KRITERIA KRITERIA KECEKAPAN PEMISAHAN DAN KUMPULAN TAK BERDIMENSI

3

PARTIKEL / POWDER TEKNOLOGI

PENGENALAN

Partikel teknologi yang seringkali disebut juga sebagai powder teknologi adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang partikel atau powder. Pengertian partikel disini bukanlah atom melainkan partikel yang merupakan anggota atau penduduk dari powder yang mempunyai kemampuan untuk mengalir dan atau terfluidisasi.

Berkaitan dengan kemampuan mengalir ini, pada tahun 1973, Geldart meneliti sifat aliran yang terjadi manakala powder yang berpenduduk partikel partikel dengan ukuran mulai beberapa micrometer sampai dengan beberapa millimeter di fluidisasi. Penelitian ini membuktikan bahwa berdasarkan alirannya, partikel dapat digolongkan menjadi 4 macam yaitu partikel yang termasuk ke dalam grup A, B, C, dan D Geldart. Klasifikasi partikel menurut Geldart ini jika digambarkan dalam suatu grafik dengan absis diameter partikel dan ordinat selisih densitas partikel dan densitas udara adalah sebagaimana dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1: Klasifikasi Powder menurut Geldart

Klasifikasi partikel menurut Geldart, 1973 dimulai dari partikel dengan ukuran yang paling kecil hingga terbesar. Partikel partikel yang mempunyai sifat kohesif, yaitu mudah menyatu atau mudah melekat merupakan partikel yang termasuk ke dalam kumpulan / grup C (Cohessive group). Sedangkan kumpulan A Geldart (Aerotable group) beranggotakan partikel partikel yang mudah terudara. Bagi partikel partikel yang mempunyai sifat mudah mengalir dan mudah membentuk buih (mudah mendidih) seperti pasir termasuk ke dalam kumpulan B (sand - like group) sedangkan partikel kumpulan D adalah suatu kumpulan di mana partikel partikelnya mempunyai sifat spoutable ( mudah menyembur).Partikel yang termasuk ke dalam kumpulan C adalah partikel partikel halus yang mudah melekat atau mudah menyatu . Daya kohesinya lebih besar daripada daya gravitasi sehingga menyebabkan fluidisasi biasa sangat sukar terjadi pada partikel partikel jenis ini. Keadaan ini sebagai akibat dari partikel yang sangat kecil dan halus. Pada umumnya ukuran partikel adalah lebih kecil dari 25m, mempunyai daya elektrostatik yang kuat, basah, permukaan partikel mudah melekat, butiran nya lembut, atau bentuk partikel tidak tetap. Partikel akan terangkat ke atas menyerupai satu plug (penyumbat) dalam tube berdiamater kecil, membuat saluran (channel) yang menurunkan kualitas mengalirnya. Daya tarik menarik antar partikel sangat besar, umumnya melebihi daya alir dari udara atau air yang dikenakan terhadap partikel tersebut. Contoh tipikal untuk partikel yang termasuk ke dalam kumpulan C adalah tepung terigu dan tepung tapioca (kanji).Sedangkan kumpulan A adalah suatu kumpulan yang terdiri dari partikel yang mudah terudara dengan ukuran rata rata kecil atau densitas partikel yang rendah (lebih kecil dari 1400 kg.m-3). Partikel partikel yang termasuk dalam kumpulan A sangat peka terhadap daya dari luar, terutama pada kisaran antara kecepatan fluidisasi minimum, Umf. dan kecepatan fluidisasi gelembung Umb . Meskipun daya kohesi yang dimiliki lebih kecil dibandingkan daya gravitasi, tetapi masih nampak dengan jelas. Partikel kumpulan A akan terfluidisasi dengan baik pada kecepatan alir gas yang relatif rendah. Lapisan partikel kumpulan A akan mengembang sebelum gelembung gas mulai pecah. Jika aliran gas tiba tiba dihentikan maka lapisan partikel akan runtuh secara perlahan lahan. Seluruh gelembung gas akan naik lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan alir gas. Contoh tipikal partikel yang termasuk ke dalam kumpulan A adalah FCC (Fresh Cracking Catalyst). Partikel partikel yang termasuk ke dalam kumpulan B adalah partikel yang memberi kesan seperti air yang mendidih dan bersifat seperti pasir. Pada umumnya ukuran partikel berada dalam kisaran 40 m hingga 500 m dan densitas berada di antara 1400 kg.m-3 dan 4000 kg.m-3 . Pada keadaan di mana daya kohesi diabaikan, partikel jenis ini akan terfluidisasi dengan baik dan gelembung yang terbentuk berperilaku hampir seperti gelembung udara di dalam air atau gelembung uap di dalam zat cair yang mendidih, dan karena itu fluida jenis ini kadang kadang dinamai dengan istilah hamparan / lapisan didih (boiling bed). Berbeda dengan kumpulan A, gelembung gas mulai terbentuk beberapa saat setelah kecepatan fluidisasi minimum dicapai. Partikel partikel yang termasuk ke dalam kumpulan D merupakan partikel padat, besar dan akan menyembur ke atas lapisan jika di fluidisasi. Partikel kumpulan D akan mengembang secara perlahan lahan sebanding dengan kecepatan gas yang dialirkan dan akan membentuk semburan lapisan yang stabil. Lapisan tebal yang berisi partikel jenis ini sukar untuk di fluidisasi. Partikel partikel akan bergerak dengan arah yang tidak tertentu, dan akan membentuk gelembung gas besar yang akan meletus dan kemudian membentuk banyak saluran (channeling) yang sehingga bentuk semburan partikel tidak normal. Biji bijian kering seperti kopi dan juga batu kapur hasil pembakaran merupakan contoh tipikal dari kumpulan D ini. Pada Tahun 1984, dan 1987, Geldart telah meneliti kelakuan yang ditimbulkan manakala partikel berukuran beberapa mikro meter di fluidisasi untuk menunjukkan perbedaan antara partikel kumpulan C dan partikel kumpulan A. Grace (1986) juga meneliti tentang perbatasan antara partikel kumpulan C dan partikel kumpulan A. Seville dan Cliff (1984) menambahkan sedikit minyak ringan pada partikel kumpulan B, yang ternyata berakibat terjadinya perubahan kelakuan menjadi kelakuan kumpulan A dan akhirnya menjadi kelakuan partikel kumpulan C.

Poletto et al. (1993) telah mengkaji pengaruh suhu dan tekanan terhadap perubahan yang terjadi pada partikel dari satu kumpulan ke satu kumpulan. Hal ini disebabkan serbuk halus mempunyai ciri-ciri tertentu menyebabkannya sangat berguna dalam penggunaan industri. Olehkarena itu, pengetahuan mengenai kelakuan aliran partikel menjadi sangat penting. Pada lapisan padatan gas, kerap dijumpai partikel dengan diameter rata-rata mulai dari beberapa mikron sampai 6 mili meter.Pada tahun 1986, Grace menyatakan kebanyakan lapisan yang dapat mengalir mengandung campuran partikel yang tidak seragam ukurannya. Dia menambahkan bahwa lapisan yang dapat mengalir yang mengandung campuran partikel yang tidak seragam biasanya digunakan untuk beberapa tujuan. Pada beberapa penggunaan, partikel-partikel ini apakah yang berupa reaktan ataupun katalis biasanya terdiri daripada padatan yang berbeda dari segi ukuran dan atau densitasnya (Rowe & Nienow, 1975). Pada kasus lain pula, sistem lapisan yang dapat mengalir ini terbentuk dengan penambahan partikel jenis lain ke dalam partikel di dalam lapisan (Aznar et al. 1992).

Proses pemisahan di dalam teknik kimia dapat dilakukan dalam pelbagai cara antara lain adalah menggunakan elutriator baik secara batch maupun kontinu yang dilakukan untuk memisahkan partikel berdasarkan ukurannya. Dari proses tersebut akan diperoleh hasil atas dan hasil bawah. Secara umum yang dimaksud dengan partikel halus (fine particles) adalah partikel partikel dengan terminal velocity, Vt lebih kecil daripada kecepatan alir gas, U sedangkan partikel kasar (coarse particles) adalah partikel partikel dengan terminal velocity, Vt yang lebih besar daripada kecepatan alir gas, U. Pada umumnya, yang terdapat di dalam hasil atas adalah partikel - partikel halus sedangkan yang terdapat di dalam hasil bawah partikel partikel kasar. Pemisahan partikel ini sering pula disebut sebagai proses klasifikasi partikel di mana proses ini dianggap merupakan rangkaian dari proses pemisahan, penyusunan dan penempatan kembali partikel partikel tersebut ke dalam sekurang kurangnya dua kelas yang masing masing mempunyai ciri dan sifat sifat yang seragam. Dalam powder teknologi hal ini dimaksudkan agar supaya semua partikel yang memberi ciri dan sifat yang sama dikumpulkan kedalam kelas yang sama. Atas dasar alasan tersebut maka partikel partikel yang mempunyai ciri dan sifat tertentu dapat diklasifikasikan. Misalnya, ringan dan berat; kecil dan besar; bentuk sfera dan bujur sangkar dan sebagainya. Akan tetapi yang umum dilakukan adalah klasifikasi berdasarkan partikel halus (fine particles) dan partikel besar (coarse particles).

Pada peringkat awal, Taggart (1974), Boettcher (1972), Sweenet (1978), Chrismon (1977) dan Mildwest Research Institute (1979) menggunakan kriteria pemisahan yang berlainan untuk menilai keberhasilan pemisahan suatu proses elutriasi (elutriation process). Namun kriteria yang mereka gunakan ternyata belum memadai jika dimaksudkan untuk menggambarkan efisiensi pemisahan secara kaseluruhan di dalam proses fluidisasi. Hal ini disebabkan karena kriteria yang mereka gunakan hanya mendasarkan kepada keberhasilan pemisahan hasil tunggal apakah itu hasil atas elutriasi ataupun hasil bawah elutriasi. Ketidaksetujuan pendapat dari para peneliti tentang tata cara penilaian efisiensi pemisahan timbul sebagai akibat dari pandangan dan pendifinisian mereka yang berlainan mengenai elutriator. Akibatnya sebagian peneliti mendifinisikan efisiensi pemisahan sebagai persentase jumlah yang dapat diperoleh kembali, sedangkan yang lain menggunakan kemurnian hasil atau persentase partikel halus yang dapat diperoleh kembali.