasi dengan menggunakan zat padat kapur (CaCO3) sebanyak 20 gram dengan volume slurry 500 ml didapatkan bidang batas konstan pada waktu (t) 1080 detik dan ketinggian bidang batas (z) 3.3 cm. Pertama ditimbang kapur sebanyak 20 gram menggunakan neraca analitik, kemudian masukan kapur yang telah ditimbang kedalam gelas ukur 500 ml. Lalu tambahkan aquades hingga volume larutan menjadi 500 ml. Aduk menggunakan bambu hingga larutan homogen. Setelah dihomogenkan air dan kapur bercampur dan menjadi keruh. Lalu hentikan pengadukan dan catat ketingian awal permukaan slurry. Hidupkan stopwatch dan waktu sedimentasi mulai dihitung. Kemudian catat ketinggian bidang batas cairan jenuh (Z) setiap 30detik. Catat hingga ketinggian bidang batas cairan 6 kali konstan.

Berdasarkan hasil percobaan kedua sedimentasi dengan menggunakan zat padat kapur (CaCO3) sebanyak 30 gram dengan volume slurry 500 ml didapatkan bidang batas konstan pada waktu (t) 1320 detik dan ketinggian bidang batas (z) 4 cm. Pertama

Page 14: SEDIMENTASI OTK fix.docx

ditimbang kapur sebanyak 30 gram menggunakan neraca analitik, kemudian masukan kapur yang telah ditimbang kedalam gelas ukur 500 ml. Lalu tambahkan aquades hingga volume larutan menjadi 500 ml. Aduk menggunakan bambu hingga larutan homogen. Setelah dihomogenkan air dan kapur bercampur dan menjadi keruh. Lalu hentikan pengadukan dan catat ketingian awal permukaan slurry. Hidupkan stopwatch dan waktu sedimentasi mulai dihitung. Kemudian catat ketinggian bidang batas cairan jenuh (Z) setiap 30detik. Catat hingga ketinggian bidang batas cairan 6 kali konstan.

Berdasarkan hasil percobaan pertama sedimentasi dengan menggunakan zat padat kapur (CaCO3) sebanyak 40 gram dengan volume slurry 500 ml didapatkan bidang batas konstan pada waktu (t) 1650 detik dan ketinggian bidang batas (z) 5.2 cm. Pertama ditimbang kapur sebanyak 40 gram menggunakan neraca analitik, kemudian masukan kapur yang telah ditimbang kedalam gelas ukur 500 ml. Lalu tambahkan aquades hingga volume larutan menjadi 500 ml. Aduk menggunakan bambu hingga larutan homogen. Setelah dihomogenkan air dan kapur bercampur dan menjadi keruh. Lalu hentikan pengadukan dan catat ketingian awal permukaan slurry. Hidupkan stopwatch dan waktu sedimentasi mulai dihitung. Kemudian catat ketinggian bidang batas cairan jenuh (Z) setiap 30detik. Catat hingga ketinggian bidang batas cairan 6 kali konstan.

Dari ketiga percobaan didapatkan kesimpulan bahwa semakin besar massa padatan yang digunakan, maka konsentrasi zat (slurry) meningkat. Semakin besar konsentrasi zat maka waktu yang digunakan untuk proses pengendapan hingga mendapatkan bidang batas cairan (z) konstan akan semakin besar. Sehingga proses sedimentasi semakin lambat.

Untuk kurva dengan massa padatan 20 gram dengan menggunakan 6 garis bantu (Zi) pada titik 10 diperoleh

Faktor kesalahan dalam praktikum ini adalah pada saat menimbang CaCO3

menggunakan neraca analitik data yang didapat kurang akurat karena kelebihan.

Page 15: SEDIMENTASI OTK fix.docx
Page 16: SEDIMENTASI OTK fix.docx

BAB 5

PENUTUP

d. Pengaruh perbedaan massa padatan pada proses sedimentasi adalah semakin

besar massa suatu padatan, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk

mengalami pemisahan (sedimentasi) dan volume slurry akan semakin besar.

e. Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa konsentrasi larutan berbanding

terbalik dengan kecepatan sedimentasi. Semakin besar konsentrasi suatu larutan,

maka semakin lambat kecepatan sedimentasinya, sedangkan semakin kecil

konsentrasi suatu larutan, maka semakin cepat kecepatan sedimentasinya.

f. Dari percobaan sedimentasi dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi

suatu zat, maka semakin lama waktu yang diperlukan untuk melakukan

sedimentasi. Sedangkan, semakin kecil konsentrasi zat, maka semakin singkat

waktu yang diperlukan untuk mengalami pengendapan (sedimentasi).

Saran

Sebaiknya pada praktikum selanjutnya dapat digunakan gaya sentrifugal padaproses

sedimentasi guna menunjang atau menggantikan gaya grafitasi agar proses pengendapan

lebih cepat.

Page 17: SEDIMENTASI OTK fix.docx