Filter Press
-
Upload
sarah-noviatri -
Category
Documents
-
view
137 -
download
2
Transcript of Filter Press
FILTER PRESS
I. Tujuan - Mahasiswa dapat memahami mekanisme proses filtrasi.- Mahasiswa dapat mengoperasikan alat filter press.- Mahasiswa dapat menghitung viskositas umpan dan filtrat.- Mahasiswa dapat mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi proses filtrasi.
II. Alat dan BahanII.1 Alat – alat yang digunakan
1. Seperangkat Filter Press 1 set2. Ember 15 liter 1 buah3. Piknometer 1 buah4. Stopwatch 1 buah5. Viskometer 1 buah
II.2 Bahan – bahan yang digunakan1. Air Kapur2. Air Bersih3. Aquadest
III. Dasar TeoriUntuk memisahkan partikel padat dari suatu larutan suspensi atau slurry dapat
dilakukan dengan cara filtrasi, diantaranya dengan menggunakan Filter Press. Filter press terdiri dari seperangkat pinggan atau lempeng (plate) yang dirancang untuk memberikan sederetan ruang dimana zat padat dapat ditahan. Lempeng (plate) itu ditutup dengan medium filter atau kanvas. Slurry umpan masuk ke dalam masing – masing komponen tersebut menggunakan tekanan, cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa pengeluaran dan meninggalkan 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 dirapatkan dengan bantuan skrup atau ram hidrolik. Slurry mengalir melalui saluran yang terpasang memanjang pada salah satu sudut rakitan, dan dari bidang ini melalui saluran tambahan mengalir ke dalam masing – masing bingkai. Disini zat padat itu dapat ditahan pada permukaan plate, filtratnya akan menembus kain filter melalui alur pada muka pinggan, sampai keluar dari filter press. Slurry umpan dipompakan dari tangki pada tekanan 3 – 10 atm. Operasi filtrasi berlangsung hingga tidak ada lagi zat cair yang keluar dan tekanan filtrasi akan naik dengan tajam. Hal ini dapat terjadi bila bingkai sudah penuh dengan zat padat sehingga slurry tidak dapat lewat lagi. Proses selanjutnya
adalah pencucian dengan cara mengalirkan cairan pencuci untuk membersihkan zat padat agar hasil yang didapat lebih murni.
Persamaan Umum FiltrasiLaju alir filtrasi dapat ditentukan dari persamaan dasar :
dvdt
= Ar
rL
.............................................................................................................. (1)
Dimana : A = Luas area dari zat padat yang tertahan (cake)P = Perbedaan tekanan sepanjang cakeL = Tebal cakeμ = Viskositas fluidar = Tahanan jenis (spesifik kristal) dari fluida
Selama proses berlangsung, tebal cake akan bertambah dan laju filtrasi akan menurun, atau dapat juga dikatakan pertambahan volume cake sebanding dengan pertambahan volume filtrat.
LA = V atau ................................................................................. (2)LA = kV ............................................................................................ (3)
Dimana : K = Konstanta pembanding V = Volume filtrat
Sehingga,
LAV
=k=konstanta .............................................................................. (4)
Substitusi harga L pada persamaan (1) didapat
dvdt
= A2
rPvk
................................................................................................. (5)
Pada saat T = 0, maka v = 0 sehingga integral persamaan (5) adalah
vdv= A2r dtr k
V 2=2 A2
r kt
Persamaan diatas mengasumsikan bahwa resistensi terhadap aliran adalah hanya disebabkan oleh lapisan homogen dari cake dengan tebal. Dalam praktek resistensi
terhadap aliran dapat disebabkan oleh lapisan homogen cake itu sendiri dan kain atau kertas saringnya, sehingga didapat persamaan yang baru :
dvdt
= APr (L+ L¿) ...........................................................................................
(7)
Substitusilan dengan cara diatas didapatkan :dvdt
= AP
r (k vA
+L¿) ..........................................................................................
(8)
V ( kvA
+L¿)dv= APr
dt ........................................................................ (9)
k v2
2 A+ L¿V = AP
rt disusun kembali didapat
tv= r μ k
2 A2 Pv+ r p L¿
A ∆ P ................................................................................
(10)
Plot tv
vs V didapat slope r μk
2 A2∆ P , intercept
r p L¿
A ∆ P
Nilai r didapat dari slope dan L¿ dari intercept.
IV. Prosedur Kerja 4.1 Pembuatan Larutan Umpan
1. Memasukkan 120 liter larutan suspensi kapur 5 % berat ke dalam tangki berpengaduk.2. Menghidupkan motor pengaduk.
4.2 Persiapan Alat1. Memasang kain filter ke frame dari alat.2. Merapatkan skrup dengan putaran manual.3. Memeriksa sambungan pipa – pipa, tangki, pompa unit alat dan alat buangan.
4.3 Pelaksanaan Praktikum1. Menghidupkan motor pompa.2. Mengatur aliran masuk pada tekanan tertentu.3. Mencatat waktu setiap satu liter (dan kelipatannya) filtrat yang didapat.4. Menghentikan proses setelah ± 20 liter.
5. Membuka plate dan frame.6. Mengambil kain filtrat dengan hati – hati, ukur setelah cake.7. Mencatat hasil data.
V. Data Pengamatan5.1 Data Laju Alir
Volume Filtrat (liter)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Waktu (sekon)
17 48 73 102 132 160 196 228 262 294
5.2 Data DensitasBerat Piknometer Kosong = 60,9 gramBerat Piknometer + Aquadest = 160 gram (28℃)Berat Piknometer + Filtrat = 160,2 gram (29℃)Berat Piknometer + Feed = 161 gram
5.3 Data Viskositas
t filtrat = 13 detik tebal cake = 0,8 cm [2,2gr
cm3]
t feed = 16 detik jenis bola boron silika glass [D = 1,53 cm]
VI. Perhitungan
a. Penentuan Densitas
Berat piknometer kosong = 60,9 gram
Berat pikno + aquadest = 160 gram
Berat pikno + feed = 161 gram
Berat aquadest = 99,1 gram
Berat pikno + filtrat = 160,2 gram
Volume aquadest = volume pikno = 99,1 gram
0,998 gr /ml=99,3 ml
Densitas umpan = (berat pikno+ feed )−(berat pikno koson g)
volume pikno
= (161−60,9 ) gram
99,3 ml
= 1,008 gr/ml = 1,008 x 103 kg/m3
Densitas Filtrat = (berat pikno+ filtrat )−(berat pikno kosong)
volume pikno
= (160,2−60,9 ) gram
99,3 ml
= 1 gr/ml = 1000 kg/m3
b. Penentuan Viskositas
Bola boron silika
ρ bola = 2,2 gr/cm3 = 2,2 x 103 kg/m3
D = 1,53 cm
r = 1,53 cm
2=0,765 cm=0,00765 m
Jarak lintasan / panjang tabung = 12 cm = 0,12 m
Gravitasi = 9,81 m/s2
Volume bola = 43
π r3
= 43
(3,14 ) (0,00765 m )3
= 1,874 x 10-6 m3
Massa bola = ρ ×V
= (2,2 x 103 kg/m3) (1,874 x 10-6 m3)
= 4,1228 x 10-3 kg
Viskositas umpan (feed)
mo =ρumpan ×V bola
= (1,008 x 103 kg/m3) (1,874 x 10-6 m3)
= 1,8889 x 10-3 kg
v = st=0,12 m
16 s = 0,0075 m/s
Maka, μ=(m−mo ) g
6 πrv=⌈ (4,1228 × 10−3 kg )−(1,8889 ×10−3kg ) ×9,81 m /s2⌉
6 (3,14 )(0,00765 m)(0,0075ms)
= 20,26 kg/ms
= 20.260grms
cp¿ = 13,61 lbm/fts
Viskositas filtrat
mo =ρ filtrat ×V bola
= (1000 kg/m3) (1,874 x 10-6 m3)
= 1,874 x 10-3 kg
v = st=0,12 m
13 s = 0,0092 m/s
Maka, μ=(m−mo ) g
6 πrv=⌈ (4,1228 × 10−3 kg )−(1,874 ×10−3 kg ) × 9,81m / s2 ⌉
6 (3,14 )(0,00765 m)(0,0092ms)
= 16,59 kg/ms
= 16.590grms
cp¿ = 11,15 lbm/fts
c. Luas Cake pada tekanan 1 bar
∆ P=1×̄100 kpa
1 ¿̄ ×1 atm
101,3 kpa×
14,7 lbf /m2
1 atm×
1¿2
6,945× 10−3 ft2 ¿
= 2089, 27 lbf/ft2
L x A = V
Maka, A= 20,8
=2,5 cm2×1 ft2
(30,48 cm2)=0,082 ft2
C = 1,67 lb/ft3
gc = 32,174 lbmft/s2lbf dengan µ = 11,15 lbm/fts
Dari grafik didapatkan persamaan ∆ t∆ v
=15,38 x−18
kp=15,38sL2 ×( 1 L
10−3m )2
×( 1m3,28 ft )
6
=12351,3 s/ ft6
B=18sL
×( 1 L10−3 m)×( 1m
3,28 ft )3
=510,1 s / ft2
α=A2 . (−∆ P ) . gc . kp
c .μ
¿(0,082 ft¿¿2) .(2089,27
lbf
ft2 ) .(32,174 lbm . ft /s2. lbf ) .(12351,3
s
ft6 )
(1,67lbft3 ) .(510,1
sft3 )
¿
= 79.919,79 ft/lbm
Rm=A . (−∆ P ) . gc . B
μ
= (0,082 ft¿¿2) .(2089,27
lbf
ft2 ).(32,174 lbm . ft /s2. lbf ) .(510,1
s
ft3 )
11,15 lbm / ft . s¿
= 252.170,29 ft−1
VII. Analisa Percobaan
Berdasarkan percobaan dapat dianalisa bahwa filter press merupakan salah satu alat yang terdiri dari seperangkat pinggan atau lempeng. Mekanisme kerja alat ini ialah dengan memanfaatkan adanya tekanan, dimana umpan masuk ke dalam masing-maing komponen menggunakan tekanan, cairan lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa pengeluaran dan meninggalkan zat padat basah.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses filrasi pada filter press diantaranya pemasangan plat-plat lempeng yang harus disusun dengan benar dan rapat. Hal ini dikarenakan agar cake yang terbentuk tidak hancur dan mencegah kebocoran. Hal lain yang menjadi faktor ialah tebal cake, semakin tebal cake maka cairan yang lewat akan semakin jernih karena pori-pori cake semakin rapat. Tebal cake yang didapat pada saat percobaan yaitu 0,8 cm. Waktu juga mempengaruhi, semakin lama proeses filtrasi berlangung maka hail yang didapat juga akan semakin jernih. Selain itu laju alir juga mempengaruhi proses filtrasi pada filter press.
Semakin jernih cairan yang dihasilkan, maka semakin sedikit zat terlarut yang terdapat dalam filtrat. Hal ini dpat dilihat dari viskositas filtrat yang didapatkan yaitu 16,59 kg/ms. Sedangkan viskositas umpan adalah 20,26 kg/ms (lebih besar). Selain itu, densitas filtrat sebesar 1 gr/ml lebih kecil dibandingkan densitas umpan yaitu 1,008 gr/ml. Ini membuktikann bahwa kualitas air yang dihasilkan dari proses filtrasi lebih baik.
VIII. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
Filter press bekerja dengan memanfaatkan tekanan. Faktor-faktor yang mempengaruhi filter press diantaranya adalah cara pemasangan
plat lempeng yang harus benar dan rapat, tebal cake, dan waktu filtrasi. Semakin lama waktu penyaringan maka semakin tebal endapan dan menyebabkan
semakin jernih filtrat yang dihasilkan. Tebal cake yang dihasilkan sebesar 0,8 cm Viskositas feed = 20,26 kg/ms = 13,61 lbm/fts Viskositas filtrat = 16,59 kg/ms = 11,15 lbm/fts Densitas feed = 1,008 gr/ml = 1,008.103 kg/m3
Densitas filtrat = 1 gr/ml = 1000 kg/m3
DAFTAR PUSTAKA
Ir.Fadarina,M.T. 2013. Penuntun Praktikum Satuan Operasi 2. Palembang : Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya
http://filtrasi013.blogspot.com/2013/02/filtrasi-plate-and-frame-disusun-oleh.html
http://id.scribd.com/doc/102503247/Laporan-FILTRASI
ILTRFiltrasi Plate and Frame
Proses filtrasi merupakan suatu metode pemisahan partikel padatan tersuspensi dalam sebuah campuran tertentu dengan melewatkan campuran tersebut pada suatu medium filter yang memiliki pori-pori dengan ukuran tertentu. Proses pemisahan dengan filtrasi dapat dilakukan karena memiliki driving force yaitu perbedaan tekanan antara tekanan di dalam tangki dengan tekanan ruangan. Perbedaan tekanan ini akan mendorong campuran tersebut melewati lapisan medium filter sehingga padatannya akan tertahan pada medium filter. Pelaksanaan praktikum filtrasi ini bertujuan untuk menentukan besarnya tahanan bahan jeans dan katun sebagai medium penyaring, menentukan tahanan spesifik cake, dan menentukan parameter uji t-test antara tahanan medium jeans dan katun.
Percobaan filtrasi ini dilaksanakan dengan menggunakan alat filtrasi tipe plate and frame filter press. Slurry berupa campuran CaCO3 dan air dengan konsentrasi sebesar 2% berat CaCO3 dengan perbedaan tekanan sebesar 2 psi. Percobaan dilakukan dengan memvariasikan dua jenis medium filter, yaitu bahan jeans dan katun. Masing-masing variasi dilakukan sebanyak tiga kali (triplo) sehingga percobaan ini secara keseluruhan dilakukan dengan 6 run. Variabel yang diukur selama proses adalah waktu penampungan akumulasi filtrat yang diukur setiap penampungan 500 ml filtrat sampai kecepatan akumulasi filtrat relatif konstan dan massa cake baik pada keadaan basah, maupun kering.
Hasil dari percobaan ini adalah nilai tahanan spesifik cake (α) dan nilai tahanan medium penyaring, baik jeans maupun katun (Rm). Tahanan bahan jeans ternyata lebih besar daripada bahan katun. Nilai tahanan rata-rata bahan jeans adalah sebesar 1,376 x1010 m-1, sedangkan bahan katun sebesar 1,099 x1010 m-1. Hasil uji t-test membuktikan nilai hambatan bahan jeans dan katun berbeda secara bermakna.
Plate and frame filter press jenis ini yang diaplikasikan di Industri umumnya terdiri atas tujuh bagian medium filter dari logam yang saling menutupi secara renggang dan tempat yang cukup untuk menampung cake sampai filtrasi selesai. Tipe lain memiliki pelat yang saling sejajar sehingga dapat digunakan dengan medium filter berupa penyaring kertas atau kain secara terpisah dari alat utama. Medium filter dapat dimasukkan pada peralatan filtrasi dengan membuka frame yaitu tempat cake terbentuk. Tipe peralatan filtrasi jenis ini digunakan jika cake yang akan terbentuk relatif kering. Alat ini tidak dapat digunakan untuk bahan-bahan yang beracun dan berbahaya.
Alat ini akan bekerja berdasarkan driving force, yaitu perbedaan, tekan. Alat ini dilengkapi dengan kain penyaring yang disebut filter cloth, yang terletak pada tiap sisi platenya. Plate and frame filter digunakan untuk memisahkan padatan cairan dengan media berpori yang meneruskan cairannya dan menahan padatannya. Secara umum filtrasi, dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif kecil dibandingkan zat cairnya.
1. Open Delivery Filter pressSaluran untuk slurry dan wash (pencuci) melalui satu saluran masuk dan
tiap plateuntuk saluran cairannya.
2. Closed Delivery Filter PressMemiliki beberapa saluran slurry dan wash water. Umpan slurry masuk melalui lubang
saluran masuk. Filter clothterletak di setiap sisi frame. Tekanan diberikan terhadap slurry agar melewati filter cloth untuk dapat masuk ke dalam plate and frame filter kemudian keluar melalui lubang plate sebagai filtrat. Padatan akan terakumulasi atau tertinggal dan menempel pada cloth. Setelah beberapa lama maka ruang antara plate akan tertumpuk olehslurry dan lama kelamaan umpan akan berhenti mengalir. Jika hal ini terjadi maka clothharus segera dicuci. Pencucian ini dilakukan dengan menyalurkan air bersih ke dalam platedan keluar
melalui frame. Hal ini merupakan kebaikan dari proses filtrasi (Closed delivery). Berdasarkan kompresibilitasnya cake (slurry yang menempel pada cloth) dibagi menjadi dua, yakni :
a. Compressible cakeCake akan mengalami perubahan struktur apabila mengalami tekanan sehingga ruang
kosong dalam cake semakin kecil akibatnya proses penahan semakin besar dan proses filtrasi semakin sulit.
b. Incompressible cakeCake yang tidak mengalami perubahan jika terjadi perubahan tekanan. Pada kenyataanya
kelompok ini hampir tidak ada. Tetapi tekanan yang digunakan kecil maka cake dapat dianggap incompressible cake. Untuk proses filtrasi umumnya terjadi pada beda tekanan tetap. Jika medium filter primer telah dilapisi cake dan filtrat telah jenuh maka tekanan akan bertambah sampai maksimum. Diperlukan waktu yang optimum untuk melakukan satu kali siklus. Waktu filtrasi optimum adalah waktu filtrasi yang diperlukan agar jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum, dalam filtrasi yang disebut waktu siklus adalah waktu keseluruhan yang diperlukan untuk melakukan proses filtrasi.
Pencucian/WashingOptimasi jumlah air pencuci yang digunakan ke dalam slurry ditambahkan zat warna yang
mempunyai sifat tidak berikatan secara permanen/kuat dengan padatannya, sehingga mudah dihanyutkan oleh air pencuci. Kadar zat warna dalam air cucian yang keluar darifilter dianalisa untuk mengetahui seberapa jauh operasi pencucian dilakukan. Pencucian dihentikan jika kadar warna dalam air cucian sudah mulai konstan. Jumlah air pencuci dicatat sebagai volume optimum.
MESIN PRES BERSARINGAN (FILTER PRESS). Suatu mesin pres bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas. Lumpur dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan tekanan tertentu; cairan melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan kue basah dibelakangnya.
Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk dengan penyelia plat polipropelina cetakan. Dalam desain lain, kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-frame press) yang didalamnya terdapat plat persegi panjang dengan 6 s.d. 78 in. (150 mm s.d. 2 m) yang pada satu sisi dapat diubah-ubah. Ketebalan setiap plat antara 6 s.d. 2 in. (6 s.d. 50 mm), ketebalan bingkai antara 1/4 s.d. 8 in. (6 s.d.200 mm). Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam, dengan kain melingkupi permukaan setiap plat, dan ditekan dengan keras bersama dengan memutar skrup hidraulik. Lumpur memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai. Lumpur mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut. Jalur tambahan mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam setiap bingkai. Di sini padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat (corrugation), dan keluar dari mesin press.
Setelah merangkai mesin pres, lumpur dimasukkan dengan pompa atau tangki bertekanan pada tekanan 3 s.d. 10 atm. Filtrasi dilanjutkan sampai cairan tidak lagi muncul pada keluaran atau tekanan filtrasi secara tiba-tiba meningkat. Hal ini terjadi ketika bingkai penuh padatan atau tidak ada lumpur lagi yang dapat masuk. Jika hal demikian terjadi, mesin pres dapat dikatakan mengalami kemacetan (jammed). Cairan pencuci mungkin dapat digunakan untuk membersihkan pengotor yang larut dari padatan., setelah itu kue dapat ditiup dengan kukus (steam) atau udara untuk membersihkan cairan yang tersisa. Mesin pres kemudian dibuka, dan padatan kue dihilangkan dari medium penyaring dan dipindahkan ke konveyor atau tempat penampungan. Dalam banyak mesin pres, operasi tersebut dilakukan secara otomatis.
Pencucian secara teliti mesin pres bersaringan dapat memakan waktu beberapa jam, untuk cairan pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melintasi secara tegang kumpulan kue. Jika ada bagian kue yang kurang padat, maka umumnya cairan pencuci tidak efektif. Jika pencucian lebih baik dilakukan secara berlebihan, akan lebih baik untuk mengalirkan kembali lumpur melalui kue-kue yang sebagian telah tercuci, secara bersama dengan cairan pencuci dalam jumlah yang lebih besar dan menyaring kembali. Atau juag menggunakan penyaring bercangkang dan berdaun, yang menjanjikan pencucian lebih baik daripada cetakan plat dan bingkai.
Filter tekanan biasanya tersusun dari pelat-pelat dan bingkai-bingkai. Pada filter ini pelat-pelat dan
bingkai-bingkai disusun secara bergantian dengan filter kain dengan arah berkebalikan pada tiap pelat.
Pemasangannya dilakukan secara bersamaan sebagai kesatuan gaya mekanik (oleh sekrup / secara
hidrolik).
Ada beberapa macam tipe bertekanan yang menggunakan pelat dan bingkai. Yang paling
sederhana mempunyai salah satu saluran tunggal mengenali suspensi pada pencucian dan pembukaan
tunggal pada setiap pelat untuk mangalirkan cairan (pada pengiriman terbuka). Tipe yang lain
mempunyai saluran terpisah untuk membedakan suspensi dan air pencucian tetapi ada juga yang
menggunakan saluran terpisah untuk memisahkan suspensi dan air pencucian (pada pengiriman
tertutup). Saluran ini biasanya terdapat di pojok atau di tengah atau tepat di tengah.
Umpan suspensi masuk malalui saluran yang terbentuk dari lubang-lubang pada pojok kanan atas
antara pelat dan bingkai. Dari saluran ini, suspensi masuk ke bingkai menuju ruang di antara pelat-
pelat. Tekanan pada suspensi diumpankan pada proses penekanan untuk menghasilkan filtrat. Filtrat
tersebut menuju ruang-ruang diantara kain dan pelat melalui kain-kain dari kedua sisi pelat ke
keluaran yang berupa klep atau menuju saluran kedua yang dibentuk oleh lubang-lubang pada pojok
lain dari pelat dan bingkai dengan keluaran yang didukung oleh pelat-pelat tidak oleh bingkai. Baik
keluaran melalui saluran atau melalui keran atau klep dan pelat dilubangi atau dibuat dengan filtrat,
memasuki keluaran melalui sisi pelat.
Padatan dalam suspensi berakumulasi dalam kain pada sisi sebaliknya dari pelat-pelat. Setelah
beberapa waktu sebagian kecil ruang diantara pelat tersedia untuk suspensi, dan umpan dimatikan.
Jika cake dicuci, fluida pencuci di dalamnya disalurkan ke dalam suspensi atau masukan campuran bi
balik suspensi, masuk ke cake kurang lebih dari tengah bingkai, dan lewat menuju pelat pada kedua
sisi. Setelah cake dicuci, aliran ini terhenti, gaya yang menahan pelat dilepaskan, pelat dan bingkai
terbuka seketika, dan cake dihilangkan atau dibuang ke dalam lubang di bawah penekan. Setelah
pembuangan selesai, penekan ditutup lagi dengan memberikan gaya mekanik untuk mengunci pelat
dan bingkai bersamaan, dan sebuah siklus baru filtrasi dimulai.
Pencucian dapat dikeluarkan terpisah dari filtrat dengan menyediakan kedua keluaran bawah
melalui keran dan sebuah saluran terpisah pada pojok lainnya dari pelat. Pencucian sederhana adalah
ketika pencucian mengalir melalui cake dengan jalan yang sama seperti filtrat. Ekspresi “trhough
washing” atau “every other pelate washing” membutuhkan penggunaan dua tipe pelat yang berbeda.
Pelat yang bukan pencuci (satu tombol) dan pelat pencuci (tiga tombol) diisikan dalam penekan
diantara bingkai (dua tombol). Umpan memasuki bingkai seperti sebelumnya. Pencucian memasuki
setiap pelat dan melewati dua cake pada bingkai di kedua sisi pelat, meninggalkan keran pada pelat
bukan pencuci (satu tombol). Metode ini memerlukan klep yang tertutup pada pelat-pelat (tiga
tombol) ke dalam masukan pencuci.
Semua tipe pelat ini dapat didesain untuk mengoperasikan pada pengiriman tertutup dengan
menyediakan saluran ketiga yang dibentuk oleh lubang di sebelah pojok kanan bawah pelat dan
bingkai. Empat saluran memungkinkan untuk mengoperasikan dengan menggunakan pengiriman
tertutup dengan keluaran terpisah untuk filtrat dan pencucian. Umpan suspensi masuk ke setiap
bingkai melalui saluran kanan atas (tidak ada pembukaan dari saluran ini ke pelat manapun). Filtrat
meninggalkan setiap pelat menuju saluran kiri bawah bingkai penuh dengan cake. Pencucian masuk
melalui saluran kiri atas ke setiap pelat menuju cake ganda di antara bingkai pada sisi lain pelat ini
dan keluar melalui saluran kanan bawah pada pelat pengganti (satu tombol). Selama pencucian keran
pada filtrat pada keluaran dan masukan pencucian tertutup.
http://filtrasi013.blogspot.com/2013/02/filtrasi-plate-and-frame-disusun-oleh.html
Gambar Alat
Penampang Filter Press
Piknometer Viskometer
Dasar Teori Tambahan
Pengertian Filtrasi
Filtrasi adalah contoh khusus mengenai aliran melalui media berpori, khususnya
kasus di mana tahanan terhadap aliran konstan. Dalam filtrasi, tahanan aliran
meningkatsesuai dengan waktu, sesuai dengan pembentukan cake di atas medium filter
atau filter aid. Besaran-besaran utama yang penting adalah laju aliran melalui filter dan
penurunan tekanan melintasi unit tersebut. Dengan berjalannya waktu selama filtrasi,
laju aliran akan berkurang atau penurunan tekanan akan meningkat. Pada proses filtrasi
tekanan tetap, penurunan tekanan dibuat konstan dan laju aliran dibiarkan menurun
sesuai waktu.
Filtrasi juga merupakan salah satu cara untuk memisahkan partikel padat dari cairan
dengan menggunakan medium filter yang dapat menahan padatan tetapi, meloloskan
cairan. Pemisahan secara filtrasi dilakukan pada campuran suspensi. Pada percobaan
filtrasi ini, dimana larutan suspensi kita alirkan melalui saluran pori – pori di mana
ketika larutan tersebut mulai melewati medium filter, maka padatan akan tertahan pada
medium filter tersebut yang kita kenal dengan cake sedangkan untuk yang lolos yang
kita tampung dalam selang waktu tertentu yang kita sebut sebagai filtrat. Cake dan
volume filtrat yang kita tampung (pada operasi beda tekanan konstan) merupakan tujuan
dari percobaan, sedangkan untuk operasi pada laju alir konstan selain cake dan filtrat
yang menjadi tujuan percobaan kita ukur perubahan tekanan yang terjadi.
Hukum Darcy
Hukum Darcy menghubungkan laju partikel padatan melalui lapisan berpori dengan
pressure drop yang menyebabkan aliran tersebut.
v= k .∆ Pμ . L
(1)
dimana:
v = laju alir padatan dalam campuran cairannya
k = konstanta proporsionalitas yang umum disebut konstanta permeabilitas
Darcy
ΔP = pressure drop pada melalui kedua tebal pelat
L = ketebalan pelat
μ = viskositas cairan
Analogi dengan Hukum Ohm, laju alir akan berbanding lurus dengan diriving force
verupa potensial ΔP pressure drop, dan berbanding terbalik dengan penghambat
alirannnya (L/k).
Namun, Hukum Darcy untuk filtrasi hanya berlaku pada kondisi:
v= dv ρμ (1−ε)
<5 (2)
dimana:
d = ukuran partikel yang diasumsikan sama dengan diameter pori yang
menahan filter cake.
ρ = densitas cairan.
ε = fraksi kosong pada cake
2.2 Filtrasi Cake
Medium filter pada filtrasi cake relatif tipis dibandingkan dengan filter klarifikasi.
Pada awal filtrasi sebagian partikel padat masuk ke dalam pori medium dan tidak dapat
bergerak lagi, tetapi segera setelah itu bahan terkumpul lagi pada permukaan septum/
medium penyaringnya. Setelah tahap awal yang berlangsung beberapa menit tersebut zat
padat cake tersebut berfungsi sebagai medium filtrasi, bukan septum lagi. Cake tersebut
terakumulasi sampai ketebalan tertentu pada permukaan dan sewaktuwaktu harus
dibersihkan. Filter cake biasanya bekerja dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan
atmosfer pada bagian hulu atau vakum pada sisi hilir. Filter ini dapat beroperasi kontinu
dapat pula secara batch. Namun karena sulitnya mengeluarkan zat padat melawan
tekanan positif , umumnya filter diopersikan secara batch.
2.2.1 Medium Filter
Yaitu suatu media berpori yang mampu menahan partikel padat dan meloloskan
cairan sebagai filtrat yang jernih. Medium filter biasanya berupa tenunan dari macam -
macam bahan seperti : nilon, sutra atau serat sintetis. Pemilihan medium filter sangat
penting,karena akan menentukan kelancaran operasi.
Faktor – faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan medium filter
jika filtrat merupakan tujuan operasi adalah :
a) Tahanan medium terhadap aliran fluida harus kecil.
b) Tidak larut dan tidak bereaksi dengan bahan - bahan yang ada dalam cairan induk.
c) Cukup kuat menahan tekanan yang terjadi selama operasi.
Jika padatan tersaring merupakan tujuan operasi, maka faktor – faktor utama yang
perlu diperhatikan dalam pemilihan medium filter adalah :
a) Kemudahan mengambil padatan tersaring dari medium filter.
b) Pori - pori medium filter tidak mudah terisi dan tersumbat oleh padatan tersaring.
Dalam industri medium filter yang banyak dipakai adalah kain kanvas. Masing-
masing jenis kanvas dengan ketebalan dan pola anyaman tertentu juga memiliki
kegunaan tertentu. Untuk zat cair yang bersifat korosi digunakan medium filter seperti
kain wol, tenunan logam monel atau baja tahan karat, tenunan gelas, atau kertas. Kain
sintesis seperti nilon, polipropilena, dacron juga tahan secara kimia.
2.2.2 Bahan Aditif untuk Proses Filtrasi
Zat padat yang lembek atau sangat halus, yang membentuk cake yang rapat dan
impermeabel akan segera menyumbat medium filtrasi yang cukup halus untuk
menahannya. Untuk menyaring bahan padat seperti itu porositas cake harus ditingkatkan
agar cairan tersebut dapat lewat dengan laju yang cukup. Hal ini dilakukan dengan
menambah bahan aditif filtrasi (filter aid) seeprti tanah diatom, silika, perlit, selulosa
kayu yang dimurnikan, atau bahan-bahan padat lain yang tidak bereaksi.
Penambahan itu dilakukan terhadap slurry umpan sebelum dilakukan filtrasi. Dalam
filter batch lapisan filter aid biasanya tipis, sedangkan pada filter kontinu lapisan ini
biasanya tebal dan bagian atasnya terkikis bersama zat padat yang tertahan filter oleh
pisau kikis, sehingga menghasilkan permukaan filtrasi yang baru. Penggunaan lapisan
pendahuluan ini biasanya dapat mencegah tersumbatnya medium filter sehingga
dihasilkan filtrat yang jernih.
2.2.3 Filter Batch Berdasarkan Tekanan
Filter tekanan dapat memberikan perbedaan tekanan yang cukup besar melintas
septum sehingga menghasilkan filtrasi yang cukup cepat dengan zat cair viskos atau zat
padat halus. Filter tekanan yang umum adalah filter press dan shell-and-leaf filter.
2.3 Filter Aid
Pada beberapa operasi filtrasi kadang - kadang diperoleh padatan tersaring sangat
halus, sehingga masuk ke dalam pori - pori medium filter. Akibatnya medium filter
menjadi cepat tersumbat, laju filtrasi turun dan banyak filtrat yang hilang karena tertahan
pada padatan yang halus tersebut.
Hal ini dapat dicegah dengan cara penggunaan filter aid (bahan bantu filtrasi), karena
filter aid akan membentuk lapisan di atas medium filter dengan sifat pori yang baik.
Filter aid digunakan bila padatan tersaring mudah dipisahkan dari filter aid atau
padatan tersaring bukan merupakan hasil yang diinginkan. Penggunaan filter aid akan
mempertahankan laju filtrasi tinggi dan memperbaiki sifat padatan tersaring, misalnya
kemudahan pencucian dan pengambilannya.
Pemakaian filter aid dapat dilakukan dengan dua cara:
a) Filter aid dilapiskan terlebih dahulu pada medium filter (“precoat”), kemudian baru
operasi filtrasi dilakukan terhadap bubur padatan (“slurry”). Lapisan filter aid
tersebut berfungsi untuk menahan partikel - partikel padatan tersaring.
b) Filter aid dalam jumlah tertentu ditambahkan ke dalam bubur sebelum operasi
filtrasi di mulai. Penambahan filter aid akan membesarkan porositas dari bubur,
menurukan kompresibilitas dan tahanan aliran padatan tersaring.
Bahan - bahan yang sering digunakan filter aid dalam tanah diatomea/kieselguhr,
serat asbes, karbon, magnesia, gipsum dan lain – lain. Sifat – sifat filter aid adalah :
Densitas ruah (bulk density) rendah,untuk mengurangi kecenderungan mengendap
Berpori
Dapat membentuk padatan tersaring yang berpori
Tidak bereaksi atau larut dalam filtrat
2.4 Klasifikasi Filtrasi
Operasi filtrasi dan filter dikelompokkan menurut berbagai cara seperti di bawah ini :
a) Berdasarkan Gaya Dorong Operasi
Aliran fluida menerobos media filter memerlukan gaya dorong yang berupa: gaya
gravitasi, gaya sentrifugal, gaya tekan atau gaya hisap. Dalam industri operasi filtrasi
dibantu dengan tekanan dihulu atau isapan vakum dihilir untuk mempercepat proses.
b) Fungsi Filtrasi
Filtrasi dapat ditunjukkan untuk memperoleh padatan tersaring bebas larutan atau
mendapatkan filtrat jernih bebas padatan atau kedua -duanya.
c) Siklus Operasi
Operasi kontinu sering digunakan dalam filtrasi dengan kapasitas besar, sedangkan
operasi batch digunakan dalam skala laboratorium dan dalam penentuan
karakteristik filtrasi. Operasi batch ini diartikan bahwa padatan tersaring
bertambah/tertimbun diatas medium filter, sedangkan larutan tetap dialirkan. Operasi
batch ini dihentikan bila laju filtrasi menjadi sangat rendah karena tahanan padatan
tersaring semakin besar.
Jika gaya dorong dijaga tetap selama operasi filtrasi maka operasi semacam ini
disebut constant pressure. Pada operasi filtrasi ini laju operasi menurun dengan
kenaikan waktu. Sedangkan operasi laju filtrasi tetap disebut constant rate filtration.
Untuk menjaga laju tetap ini, tekanan di hulu ditambah sedikit demi sedikit atau
vakum di hilir ditambah.
d) Sifat Padatan Tersaring
Selama operasi filtrasi, padatan tersaring akan tertimbun dengan ukuran dan bentuk
partikel tetap dan juga porositas timbunan dapat dianggap tetap. Tetapi banyak jenis
padatan tersaring mengalami pemadatan selama operasi filtrasi, sehingga
porositasnya menurun dan akibatnya laju filtrasi cepat menurun. Hal terakhir ini
disebut padatan tersaring termampatkan (compresible cake).
Ukuran partikel padatan tersaring kira - kira satu mikrometer atau lebih besar. Jika
partikel mempunyai ukuran kurang dari 1 mikron, maka filtrasi harus dilakukan
dengan operasi ultrafiltrasi.
e) Mekanisme Filtrasi
Ada dua pendapat tentang mekanisme filtrasi, yang pertama menganggap bahwa
partikel padatan tertahan di permukaan medium filter dan diikuti partikel – partikel
berikutnya dengan pembentukan lapisan demi lapisan padatan tersaring.
Mekanisme kedua menganggap bahwa padatan tertahan dalam pori -pori medium
filter, dan dinyatakan dalam persamaan filtrasi medium filter.
2.5 Jenis Alat Filtrasi
a) Filtrasi pasir terbuka
b) Continuous rotary drum filter
c) Flate dan frame filter (pada percobaan ini alat filtrasi yang digunakan flate dan
frame).
Alat filtrasi jenis ini terdiri dari flate dan frame yang dipasang berselang –
seling.Jenis flate dan frame bermacam – macam.
Keuntungan alat filtrasi ini :
Konstruksi sederhana dan dapat dibuat dari berbagai material (besi,kuningan, katu
dan lain – lain).
Tidak terdapat bagian yang bergerak,sehingga ongkos pemeliharaan rendah.
Kapasitas dapat diatur dengan menambah jumlah flate dan frame
Dapat dipakai untuk tekanan tinggi ( hingga 15 bar).
Kerugian alat ini :
Operasi batch.
Biaya buruh tinggi, karena itu alat filtrasi ini dipakai jika produk padat bernilai
tinggi.
2.6 Persamaan Dasar Filtrasi
Proses yang terjadi pada filtrasi dapat digambarkan sebagai aliran fluida yang
melalui unggun padat (packed bed).filtrat mengalir melalui saluran pori–pori dan
umumnya dengan laju aliran relatif kecil, sehingga dapat dianggap laminer.Keadaan ini
memungkinkan penggunaan persamaan Hagen-Poiseuille untuk beda tekanan (pressure
drop) dann laju alir.Untuk operasi filtrasi, persamaan tersebut ditulis dalam bentuk
sebgai berikut :
dVdt
=A ' (−∆ P)
μR (3)
dimana :
V = volume filtrat yang terkumpul, liter
t = waktu, detik
A’= luas penampang aliran sebenarnya, m2
R = tahanan unggun, m-1
µ = viskositas fluida,kg/(m.detik)
Persamaan (3) menggambarkan bahwa laju filtrasi sebanding dengan gaya dorong
dan berbanding terbalik dengan tahanan. Tetapi persamaan tersebut belum dapat
digunakan langsung untuk operasi filtrasi.Luas penampang aliran sebenarnya A’ sulit
diketahui, karena itu biasanya diganti dengan luas penampang sebetulnya menjadi luas
penampang medium filter dimasukkan ke dalam besaran – besaran berikut ini.
Tahanan padatan tersaring sebanding dengan tebal atau jumlah padatan tersaring :
R=R c+Rm (4)
Rc=α . c .VA
(5)
dimana :
Rc = tahanan cake
Rm = tahanan medium filter
α = tahanan padatan tersaring spesifik untuk masing – masing jenis,
membawa sifat : ukuran dan bentuk partikel, serta porositas, m/Kg
c = massa kering zat padat tersaring tiap volum filtrat, Kg/m3
c.v = luas penampang filtrsi, m2
Jika padatan tersaring mempunyai sifat termampatkan, maka tahanan spesifik, α
merupakan beda tekan :
α=α0(−∆ P)s (6)
dimana :
αo = konstanta
s = koefisien kompresibilitas
Dengan memperhatikan persamaan–persamaan tersebut diatas, persamaan umum
filtrasi menjadi :
dVdt
=A ' (−∆ P)
μ¿¿ (7)
2.7 Operasi Beda Tekanan Konstan
Jika P konstan , variabel dalam persamaan (7) hanya volum filtrat V dan waktu
operasi Integrasi persamaan (7) memberi persamaan operasi filtrasi beda tekan tetap :
dtdV
=μ . α . C3
A2(−∆ P)V +
μ . Rm
A (−∆ P) (8)
dtdV
=Kp .V +B (9)
∫0
t
dt=∫0
v
(Kp .¿V +B)dV ¿ (10)
t=Kp2
V 2+B .V (11)
tV
=Kp2
V +B (12)
y=bx+a
y tV
b slope Kp2
a intersep B x V
α= Kp. A2 .∆ Pμ .Cs
Rm=α . ∆ P .Bμ
2.8 Operasi Laju Alir Konstan
Jika laju alir konstan, maka:
−∆ P=μ . α . Cs
A2
dVdt
V + μ . RmA
dVdt (13)
−∆ P=Kv .V +C (14)
y=bx+a
y −∆ P b intersep C
a slope Kv x V
http://id.scribd.com/doc/102503247/Laporan-FILTRASI