1 1
STUDI PENGARUH KONSENTRASI CaCO
STUDI PENGARUH KONSENTRASI CaCO
33TERHADAP KECEPATAN
TERHADAP KECEPATAN
SEDIMENTASI PADA PERCOBAAN SEDIMENTASI SECARA
SEDIMENTASI PADA PERCOBAAN SEDIMENTASI SECARA
BATCHBATCHTivany Silvia, Annisa Putri Taranita, Agung Satrio P., dan Sinta
Tivany Silvia, Annisa Putri Taranita, Agung Satrio P., dan Sinta NucleaNuclea Program Studi D3 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri
Program Studi D3 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh
Institut Teknologi Sepuluh NopemberNopember Surabaya Surabaya 2013 2013 Abstrak Abstrak
Salah satu metoda pemisahan yang dilakukan dalam praktikum operasi teknik kimia Salah satu metoda pemisahan yang dilakukan dalam praktikum operasi teknik kimia adalah sedimentasi. Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi adalah sedimentasi. Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi fluida
fluida jernih jernih (supernatant) (supernatant) dan dan slurry slurry yang yang mengandung mengandung padatan padatan lebih lebih tinggi.tinggi. Tujuan dariTujuan dari percobaan sedimentasi ini
percobaan sedimentasi ini adalah mempelajari proses pemisahan suspensi CaCOadalah mempelajari proses pemisahan suspensi CaCO33 225 gram, 225 gram,
265 gram, dan
265 gram, dan 305 gram slurry men305 gram slurry menjadi supernatant dan slurry dajadi supernatant dan slurry dalam bentuk lam bentuk pemisahanpemisahan batch pada skala laboratorium. Selain itu, juga menetapkan kecepatan pengendapan batch pada skala laboratorium. Selain itu, juga menetapkan kecepatan pengendapan (sedimentasi rate) suspensi CaCO
(sedimentasi rate) suspensi CaCO33 225 gram, 265 gram, dan 305 gram. Adapun prosedur 225 gram, 265 gram, dan 305 gram. Adapun prosedur
percobaan dari
percobaan dari sedimentasi sedimentasi ini ini pada tahap pada tahap persiapan adalah persiapan adalah menyiapkan selmenyiapkan seluruh peralatanuruh peralatan percobaan
percobaan sedimentasi sedimentasi yang yang terdiri terdiri dari dari gelas gelas ukur ukur 1000 1000 ml, ml, stopwatch, stopwatch, erlenmeyer erlenmeyer untukuntuk membuat larutan suspensi, spatula dan piknometer, lalu me
membuat larutan suspensi, spatula dan piknometer, lalu me mbuat larutan suspensi yang akanmbuat larutan suspensi yang akan digunakan untuk percobaan dengan cara menimbang CaCO
digunakan untuk percobaan dengan cara menimbang CaCO33 225 gram, kemudian 225 gram, kemudian
mengaduknya hingga terbentuk larutan suspensi yang uniform. Pada tahap percobaan yaitu mengaduknya hingga terbentuk larutan suspensi yang uniform. Pada tahap percobaan yaitu menuangkan larutan suspensi, lalu mengaduk larutan suspensi agar dalam keadaan uniform menuangkan larutan suspensi, lalu mengaduk larutan suspensi agar dalam keadaan uniform pada
pada kondisi kondisi awal, awal, kemudian kemudian mencatat mencatat perubahan perubahan tinggi tinggi interface interface untuk untuk setiap setiap penurunanpenurunan waktu 25 detik yang ditentukan hingga terjadi penurunan tinggi interface lagi, selanjutnya waktu 25 detik yang ditentukan hingga terjadi penurunan tinggi interface lagi, selanjutnya melanjutkan pencatatan tinggi interface hingga konstan, lalu menghitung densitas saat melanjutkan pencatatan tinggi interface hingga konstan, lalu menghitung densitas saat suspensi
suspensi dalam dalam keadaan keadaan homogen homogen dan dan mengulangi mengulangi percobaan percobaan yang yang sama sama dengan dengan variabelvariabel CaCO
CaCO33265 gram dan 305 gram. Kesimpulan dari percobaan sedimentasi adalah Kecepatan265 gram dan 305 gram. Kesimpulan dari percobaan sedimentasi adalah Kecepatan
pengendapan
pengendapan (sedimentation (sedimentation rate) rate) dari dari suspensi suspensi CaCOCaCO33 225 gram adalah 0,0195 225 gram adalah 0,0195 cm/s.cm/s.
Kecepatan pengendapan
Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) (sedimentation rate) dari dari suspensi suspensi CaCOCaCO33 265 gram adalah 0,0165 265 gram adalah 0,0165
cm/s. Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO
cm/s. Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO33 305 gram adalah 305 gram adalah
0,0133
0,0133 cm/s. Semakin lama waktu pengendapan, maka kecepatan pengendapan slurrycm/s. Semakin lama waktu pengendapan, maka kecepatan pengendapan slurry semakin
semakin menurun. menurun. Semakin Semakin besar besar konsentrasi konsentrasi CaCOCaCO33 , , maka maka kecepatan kecepatan pengendapannpengendapannyaya
semakin turun. Hal
semakin turun. Hal ini karena ini karena adanya drag force adanya drag force yang berbanding lurus yang berbanding lurus dengan konsentrasi.dengan konsentrasi. Drag force
Drag force atau gaya atau gaya seret seret ini bekerja ini bekerja pada arah pada arah yang berlawanan dengan yang berlawanan dengan gerakan partikelgerakan partikel dalam
dalam fluida. Mafluida. Maka jika ka jika konsentrasi semakin konsentrasi semakin besar maka besar maka kecepatan kecepatan pengendapannyapengendapannya menurun.
menurun. Kata kunci :
Kata kunci : Sedimentasi, Perubahan TinggiSedimentasi, Perubahan Tinggi Interface Interface, Kecepatan Pengendapan, Konsentrasi, Kecepatan Pengendapan, Konsentrasi CaCO
CaCO33
I.
I. PendahuluanPendahuluan
Sedimentasi merupakan proses Sedimentasi merupakan proses pemisahan
pemisahan larutan larutan suspensi suspensi menjadi menjadi fluidafluida jernih
jernih (( supernatant supernatant ) dan) dan slurry slurry yangyang mengandung padatan lebih tinggi. Larutan mengandung padatan lebih tinggi. Larutan
suspensi terdiri dari campuran fase cair dan suspensi terdiri dari campuran fase cair dan fase padat yang bersifat
fase padat yang bersifat settleable settleable (dapat (dapat diendapkan karena perbedaan densitas diendapkan karena perbedaan densitas antara fasenya). Proses sedimentasi dapat antara fasenya). Proses sedimentasi dapat dilakukan secara
Z O
N A
Proses batch sering digunakan untuk skala laboratorium sedangkan continue dipergunakan dalam proses komersil dengan mempertimbangkan kecepatan pengendapan terminal dari partikel- partikelnya. Percobaan skala laboratorium dilakukan pada suhu uniform untuk menghindari gerakan fluida atau konveksi karena perbedaan densitas yang dihasilkan dari perbedaan suhu (Mc. Cabe, 1985).
Ketika slurrry dicairkan diendapkan oleh gravitasi menjadi fluida yang lebih jernih dan slurry dengan konsentrasi yang lebih tinggi, proses ini disebut sedimentasi atau terkadang disebut juga thickening . Uji secara batch dilakukan untuk menggambarkan mekanisme pengendapan dan metode penentuan kecepatan pengendapan.Pada awal sedimentasi batch, konsentrasi padatan sepanjang silinder uniform. Segera setelah proses mulai, seluruh partikel suspensi solid jatuh bebas melalui fluida pada kecepatan maksimumnya dibawah, kondisi hindered settling yang ada. Partikel-partikel padat jatuh bebas pada kecepatan yang sama dan membentuk garis pembatas tajam antara cairan jernih supernatant dan zona suspensi serta slurry. Didalam slurry yang mengandung partikel-partikel ukuran berbeda, partikel-partikel yang lebih besar akan mengendap lebih cepat dan mulai menumpuk, dimana zona D dan zona transisi C yang mengandung padatan yang bervariasi antara konsentrasi zona B dan zona D mulai nampak. Setelah pengendapan lebih jauh atau pada kondisi kecepatan pengendapan kompresinya, zona B dan zona C tidak nampak tetapi hanya terdapat slurry pekat pada zona D (Geankoplis, C.J., 2003).
Kecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan mengamati tinggi interface (antarfase) sebagai fungsi waktu yang diberikan dan menggambarkan tangen pada kurva yang diperoleh dari :
Pada point ini, tinggi Z1 dan Z2 adalah
intercept tangen pada kurva tersebut. Kecepatan pengendapan ( sedimentation rate) :
Keterangan:
V1 : Kecepatan pengendapan (cm/menit)
Zi : Tinggi interface 1(cm)
Z1 : Tinggi interface 2 (cm)
t1 : Waktu pengendapan (menit)
(Anonim, 2013).
Pada proses sedimentasi terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi proses sedimentasi diantaranya adalah kosentrasi. Semakin besarnya konsentrasi, gaya gesek yang dialami partikel karena partikel lain semakin besar sehingga drag force-nya pun semakin besar. Hal ini disebabkan karena dengan semakin besarnya konsentrasi berarti semakin banyak jumlah partikel dalam suatu suspensi yang menyebabkan bertambah gaya gesek antara suatu partikel dengan partikel yang lain. Drag force atau gaya seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel dalam fluida. Dalam hal ini gaya drag ke atas dan gerakan partikel ke bawah. Gaya seret ini disebabkan oleh adanya transfer momentum yang arahnya tegak lurus permukaan partikel dalam bentuk gesekan. Maka dengan adanya drag force yang arahnya berlawanan dengan arah partikel ini akan menyebabkan ya total untuk mengendapkan partikel gerakan partikel menjadi lambat karena semakin kecilnya
3 gaya total ke bawah sehingga kecepatan pengendapan semakin turun (Droste, 1997).
Dalam industri kimia, aplikasi sedimentasi banyak digunakan dalam beberapa kondisi seperti :
1. Penghilang endapan, hasil buangan padatan tersuspensi dalam tangki pengendapan.
2. Penghilangan tanah dan heavy silt dari air tangki penampungan endapan.
3. Penghilangan substansi yang tidak dapat mengendap dari air hasil buangan industri dengan cara koagulasi dan presipitasi terlebih dahulu.
Untuk lebih memahami proses sedimentasi, diadakan percobaan sedimentasi dengan tujuan mempelajari proses pemisahan suspensi CaCO3 slurry
menjadi supernatant dan slurry dalam bentuk pemisahan batch pada skala laboratorium. Selain itu, juga menetapkan kecepatan pengendapan ( sedimentasi rate) suspensi CaCO3.
II. Metodologi Percobaan
Pada percobaan ini menggunakan bahan CaCO3 sebanyak 225 gram, 265 gram, dan
305 gram serta air sebanyak 1000 ml untuk membuat larutan suspensi CaCO3.
Sedangkan peralatan yang dibutuhkan adalah : gelas ukur, spatula, timbangan elektrik, stopwatch, viscometer ostwald , piknometer, termometer, dan erlenmeyer.
Prosedur percobaan dilakukan sebagai berikut :
A. Persiapan Alat
Menyiapkan seluruh peralatan percobaan sedimentasi yang terdiri dari gelas ukur, spatula, stopwatch, viskometer ostwald, termometer, erlenmeyer, dan piknometer.
B. Membuat Larutan Suspensi
1. Menimbang CaCO3 sesuai dengan
variabel yang telah diberikan.
2. Menuangkan air ke dalam erlenmeyer .
3. Memasukkan CaCO3 yang telah
ditimbang ke dalam erlenmeyer yang berisi air.
4. Mengaduk hingga uniform. C. Tahap Percobaan
1. Menuangkan larutan suspensi.
2. Mengaduk larutan suspensi agar dalam keadaan uniform pada kondisi awal. 3. Mencatat perubahan tinggi interface
untuk setiap penurunan waktu 25 detik yang ditentukan hingga tidak terjadi penurunan tinggi interface lagi.
4. Melanjutkan pencatatatan tinggi interface hingga konstan.
5. Menghitung densitas saat suspensi dalam keadaan homogen.
6. Mengulangi percobaan yang sama dengan variabel yang berbeda.
III. Hasil Percobaan dan Pembahasan Tabel 1. Hasil Percobaan pada suspensi
CaCO3 t(s) CaCO3 225 gram CaCO3 265 gram CaCO3 305 gram 0 100 100 100 25 82 83 89 50 68 68 79 75 59 55 72 100 50 44 65 125 39 37 60 150 28 31 55 175 20 19 50 200 15 18 43 225 14 17 37 250 13 16 33 275 11.5 15 28 300 11 14 24 325 10.8 13.5 21 350 10.7 13 18 375 10.4 12.5 17 400 10 12 16.5 425 9.7 11.5 16 450 9.7 11 15.5 2255 9.5 10.7 15 500 9.3 10.5 14.5 525 9.2 10.4 14
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 200 400 600 800 k e t i n g g i a n ( c m ) waktu (detik) free setlling hindred setling fase sedimentasi Linear (hindred setling) Linear (fase sedimentasi) 550 9.2 10.3 13.7 575 9.2 10.2 13.1 600 10.2 12.8 625 10.2 12.5 650 12.3 675 12 700 11.8 725 11.6 750 11.4 775 11.1 800 11 825 11
Berdasarkan Tabel 1. di dapat grafik hubungan Antara tinggi interface dengan waktu sebagai berikut:
Grafik 1. Hubungan ketinggian (cm) dengan waktu (detik) pada suspensi CaCO3
225 gram
Grafik 2. Hubungan ketinggian (cm) dengan waktu (detik) pada susensi CaCO3
265 gram
Grafik 3. Hubungan ketinggian (cm) dengan waktu (detik) pada suspensi CaCO3
305 gram
Pada grafik 1, 2 dan 3 menjelaskan bahwa semakin lama waktu pengendapan, maka kecepatan pengendapannya semakin turun yang terlihat dari interfacenya semakin kecil dengan tinggi suspense (zi)
serta tinggi slurry dan supernatant (z1).
Sehingga dengan menggunakan rumus:
Kecepatan pengendapan pada 225 gram CaCO3 :
Kecepatan pengendapan pada 265 gram CaCO3 :
Kecepatan pengendapan pada 225 gram CaCO3 :
Dapat diperoleh kecepatan pengendapan pada 225 gram CaCO3 sebesar 0,0195
cm/s, kecepatan pengendapan pada 265 gram CaCO3 sebesar 0,0165 cm/s, dan
kecepatan pengendapan pada 305 gram CaCO3 sebesar 0,0133 cm/s. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 200 400 600 800 k e t i n g g i a n ( c m ) waktu (detik) free setlling hindred setling fase sedimentasi Linear (hindred setling) Linear (fase sedimentasi) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 100 300 500 700 900 k e t i n g g i a n ( c m ) waktu (detik) free setlling hindred setling fase sedimentasi Linear (hindred setling) Linear (fase sedimentasi)
5 Grafik 1, 2 dan 3 juga menunjukkan bahwa pada proses free settling, laju pengendapannya semakin cepat dibandingkan pada proses hindered settling yang mana laju pengendapannya semakin lambat. Hal ini sesuai dengan literatur bahwa pada proses free settling, jatuhnya partikel dalam suatu fluida ini tidak dipengaruhi oleh dinding dan faktor benturan dengan partikel lain, sehingga laju pengendapan akan semakin cepat. Sedangkan pada proses hindered settling, partikel tidak dapat mengendap secara bebas karena aliran partikel yang satu mempengaruhi aliran partikel yang lainnya dan terjadi saling berdesakan, sehingga kecepatan pengendapan partikel akan semakain kecil (Geankoplis, C.J, 1993).
Sehingga hubungan antara kecepatan pengendapan dan konsentrasi dapat ditemukan. Berikut grafik hubungan antara kecepatan pengandapan dengan konsentrasi.
Grafik 4. Perbandingan antara konsentrasi dan kecepatan pengendapan
Pada Grafik 4. menjelaskan bahwa semakin besar konsentrasi, maka kecepatan pengendapannya semakin menurun. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa dengan semakin besarnya konsentrasi, gaya gesek yang dialami partikel karena partikel lain semakin besar
sehingga drag force-nya pun semakin besar. Hal ini disebabkan karena dengan semakin besarnya konsentrasi berarti semakin banyak jumlah partikel dalam suatu suspensi yang menyebabkan bertambahnya gaya gesek antara suatu partikel dengan partikel yang lain. Drag force atau gaya seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel dalam fluida. Dalam hal ini gaya drag ke arah atas dan gerakan partikel ke bawah. Gaya seret ini disebabkan oleh adanya transfer momentum yang arahnya tegak lurus permukaan partikel dalam bentuk gesekan. Maka, dengan adanya drag force yang arahnya berlawanan dengan arah partikel ini akan menyebabkan gerakan partikel menjadi lambat karena semakin kecilnya gaya total ke bawah sehingga kecepatan pengendapan semakin turun (Geankoplis, C.J, 1993).
IV. Kesimpulan
Dari percobaan yang dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Kecepatan pengendapan dari larutan suspensi CaCO3 225 gram
adalah 0,0195 cm/s.
2. Kecepatan pengendapan dari larutan suspensi CaCO3 265 gram
adalah 0,0165 cm/s.
3. Kecepatan pengendapan dari larutan suspensi CaCO3 305 gram
adalah 0,0133 cm/s.
4. Semakin besar konsentrasi maka kecepatan pengendapan slurry semakin menurun.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2013. Modul Operasi Teknik Kimia I. Surabaya : D3 Teknik Kimia FTI
ITS.
Droste, Ronald L. 1997. Theory and Practice of Water and Watewater Treatment . New York : John Wiley and Sons, Inc.
Geankoplis, C.J. 2003. Transport Processes and Separation Process Principles. New Jesey : Prentice Hall.
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 0 0.01 0.02 0.03 K o n s e n t r a s i ( p p m ) waktu (detik) Kecepatan Sedimentasi
Mc. Cabe. 1985. Unit Operations of Chemical Engineering. New York : Mc Graw-Hi’s.
