LAPORAN PRAKTIKUM UOP MODUL FILTRASI
Agil Ramadhan Primasto
1, Deviani Nabila
2, Hanifia Wulandari
3, Husein Shahab
4 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, IndonesiaE-mail: agil.ramadhan.p94@gmail.com
Abstrak
Filtrasi adalah suatu proses operasi dimana campuran heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan yang dipisahkan oleh media filter yang meneruskan fluida dan menahan partikel-partikel padatan. Adapun alat filtrasi yang digunakan pada percobaan ini adalah plate and frame filter press, bekerja berdasarkan driving force atau gaya seret berupa perbedaan tekanan. Pada percobaan ini dilakukan proses filtrasi slurry menggunakan plate and frame filter press
dengan filter cloth kain yang membungkus frame. Perolehan filtrat akan diukur setiap selang waktu tertentu sehingga didapatkan hubungan antara keduanya. Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan karakteristik penyaringan berupa hubungan waktu dengan perolehan filtrat, menentukan pengaruh konsentrasi slurry dan beda tekan proses filtrasi terhadap tahanan pada mediumfilter maupun cake pada saat operasi penyaringan. Variasi pada percobaan ini adalah beda tekanan pada bagian suction dan discharge sebesar 0,2 bar dan 0,4 bar. Setiap tekanan memerlukan 20 buah dimana setiap data diambil dalam 2 menit. Hasil percobaan menunjukkan bahwa nilai konstanta Ruth dan Lewis yaitu h, j, m, dan C untuk masing-masing variasi tekanan yang dilakukan adalah: 11111,12; 9061,67; 1,0154; 1,5258 untuk tekanan 0,2 Bar dan 1666,67; 1028,75; 1,1287; 0,6950 untuk tekanan 0,4 Bar.
Kata Kunci: filtrasi, plate and frame filter press, tekanan konstan
1.
Pendahuluan
Filtrasi adalah salah aatu proses pemisahan zat padat dari fasa zat pelarutnya (yang merupakan suatu slurry) dengan menggunakan media porous (media berpori) seperti membran, yang di mana dengan menggunakan media berpori maka zat padatnya akan tertinggal sedangkan fasa zat pelarutnya akan terpisahkan dan diteruskan. Zat padat yang tertahan tersebutlah yang disebut dengan cake yang nantinya akan berfungsi lain dalam proses filtrasi.
Tujuan dari percobaan ini adalah menggunakan filter press kecil agar metoda uji coba dapat dikuasai; dan untuk observasi mekanisme pemisahan solid liquid. Selain itu menguji persamaan (filtrasi dari) Ruth dan Lewis, dan menentukan konstanta-konstanta yang ada dalam persamaan tersebut. Percobaan ini juga dapat mengukur/ menetukan jumlah filtrat per unit waktu, pada filtrasi larutan slurry pada tekanan konstan.
Contoh-contoh operasi filtrasi yang ada dalam pabrik adalah :
o Pabrik gula sebagai alat operasi untuk memisahkan larutan gula dengan padatan-padatan pengotor
o Pabrik garam sebagai alat pemisah senyawa garam dari suspensinya
o Industri pemurnian air
Agar proses filtrasi dapat berjalan lebih cepat, dapat dilakukan modifikasi feed dengan cara pemanasan, rekstralisasi, atau dapat dengan penambahan filter aid
yaitu suatu bahan senyawa yang dapat menurunkan kompresibilitas cake, mengurangai penetrasi kecil lain yang tidak diinginkan yang dapat menutupi pori-pori membsehingga mengurangi laju filtrasi.
Proses filtrasi dapat dioperasikan secara batch atau kontinu. Filter batch paling banyak dikenal adalah
Plate and Frame Filter Press, sedangkan filter kontinu yang banyak dikenal adalah Oliver Drum Type Filter.
Pada proses batch, alat harus di bongkar untuk pengambilan cake selanjutnya dipasang kembali. Sedangkan pada proses kontinu, cake diambil secara terus-menerus dengan pisau. Sehingga operasi batch
lebih lama dan relative lebih mahal dan terbatas untuk skala kecil.
Filtrasi pada percobaan ini cukup sederhana, namun dari percobaan ini kita dituntut untuk menerapkan teori-teori tentang filtrasi dan penggunaannya. Pada praktikum ini digunakan press filter berupa Plate and
Frame Filter Press.filter ini terdiri atas plate dan frame
yang selang-seling. Plate terpisah dari frame dengan suatu filter cloth. Pressing dilakukan untuk mendapatkan posisi plate dan frame yang sesuai dan dikerjakan dengan putaran manual dan putaran hidrolik. Slurry dimasukkan melalui lubang-lubang
frame dan filtrat mengalir melalui cloth ditiap sisi sehingga kedua produk, slurry dan cake, terbentuk secara simultan di tiap ruangan penyaringan.
2.
Metode
Persiapan Alat. Mengambil komponen-komponen filtrasi yang terdiri dari rubber packing, filter cloth,
frame, dan plate. Komponen-komponen tersebut harus dibersihkan terlebih dulu untuk memastikan tidak adanya sisa-sisa filter cake terutama pada filter cloth. Komponen-komponen tersebut kemudian dipasangkan ke alat utama dengan cara memutar handle pada bagian
plate dan frame alat utama lalu kemudian menyusun komponen pada bagian tersebut dengan urutan: plate
pada alat-rubber packing-filter cloth-frame-...-plate. Setelahnya, komponen-komponen tersebut dikencangkan dengan kembali memutar handle
sekencang mungkin.
Persiapan Bahan. Bahan yang akan digunakan pada praktikum ini adalah berupa slurry yang terbuat dari campuran tepung terigu dengan air. Slurry dibuat dengan cara memasukkan 250 hingga 500 gram tepung terigu ke dalam tangki pada alat utama yang telah dipastikan bahwa drain valve-nya telah tertutup, lalu tambahkan air hingga level tertentu yang telah ditentukan oleh asisten. Lalu untuk membuat tepung dan air tercampur, pengaduk otomatis tangki dinyalakan dengan cara menghubungkan alat utama ke sumber arus listrik dan menghidupkan kotak dayanya. Pengaduk otomatis tersebut akan terus menyala selama berjalannya praktikum.
Percobaan. Setelah alat dan bahan telah dipersiapkan, percobaan lalu dapat mulai dilakukan. Hal yang dilakukan pertama adalah membuka return valve dan menutup feed valve, kemudian menyalakan pompa. Selanjutnya, mengatur feed valve dan return valve
secara terus menerus selama praktikum untuk mempertahankan agar pembacaan tekanan pada
pressure gauge tetap konstan pada tekanan yang kita inginkan. Setelah tekanan terbaca pada pressure gauge
konstan, selanjutnya kita membuka filtrate delivery valve untuk mendapatkan filtrat dari hasil penyaringan/filtrasi slurry. Filtrat tersebut kemudian dikumpulkan dalam suatu wadah, berupa gelas ukur, dan melihat banyak filtrat yang berhasil dikumpulkan tiap selang waktu tertentu. Dilakukan pengumpulan filtrat sebanyak 20 kali dengan selang waktu masing-masing pengumpulan sebesar 2 menit, yang mana pada tiap pengumpulan tersebut tekanan terbaca harus
dipastikan tetap konstan. Ulangi prosedur percobaan untuk variasi tekanan yang berbeda. Jumlah filtrat yang berhasil dikumpulkan pada setiap selang waktu kemudian di tulis untuk kemudian menjadi data yang akan di olah selanjutnya.
Pengolahan Data. Dari data hasil percobaan yang telah di tulis, kemudian data tersebut di olah untuk kemudian mendapatkan nilai-nilai konstanta dari persamaan Ruth dan persamaan Lewis. Adapun untuk menghitung nilai konstanta-konstanta tersebut, maka persamaan Ruth dan persamaan Lewis harus terlebih dulu di ubah ke bentuk linearnya dan kemudian memplot persamaan linear tersebut ke bentuk grafik y vs x di Microsoft Excel. Persamaan Ruth: ( ) ( ) Bentuk linearnya: ( ) Persamaan Lewis: [ ] ( ) ( ) Bentuk linearnya: ( )
3.
Hasil dan Pembahasan
Dari hasil percobaan, didapatkan total 20 data filtrat yang berhasil dikumpulkan untuk masing-masing variasi tekanan, dalam percobaan ini variasi tekanan yang digunakan adalah 0,2 bar dan 0,4 bar. Tabel yang memuat data-data hasil percobaan tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini.
Tabel 1. Data hasil percobaan
t (detik) Vf (mL) P = 0,2 Bar P = 0,4 Bar 120 73 92 240 146 184 360 219 260 480 290 332 600 360 402 720 430 470
840 500 536
960 570 600
1080 639 664
1200 707 726
Berdasarkan data percobaan yang didapatkan, dapat dilihat bahwa semakin bertambahnya waktu, maka volume filtrat akan semakin menurun. Hal ini disebabkan oleh semakin bertambahnya filter cake
yang terbentuk seiring dengan pertambahan waktu, dimana ada suatu besaran volume ekivalen yang mengakibatkan cake tersebut mempunyai penahanan yang sama dengan filter cloth sehingga terbentuk media filter sesungguhnya (sekunder). Penahanan oleh
cake inilah yang menyebabkan volume filtrat per unit waktu yang terukur semakin kecil. Semakin lama waktunya, maka besar penahanan oleh cake yang semakin tebal tersebut akan semakin kuat sehingga semakin sedikit jumlah filtrat yang dihasilkan. Pada beberapa kali pengambilan data, didapatkan bahwa filtrat yang berhasil dikumpulkan beberapa kali memiliki jumlah yang sama, yang mana hal tersebut kemungkinan terjadi akibat kurang tepatnya penghitungan waktu. Hal tersebut di atas terjadi baik pada variasi tekanan 0,2 bar maupun 0,4 bar.
Plot grafik dari persamaan Ruth linear. Dari data percobaan yang telah didapatkan, kemudian kita melakukan plot grafik Vf vs t/Vf untuk kemudian mendapatkan persamaan trendline-nya yang bersesuaian secara langsung dengan persamaan linear dari persamaan Ruth pada persamaan (2). Pada Grafik 1 dan Grafik 2, didapatkan plot grafik yang cenderung menuju arah positif. Dan dari kedua grafik tersebut kita memperoleh persamaan trendline grafik untuk masing-masing variasi tekanan, yaitu:
Dari kedua persamaan trendline tersebut, maka didapatkan konstanta h dan j dari persamaan Ruth untuk masing-masing variasi tekanan sebagai berikut:
Tabel 2. Nilai konstanta persamaan Ruth
P 1/h h j
0,2 Bar 0,00009 11111,12 9061,67
0,4 Bar 0,0006 1666,67 1028,75
Grafik 1. Hubungan Vf dengan t/Vf pada saat tekanan 0.2 bar
Grafik 2. Hubungan Vf dengan t/Vf pada saat tekanan 0.4 bar
Dengan melihat data-data di atas dapat disimpulkan bahwa persamaan Ruth menunjukkan untuk peningkatan ∆P, maka tahanan filtrasi (h) akan semakin kecil. Hal ini berkebalikan dengan yang seharusnya, dimana semakin besar ∆P akan memperbesar tahanan filtrasi. Hal ini kemungkinan dikarenakan adanya kesalahan pengamatan dalam praktikum telah dilakukan. Seharusnya, tahanan filtrasi semakin besar karena semakin besar ∆P maka semakin cepat laju alir volume filtrasi sehingga laju pembentukan cake juga dengan cepat mudah terbentuk. Selain itu, ∆P yang semakin besar akan semakin memperkecil ruang pori (porous) dalam cake sehingga volume filtrat yang dihasilkan pada kisaran waktu yang sama dari ∆P besar seharusnya lebih sedikit dibanding ∆P kecil.
Nilai konstanta h dan j yang didapatkan, yaitu semakin kecil dengan meningkatnya tekanan, tidak sesuai dengan yang seharusnya dimana konstanta tersebut nilainya berbanding lurus dengan besarnya tekanan. Kesalahan tersebut kemungkinan disebabkan oleh
y = 9E-05x + 1.6311 1.60000 1.65000 1.70000 68 268 468 668
t/Vf vs Vf (P = 0,2 bar)
y = 0.0006x + 1.2345 1.20000 1.40000 1.60000 90 290 490 690t/Vf vs Vf (P = 0,4 bar)
ketidaktelitian praktikan dalam pengambilan data saat percobaan.
Plot grafik dari persamaan Lewis linear. Sama seperti sebelumnya, namun berbeda dalam hal persamaan linear yang digunakan, melakukan plot grafik log t vs log Vf untuk kemudian mendapatkan persamaan trendline-nya yang bersesuaian dengan persamaan linear dari persamaan Lewis pada persamaan (5). Hasilnya ditunjukkan pada Grafik 3
dan Grafik 4.
Grafik 3. Hubungan log Vf dengan log t pada saat tekanan 0.2 bar
Grafik 4. Hubungan log Vf dengan log t pada saat tekanan 0.4 bar
Dari kedua grafik tersebut, didapatkan persamaan
trendline untuk masing-masing variasi tekanan sebagai berikut:
Dari kedua persamaan trendline tersebut, maka didapatkan konstanta C dan m dari persamaan Lewis untuk masing-masing variasi tekanan sebagai berikut:
Tabel 3. Nilai konstanta persamaan Lewis
P C m
0,2 Bar 1,5258 1,0154
0,4 Bar 0,6950 1,1287
Dengan melihat perhitungan di atas dapat disimpulkan persamaan Lewis merupakan suatu persamaan yang mengkorelasikan Vf/A sebagai laju volume filtrat per luas penampang frame sebagai hubungan eksponensial terhadap beda tekanan dan waktu. Pada persamaan Lewis, ∆P adalah variabel yang diubah dan dijaga konstan selama pengambilan data dan variabel t sendiri adalah variabel independen di mana akan mempengaruhi variabel lainnya. Di sini praktikan tidak mengambil dan menyetujui suatu kesimpulan bahwa luas penampang frame merupakan suatu yang konstan melainkan mengalami perubahan karena sebagaimana yang didukung persamaan Ruth sebelumnya bahwa luas penampang filter cloth akan berubah karena perubahan karakteristik cake yang memiliki pori semakin mengecil akibat akumulasi cake dan tekanan yang semakin besar pada cake itu sendiri. Namun karena sesuai asumsi awal bahwa cake yang terbentuk adalah non-compresible cake maka perubahan karakteristik sifat cake tidak berpengaruh sehingga A (luas penampang) akan dianggap tetap. Nilai m dan n sendiri adalah nilai eksponensial yang berubah agar terjadi keseimbangan ruas kanan dan ruas kiri dari persamaan di atas.
Dari hasil penghitungan yang terdapat pada Tabel 3, didapatkan bahwa nilai C semakin kecil ketika tekanan semakin besar. Hal tersebut berkebalikan dari yang seharusnya dimana nilai C, rasio massa cake terdeposit pada filter dengan volum filtrat, akan semakin besar seiring dengan peningkatan tekanan. Hal tersebut dikarenakan semakin besar tekanan maka laju alir
slurry menuju unit filtrasi akan makin tinggi yang mana akan membuat laju pembentukan cake lebih tinggi dan laju filtrat akan semakin rendah sehingga rasionya seharusnya semakin besar. Kesalahan ini kemungkinan diakbatkan oleh kurang telitinya praktikan dalam mengambil data pada saat percobaan.
4.
Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain:
y = 1.0154x + 0.1835 2.00000 2.50000 3.00000 3.50000 1.80000 2.30000 2.80000 3.30000
log t vs log Vf (P = 0,2 bar)
y = 1.1287x - 0.158 2.00000 2.50000 3.00000 3.50000 1.80000 2.30000 2.80000 3.30000
log t vs log Vf (P = 0,4 bar)
Filtraasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari suatu campuran berbentuk cairan dengan menggunakan suatu media berpori atau porous. Filter cake yang terus terbentuk pada filter seiring
berjalannya waktu memiliki peran sebagai filter
sekunder.
Dalam suatu sistem filtrasi, semakin lama proses filtrasi berlangsung maka filtrat yang akan dihasilkan per satuan waktu tertentu akan semakin sedikit karena adanya akumulasi filter cake pada sistem filtrasi yang mana menghambat laju alir filtrat.
Besar nilai tahanan filtrasi (h) berbanding lurus dengan besar ∆P, yang mana dijelaskan dari semakin besarnya ∆P maka laju alir slurry menuju
filter akan semakin besar sehingga laju pembentukan filter cake yang memberikan hambatan dalam mengalirnya filtrat juga akan semakin meningkat.
Persamaan Lewis merupakan suatu persamaan yang mengkorelasikan Vf/A sebagai laju volume filtrat per luas penampang frame sebagai hubungan eksponensial terhadap beda tekanan dan waktu.
Dari percobaan, didapatkan bahwa konstanta h, j, m, dan C untuk masing-masing variasi tekanan yang dilakukan adalah: 11111,12; 9061,67; 1,0154; 1,5258 untuk tekanan 0,2 Bar dan 1666,67; 1028,75; 1,1287; 0,6950 untuk tekanan 0,4 Bar.
5.
Referensi
Tim penyusun. 1989. Petunjuk Praktikum Proses dan Operasi Teknik I . Depok: Laboratorium Proses dan Operasi Teknik TGP FTUI
Lenntech BV. 2009. Filtration. http://www.lenntech.com/chemistry/filtration.htm (di akses pada 12 Oktober 2014)
NPTEL. 2012. Principles of Filtration, Constant Pressure and Volume Filtration. http://nptel.ac.in/courses/103104043/Lecture_pdf/Lect ure36.pdf (di akses pada 12 Oktober 2014)
