Disusun untuk memenuhi tugas Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Mekanika Fluida
mata kuliah Mekanika Fluida yang dibina oleh Ibu Faidliyah Nilna yang dibina oleh Ibu Faidliyah Nilna Minah, ST, Minah, ST, MT.MT.
Oleh: Oleh: A
AYYU U !!AA""##AANNDDAA!!I I UUTT!!II $$%%&&%%''(())**++ D#IYA
D#IYA !ANA !ANA #.S.. #.S.. $%&%'()+$%&%'()+ MU
MU#A#AMMMMAD AD AAFIFIF F !A!AS-S-TITIOO $%$%&%&%'('())++ S
SYYAAMMAATTA A UUTT!!II $$%%&&%%''((**%%++ #
#AA!!DDI I AASS!!IIAANNSSYYAA## $$%%&&%%''((**//++ #
#AA0011AAN N $$%%&&%%''//22%%++
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
Juni 2015
Juni 2015
BAB I
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
emisahan bahan dalam suatu 34oses indust4i 3engolahan bahan me4u3akan metode yang umum digunakan. emisahan bahan ini diman5aatkan untuk mem3e4oleh bahan dengan 54aksi atau bentuk dan uku4an yang diinginkan. Ada3un metode umum 3emisahan bahan yaitu 3emisahan dengan 6a4a mekanis dan 3emisahan baha dengan 6a4a kontak keseimbangan bahan. e4bedaan keduanya adalah 3ada ada tidaknya 3e4ubahan 5asa bahan setelah di3isahkan. emisahan dengan metode mekanis me4u3akan 3emisahan bahan dengan teta3 mem3e4tahankan 5asa bahan atau tidak mengalami 3e4ubahan 5asa bahan, sedangkan 3emisahan bahan dengan kontak keseimbangan bahan da3at mengubah 5asa bahan yang di3isahkan da4i 5asa a7alnya.
Se3a4asi atau 3emisahan da3at dibagi men8adi dua yaitu se3a4asi mekanis dan se3a4asi kimia. Se3a4asi mekanis meli3uti uku4an, bentuk, be4at 8enis, si5at list4ik, si5at magnet. emisahan mekanis ini 6ontohnya adalah 3engenda3an, 5ilt4asi, ekst4aksi, dan sent4i5ugasi. Sedangkan untuk se3a4asi kimia meli3uti kela4utan dan lainnya. 9ontoh metode untuk se3a4asi kimia ini adalah ekst4aksi kimia, destilasi, k4istalisasi, ekst4aksi gasdeso43si.
4oses se3a4asi kimia 3ada umumnya dilakukan 3ada 6am3u4an homogen. 4oses 3emisahan suatu 6am3u4an homogen, 34insi3nya me4u3akan 3emisahan da4i te4bentuknya suatu 5ase ba4u sehingga 6am3u4an men8adi suatu 6am3u4an hete4ogen yang mudah di3isahkan. Fasa ba4u te48adi te4bentuk da4i adanya 3e4bedaan si5at 5isik dan kimia7i masing;masing kom3onen. Se3a4asi kimia dilakukan dengan menambahkan senya7a kimia ke dalam la4utan homogen , metode yang digunakan 3ada se3a4asi kimia adalah koagulasi dan 5lokulasi.
). A3a yang dimaksud dengan 5lokulasi dan koagulasi. &. "agaimana 34insi3 ke48a 5lokulasi dan koagulasi.
TUJUAN PENULISAN
%. Mengetahui 3enge4tian da4i 5lokulasi dan koagulasi.
). Mengetahui 34insi3 ke48a 3emisahan 5lokulasi dan koagulasi.
BAB II PEMBAHASAN
2.1. Definii Se!"#"i$Pe%i"&"n
Dalam kimia dan teknik kimia, 34oses 3emisahan digunakan untuk menda3atkan dua atau lebih 34oduk yang lebih mu4ni da4i suatu 6am3u4an senya7a kimia.
Se3a4asi sendi4i adalah 3emisahan kom3onen;kom3onen da4i suatu 6am3u4an sehingga men8adi 54aksi;54aksi indi<idual. F4aksi;54aksi itu mungkin be4beda satu sama lain dalam uku4an 3a4tikel, 5ase, atau kom3osisi kimianya. 4insi3 3ada 34oses se3a4asi ini adalah be4dasa4kan 3e4bedaan densitas atau3un adanya gaya g4a<itasi.
Se6a4a mendasa4, 34oses 3emisahan da3at dite4angkan sebagai 34oses 3e43indahan massa. 4oses 3emisahan sendi4i da3at diklasi5ikasikan men8adi 34oses 3emisahan se6a4a mekanis atau kimia7i. emilihan 8enis 34oses 3emisahan yang digunakan be4gantung 3ada kondisi yang dihada3i. emisahan se6a4a mekanis dilakukan ka3an3un memungkinkan ka4ena biaya o3e4asinya lebih mu4ah da4i 3emisahan se6a4a kimia7i. Untuk 6am3u4an yang tidak da3at di3isahkan melalui 34oses 3emisahan mekanis $se3e4ti 3emisahan minyak bumi+, 34oses 3emisahan kimia7i ha4us dilakukan.
4oses 3emisahan suatu 6am3u4an da3at dilakukan dengan be4bagai metode. Metode 3emisahan yang di3ilih be4gantung 3ada 5ase kom3onen 3enyusun 6am3u4an. Suatu 6am3u4an da3at be4u3a 6am3u4an homogen $satu 5ase+ atau 6am3u4an hete4ogen $lebih da4i satu 5ase+. Suatu 6am3u4an hete4ogen da3at mengandung dua atau lebih 5ase: 3adat;3adat, 3adat;6ai4, 3adat; gas, 6ai4;6ai4, 6ai4;gas, gas;gas, 6am3u4an 3adat;6ai4;gas, dan sebagainya. ada be4bagai kasus, dua atau lebih 34oses 3emisahan ha4us dikombinasikan untuk menda3atkan hasil 3emisahan yang diinginkan.
2.2. K'"(u)"i
=oagulasi dide5inisikan sebagai 34oses destabilisasi muatan koloid 3adatan te4sus3ensi te4masuk bakte4i dan <i4us, dengan suatu koagulan. sehingga akan te4bentuk 5lok;5lok halus yang da3at dienda3kan, 34oses 3engikatan 3a4tikel koloid. engadukan 6e3at(flash mixing) me4u3akan bagian integ4al da4i 34oses koagulasi. Tu8uan 3engadukan 6e3at adalah untuk mem3e46e3at dan menye4agamkan 3enyeba4an >at kimia melalui ai4 yang diolah. =oagulan yang umum di3akai adalah alumunium sul5at, 5e4i sul5at, 5e4o sul5at dan A9.
2.2.1. Me*"ni%e K'"(u)"i
%. Se6a4a 5isika
=oagulasi da3at te48adi se6a4a 5isik se3e4ti :
a. emanasan, =enaikan suhu sistem koloid menyebabkan tumbukan anta4 3a4tikel;3a4tikel sol dengan molekul;molekul ai4 be4tambah banyak. #al ini mele3askan elekt4olit yang te4adso43si 3ada 3e4mukaan koloid. Akibatnya 3a4tikel tidak be4muatan. 6ontoh: da4ah b. engadukan, 6ontoh: te3ung kan8i
6. endinginan, 6ontoh: aga4;aga4 ). Se6a4a kimia
Sedangkan se6a4a kimia se3e4ti 3enambahan elekt4olit, 3en6am3u4an koloid yang be4beda muatan, dan 3enambahan >at kimia koagulan. Ada bebe4a3a hal yang da3at menyebabkan koloid be4si5at net4al, yaitu:
a. Menggunakan 4insi3 -lekt4o5o4esis. 4oses elekt4o5o4esis adalah 3e4ge4akan 3a4tikel; 3a4tikel koloid yang be4muatan ke elekt4ode dengan muatan yang be4la7anan. =etika 3a4tikel ini men6a3ai elekt4ode, maka sistem koloid akan kehilangan muatannya dan be4si5at net4al.
b. enambahan koloid, da3at te48adi sebagai be4ikut:
=oloid yang be4muatan negati5 akan mena4ik ion 3ositi5 $kation+, sedangkan koloid yang be4muatan 3ositi5 akan mena4ik ion negati5 $anion+. Ion;ion te4sebut akan membentuk
selubung la3isan kedua. A3abila selubung la3isan kedua itu te4lalu dekat maka selubung itu akan menet4alkan muatan koloid sehingga te48adi koagulasi. Makin besa4 muatan ion makin kuat daya ta4iknya dengan 3a4tikel koloid, sehingga makin 6e3at te48adi koagulasi. 6. enambahan -lekt4olit. ?ika suatu elekt4olit ditambahkan 3ada sistem koloid, maka 3a4tikel
koloid yang be4muatan negati5 akan mengadso43si koloid dengan muatan 3ositi5 $kation+ da4i elekt4olit. "egitu 8uga sebaliknya, 3a4tikel 3ositi5 akan mengadso43si 3a4tikel negati5 $anion+ da4i elekt4olit. Da4i adso43si diatas, maka te48adi koagulasi.
K')'i-gaya yang menyebabkan stabilitas 3a4tikel, yaitu:
%. @aya elekt4ostatik yaitu gaya tolak menolak te8adi 8ika3a4tikel;3a4tikel mem3unyai muatan yang se8enis.
). "e4gabung dengan molekul ai4 $4eaksi hid4asi+
&. Stabilisasi yang disebabkan oleh molekul besa4 yang diadso43si 3ada 3e4mukaan.
Sus3ensi atau koloid bisa dikatan stabil 8ika semua gaya tolak menolk anta4 3a4tikel leih besa4 da4i ada gaya ta4ik massa, sehingga dalam 7aktu te4tentu tidak te48adi ag4egasi. Untuk menghilangkan kondisi stabil, ha4us me4ubah gaya inte4aksi anta4a 3a4tikel dengan 3embubuhan >at kimia su3aya gaya ta4ik mena4iklebih besa4. Untuk destabilisasi ada bebe4a3a mekanisme yang be4beda:
%. =om34esi la3isan ganda list4ik dengan muatan yang be4la7anan.
). Mengu4angi 3otensial 3e4mukaan yang disebabkan oleh adso43si molekul yang s3esi5ik dengan muatan elekt4ostatik be4la7anan.
&. Adso43si molekul o4ganik diatas 3e4mukaan 3a4tikel bisa membentuk 8embatan moleku dianta4a 3a4tikel.
'. enggabungan 3a4tikel koloid kedalam senya7a 34esi3itasi yang te4bentuk da4i koagulan. Se6a4a ga4is besa4 $bedasa4kan u4aian diatas+, mekanisme koagulasi adalah :
%. Destabilisasi muatan negati5 3a4tikel oleh muatan 3ositi5 da4i koagulan ). Tumbukan anta4 3a4tikel
&. Adso43si
2.2.. F"*+'# / f"*+'# "n( %e%!en("#u&i *'"(u)"i
%. emilihan bahan kimia
Untuk melaksanakan 3emilihan bahan kimia, 3e4lu 3eme4iksaan te4hada3 ka4akte4istik ai4 baku yang akan diolah yaitu :
a. S u h u
be43enga4uh te4hada3 daya koagulasi dan meme4lukan 3emakaian bahan kimia be4lebih, untuk mem3e4tahankan hasil yang da3at dite4ima.
b. 3#
3# Nilai ekst4im baik tinggi mau3un 4endah, da3at be43enga4uh te4hada3 koagulasi. 3# o3timum be4<a4iasi te4gantung 8enis koagulan yang digunakan.
Alkalinitas yang 4endah membatasi 4eaksi ini dan menghasilkan koagulasi yang ku4ang baik, 3ada kasus demikian, mungkin meme4lukan 3enambahan alkalinitas ke dalam ai4,
melalui 3enambahan bahan kimia alkalibasa $ ka3u4 atau soda abu+ d. =eke4uhan
Makin 4endah keke4uhan, makin suka4 3embentukkan 5lok.Makin sedikit 3a4tikel, makin 8a4ang te48adi tumbukan anta4 3a4tikel5lok, oleh sebab itu makin sedikit kesem3atan 5lok be4akumulasi.
e. a 4 n a
a4na be4indikasi ke3ada senya7a o4ganik, a4na dimana >at o4ganik be4eaksi dengan koagulan, menyebabkan 34oses koagulasi te4ganggu selama >at o4ganik te4sbut be4ada di dalam ai4 baku dan 34oses koagulasi semakin suka4 te46a3ai
). enentuan dosis o3timum koagulan
Untuk mem3e4oleh koagulasi yang baik, dosis o3timum koagulan ha4us ditentukan. Dosis o3timum mungkin be4<a4iasi sesuai dengan ka4akte4istik dan selu4uh kom3osisi kimia7i di dalam ai4 baku, teta3i biasanya dalam hal ini 5luktuasi tidak besa4, hanya 3ada saat;saat te4tentu dimana te48adi 3e4ubahan keke4uhan yang d4astis $7aktu musim hu8anban8i4+ 3e4lu 3enentuan dosis o3timum be4ulang;ulang.
&. enentuan 3# o3timum
enambahan ga4am aluminium atau ga4am besi, akan menu4unkan 3# ai4, disebabkan oleh 4eaksi hid4olisa ga4am te4sebut, se3e4ti yang telah dite4angkan di atas. =oagulasi o3timum bagaimana3un 8uga akan be4langsung 3ada nilai 3# te4tentu.
A3abila muatan koloid dihilangkan, maka kestabilan koloid akan be4ku4ang dan da3at menyebabkan koagulasi atau 3enggum3alan. enghilangan muatan koloid da3at te48adi 3ada sel elekt4o5o4esis atau 8ika elekt4olit ditambahkan ke dalam sistem koloid. A3abila a4us list4ik diali4kan 6uku3 lama ke dalam sel elekt4o5o4esis maka 3a4tikel koloid akan digum3alkan ketika men6a3ai elekt4ode. ?adi, koloid yang be4muatan negati5 akan digum3alkan di anode, sedangkan koloid yang be4muatan 3ositi5 digum3alkan di katode.
=oagulan yang 3aling banyak digunakan dalam 34aktek di la3angan adalah alumunium sul5at BAl)$SO'+&C, ka4ena mudah di3e4oleh dan ha4ganya 4elati5 lebih mu4ah dibandingkan dengan 8enis koagulan lain.
2.. F)'*u)"i
Flokulasi me4u3akan 34oses 3embentukan 5lok, yang 3ada dasa4nya me4u3akan 3engelom3okan aglome4asi anta4a 3a4tikel dengan koagulan $menggunakan 34oses 3engadukan
be4uku4an besa4 akan mudah dienda3kan.
Aga4 3atikel koloid da3at menggum3al, gaya tolak;menolak elekt4ostatik anta4a 3a4tikelnya ha4us diku4angi dan t4ans3o4tasi 3a4tikel ha4us menghasilkan kontak d ianta4a 3a4tikel yang mengalami destabilisasi. Setelah 3a4tikel;3a4tikel koloid mengalami destabilisasi, adalah 3enting untuk memba7a 3a4tikel;3a4tikel te4sebut ke dalam suatu kontak anta4a satu dengan yang lainnya sehingga da3at menggum3al dan membentuk 3a4tikel yang lebih besa4 yang disebut 5lok. 4oses kontak ini disebut 5lokulasi.
Flokulasi adalah suatu 34oses aglome4asi $3enggum3alan+ 3a4tikel;3a4tikel te4destabilisasi men8adi 5lok dengan uku4an yang memungkinkan da3at di3isahkan oleh sedimentasi dan 5ilt4asi. 4oses 5lokulasi dalam 3engolahan ai4 be4tu8uan untuk mem3e46e3at 34oses 3enggabungan 5lok; 5lok yang telah dibibitkan 3ada 34oses koagulasi. a4tikel;3a4tikel yang telah distabilkan selan8utnya saling be4tumbukan se4ta melakukan 34oses ta4ik;mena4ik dan membentuk 5lok yang uku4annya makin lama makin besa4 se4ta mudah mengenda3. @4adien ke6e3atan me4u3akan 5akto4 3enting dalam desain bak 5lokulasi. ?ika nilai g4adien te4lalu besa4 maka gaya gese4 yang timbul akan men6egah 3embentukan 5lok, sebaliknya 8ika nilai g4adient te4lalu 4endahtidak memadai maka 34oses 3enggabungan anta4 3a4tikulat tidak akan te48adi dan 5lok besa4 se4ta mudah mengenda3 akan sulit dihasilkan. Untuk itu nilai g4adien ke6e3atan 34oses 5lokulasi dian8u4kan be4kisa4 anta4a /(detik hingga &(detik.
2.. A!)i*"i K'"(u)"i F)'*u)"i
Ai4 baku da4i ai4 3e4mukaan se4ing mengandung bahan;bahan yang te4susun oleh 3a4tikel koloid yang tidak bisa dienda3kan se6a4a alamiah dalam 7aktu singkat. a4tikel;3a4tikel koloid dibedakan be4dasa4kan uku4an. ?a4ak uku4annya anta4a (,((% mik4on $%(;* mm+ sam3ai % mik4on $%(;& mm+. a4tikel yang ditemukan dalam kisa4an ini meli3uti $%+ 3a4tikel ano4ganik, se3e4ti se4at asbes, tanah liat, dan lanausilt, $)+ 34esi3itat koagulan, dan $&+ 3a4tikel o4ganik, se3e4ti >at humat, <i4us, bakte4i, dan 3lankton. Dis3e4si koloid mem3unyai si5at memenda4kan 6ahaya. Si5at 3emenda4an 6ahaya ini te4uku4 sebagai satuan keke4uhan. =oloid me4u3akan 3a4tikel yang tidak da3at mengenda3 se6a4a alami ka4ena adanya stabilitas sus3ensi koloid. Stabilitas koloid te48adi ka4ena gaya ta4ik <an de4 aals dan gaya tolakrepulsive elekt4ostatik se4ta ge4ak b4o7n. =estabilan koloid da3at diku4angi dengan 34oses koagulasi $34oses
destabilisasi+ melalui 3enambahan bahan kimia dengan muatan be4la7anan. Te48adinya muatan 3ada 3a4tikel menyebabkan anta4 3a4tikel yang be4la7anan 6ende4ung be4gabung membentuk
inti 5lok.
Untuk 3enghilangan >at;>at be4bahaya da4i ai4, salah satu 6a4a yang da3at dilakukan adalah 34oses koagulasi dan 5lokulasi. =oagulasi dan 5lokulasi me4u3akan 34oses yang te48adi se6a4a be4u4utan untuk mentidakstabilkan 3a4tikel te4sus3ensi, menyebabkan tumbukan 3a4tikel dan tumbuh
men8adi 5lok.
4oses koagulasi selalui diikuti oleh 34oses 5lokulasi, yaitu 3enggabungan inti 5lok atau 5lok ke6il men8adi 5lok yang be4uku4an besa4. Taha3 a7al dimulai dengan 34oses koagulasi, koagulasi melibatkan net4alisasi da4i muatan 3a4tikel dengan 3enambahan elekt4olit. Dalam hal ini bahan yang ditambahkan biasanya disebut sebagai koagulan atau dengan 8alan mengubah 3# yang da3at menghasilkan ag4egatkum3ulan 3a4tikel yang da3at di3isahkan. #al ini da3at te48adi ka4ena elekt4olit atau konsent4asi ion yang ditambahkan 6uku3 untuk mengu4angi tekanan elekt4ostatis di anta4a kedua 3a4tikel. Ag4egat yang te4bentuk akan saling menem3el dan menyebabkan te4bentuknya 3a4tikel yang lebih besa4 yang dinamakan mik4o5lok, dimana mik4o5lok ini tidak da3at dilihat oleh mata telan8ang. engadukan 6e3at untuk mendis3e4sikan koagulan dalam la4utan dan mendo4ong te48adinya tumbukan 3a4tikel sangat di3e4lukan untuk mem3e4oleh 34oses koagulasi yang bagus. "iasanya 34oses koagulasi ini membutuhkan 7aktu sekita4 %;& menit.
Taha3 selan8utnya da4i 34oses koagulasi adalah 34oses 5lokulasi. Flokulasi disebabkan oleh adanya 3enambahan se8umlah ke6il bahan kimia yang disebut sebagai 5lokulan $!ath E Singh, %//2+. Mik4o5lok yang te4bentuk 3ada saat 34oses koagulasi sebagai akibat 3enet4alan muatan, akan saling be4tumbukan dengan adanya 3engadukan lambat. Tumbukan te4sebut akan menyebabkan mik4o5lok be4ikatan dan menghasilkan 5lok yang lebih besa4. e4tumbuhan uku4an 5lok akan te4us be4lan8ut dengan 3enambahan 5lokulan atau 3olime4 dengan bobot molekul tinggi. olime4 te4sebut menyebabkan te4bentuknya 8embatan, mengikat 5lok, mem3e4kuat ikatannya se4ta menambah be4at 5lok sehingga meningkatkan 4ate 3engenda3an 5lok. aktu yang dibutuhkan untuk 34oses 5lokulasi be4kisa4 anta4a %;)( menit hingga % 8am.
4oses koagulasi;5lokulasi te48adi 3ada unit 3engaduk 6e3at dan 3engaduk lambat, $se3e4ti te4lihat 3ada gamba4 ).).% .
dimaksudkan aga4 koagulan yang dibubuhkan da3at te46am3u4 se6a4a me4atahomogen. ada bak 3engaduk lambat, te48adi 3embentukan 5lok yang be4uku4an besa4 hingga mudah dienda3kan 3ada bak sedimentasi.
=oagulan yang banyak digunakan dalam 3engolahan ai4 minum adalah aluminium sul5at atau ga4am;ga4am besi. =adang;kadang koagulan;3embantu, se3e4ti 3olielekt4olit dibutuhkan untuk mem34oduksi 5lok yang 6e3at mengenda3. Fakto4 utama yang mem3enga4uhi koagulasi dan 5lokulasi ai4 adalah keke4uhan, 3adatan te4sus3ensi, tem3e4atu4, 3#, kom3osisi dan konsent4asi kation dan anion, du4asi dan tingkat agitasi selama koagulasi dan 5lokulasi, dosis koagulan, dan 8ika di3e4lukan, koagulan;3embantu. emilihan koagulan dan kada4nya membutuhkan studi labo4ato4ium atau 3ilot 3lant $menggunakan jar test apparatus+ untuk menda3atkan kondisi o3timum.
!eaksi kimia untuk menghasilkan 5lok adalah:
Al)$SO'+&.%'#)O &9a$#9O&+)
G
)Al$O#+& &9aSO' %'#)O *9O)PENUTUP
.1. Kei%!u)"n
=oagulasi dide5inisikan sebagai 34oses destabilisasi muatan koloid 3adatan te4sus3ensi te4masuk bakte4i dan <i4us, dengan suatu koagulan. sehingga akan te4bentuk 5lok;5lok halus yang da3at dienda3kan, 34oses 3engikatan 3a4tikel koloid. engadukan 6e3at (flash mixing) me4u3akan bagian integ4al da4i 34oses koagulasi. ; Flokulasi me4u3akan 34oses 3embentukan 5lok, yang 3ada dasa4nya me4u3akan
3engelom3okan aglome4asi anta4a 3a4tikel dengan koagulan $menggunakan 34oses 3engadukan lambat atau slow mixing +, 4oses 3engikatan 3a4tikel koloid oleh
5lokulan.
; 4oses koagulasi;5lokulasi di8elaskan se6a4a 4ingkas di8elaskan sebagai be4ikut: a. a4tikel koloid tidak bisa mengenda3 ka4ena be4si5at stabilH
b. =estabilan koloid da3at diganggu dengan 3enambahan koagulan dan 3engadukan 6e3atH
6. a4tikel yang tidak stabil 6ende4ung untuk saling be4inte4aksi dan be4gabung membentuk 5lok yang be4uku4an besa4.
; !eaksi kimia untuk menghasilkan 5lok adalah:
