LABORATORIUM PERLAKUAN MEKANIK
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013 / 2014MODUL
: Plate and Frame Filter Press
PEMBIMBING
: Iwan Ridwan, ST, MT
oleh : Kelompok 8
Sarah Eka Putri D 121424030 Ulfia Tiaravani 121424031 Yuliani Wardani S 121424032 Alfa Tri Annisa 121424033
Kelas 2A-TKPB
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2014
Tanggal Praktikum : 10 Juni 2014 Tanggal Pengumupulan : 21 Juni 2014
PLATE AND FRAME FILTER PRESS I. TUJUAN PRAKTIKUM
1. Menghitung tahanan spesifik ampas (α) 2. Menghitung tahanan ampas (Rc)
3. Menghitung tahanan filter medium (Rm) 4. Menghitung laju filtrasi ( ⁄ )
5. Menghitung waktu filtrasi selama satu siklus (t)
II. DASAR TEORI
Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan dengan melewatkan umpan (padatan + cairan) melalui medium penyaring. Proses filtarsi banyak dilakukan di industri, misalnya pada pemurnian air minum, pemisahan kristal-kristal garam dari cairan induknya, pabrik-kertas dan lain-lain.
Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya.Menurut prinsip kerjanya filtrasi dapat dibedakan atas beberapa cara, yaitu:
a. Pressure Filtration
Filtrasi yang dilakukan dengan menggunakan tekanan. b. Gravity Filtration
Filtrasi yang cairannya mengalir karena gaya berat. c. Vacum Filtration
FLATE AND FRAME FILTER
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 press
Saluran untuk slurry dan wash(pencuci) melalui satu saluran masuk dan tiap plate
untuk saluran cairannya. 2. Closed Delivery Filter Press
Memiliki 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 filterkemudian keluar melalui lubang plate sebagai filtrat. Padatan akanterakumulasi atau tertinggal dan menempel pada cloth. Setelah beberapa lama maka ruang antara plate akan tertumpuk oleh
slurry dan lama kelamaan umpan akan berhenti mengalir. Jika hal ini terjadi maka cloth harus segera dicuci.Pencucian ini dilakukan dengan menyalurkan air bersih ke dalam plate dan keluar melalui frame. Hal ini merupakan kebaikan dari proses filtrasi (Closed delivery).
Berdasarkan kompresibilitasnya cake (slurry yang menempel pada cloth) dibagi menjadi dua, yakni :
1. Compressible cake
Cake akan mengalami perubahan struktur apabila mengalami tekanan sehingga ruang kosong dalam cake semakin kecil akibatnya proses penahan semakin besar dan proses filtrasi semakin sulit.
2. Incompressible cake
Cake 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/Washing
Optimasi jumlah air pencuci yang digunakan ke dalam slurry ditambahkan zat warna yang mempunyai sifat tidak berikatan secara permanen/kuat denganpadatannya, sehingga mudah dihanyutkan oleh air pencuci. Kadar zat warna dalam air cucian yang keluar dari filter 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.
Dasar Teori Filtrasi Untuk Tekanan Konstan Pada Proses Batch
1)
( ) ( ) (2-1) Dimana Kp dalam s/m 6 dan B dalam s/m3
2)
( ) (2-2)
3) ( ) (2-3)
Untuk tekanan konstan, α konstant dan ampas yang tidak dapat dimampatkan dan sebagai vaeriabel hanya V dan t, maka dari persamaan (2-1), waktu filtrasi t didpat dari integrasi :
∫ ∫ ( ) (2-4)
(2-5)
Dimana V adalah volume filtrat dalam (m3) selama t (s) Laju filtrasi (dV/dt)
Variabel – variabel yang mempengaruhi laju filtrasi : - Beda tekanan cake dan filter (-ΔP)
- Viskositas cairan (µ) - Luas filter (A)
- Tahana cake (Rc) dan tahanan media filter (Rm)
( )
( ) (2-7)
Persamaan Untuk Pencucian Ampas Filte Dan Waktu Total per-Siklus
Untuk menghitung laju pencucian, diasumsikan selama pencucian sama dengan kondisi pada filtrasi.Untuk filtrasi tekanan konstan dengan menggunakan tekanan yang sama pada pencucian, maka laju pencucian dapat dihitung kembali. Laju pencucian dari hasil percobaan kemungkina lebih kecil dari hasil prediksi, karena terjadi konsolidasi, channeling dan pembentukan cracks. Laju pencucian untuk plate and frame filter press sekitar 70-92% laju prediksi.
Setelah pencucian selesai jumlah total waktu per-siklus/ total tome cycle adalah jumlah dari waktu filtrasi ditambah waktu pencucian dan ditambah waktu pembersihan.
Deskripsi peralatan :
Peralatan filtrasi Plate and Frame ini terdiri dari dua bagian yaitu: 1. Tangki umpan.
2. Rangkaian pelat dan bingkai (Plate and Frame).
Tangki umpan dilengkapi dengan alat ukur tekanan untuk memastikan tekanan di dalamnya. Di dalam tangki ini juga dilengkapi dengan pengaduk berbentuk paddle
dengan kemiringan 45o yang bertujuan untuk membantu penyeragaman konsentrasi padatan di dalam bubur atau larutan umpan.
Gambar 1.Skema peralatan penyaring pelat dan bingkai
Sejumlah pasangan pelat dan bingkai yang disediakan tidak perlu dipergunakan semua dalam tiap kali percobaan, jumlah pasangan yang dipakai bergantung pada jumlah umpan yang akan disaring dan tekanan operasinya. Aliran lumpur umpan dan filtrat di dalam rangkaian pelat dan bingkai ditampilkan pada gambar 2.
III. ALAT DAN BAHAN
a. Peralatan Plate and Frame Filter Press b. Kunci sambungan flens
c. Kunci pipa d. Stopwatch e. Mistar/penggaris f. Air
IV. DIAGRAM KERJA
Pembuatan Slurry (Larutan kapur)
Proses Plate and Frame Filtration
Mengisi tangki mixer dengan air
sebanyak ...L
Melarutkan ...Kg kapur dengan air dari
tangki Memasukan larutan kapur ke dalam tangki Nyalakan motor pengaduk Memasang instalasi plate and frame filter
press
Memasang filter pada frame, setiap frame dua
filter. rapatkan susunannya dengan cara ditekan Hidupkan pompa Buka katup umpan slurry dengan bukaan tertentu dan katup produk filtrat dengan bukaan penuh Atur katup umpan slurry sampai tekanan yang diinginkan (baca tekanan pada manometer) Catat waktu yang dibutuhkan setiap kenaikan 5 cm tinggi filtrat pada tangki penampung filtrat Hentikan operasi saat didapatkan data waktu sesuai yang diinginkan Matikan pompa,
tutup katup yang dibuka. Lepaskan instalasi dan
V. DATA PENGAMATAN
Tinggi tangki umpan = 53 cm Diameter tangki umpan = 93 cm Diameter tangki filtrat = 55cm Massa kapur = 18 kg Volume air = 0.359 m3 Densitas slurry =
=
Panjang sisi plate dan frame = 37 cm
=0,37 m
P = 1 bar
tinggi (cm) waktu (detik) Cake
0 0 Panjang= 37 cm Tinggi= 1 cm 5 4,5 10 10,62 15 17,19 20 25,74 25 36,27 30 103,27 P = 2 bar
tinggi (cm) waktu (detik)
0 0
5 14,49
10 23,13
15 33,79
VI. PENGOLAHAN DATA
P = 1 bar
tinggi (cm) volume (m3) waktu (detik) t/v
0 0 0 0 5 0.0118 4,5 381.355932 10 0.0237 10,62 448.101266 15 0.0356 17,19 482.865169 20 0.0474 25,74 543.037975 25 0.059 36,27 614.745763 30 0.071 103,27 1454.50704 P = 2 bar
tinggi (cm) volume (m3) waktu (detik) t/v
0 0 0 0 5 0.0118 14,49 1227.966 10 0.0237 23,13 975.9494 15 0.0356 33,79 949.1573 20 0.0474 57,55 1214.135 y = 14882x + 32.359 R² = 0.7428 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 0.02 0.04 0.06 0.08 t/ v volume (m3)
1 bar
t/v Linear (t/v)µ = 1 cp
= 1000 kg/m.s
Konsentrasi padatan dalam slurry Cs =
= = 50.139 kg/m3
Luas total filter yang digunakan A = 2. (sisi x sisi)
= 2. (0,37 m . 0,37 m) = 0,2738 m2
Perhitungan untuk tekanan 1 Bar ∆P = 1 bar = 1 x 105 kg/m.s2 Persamaan linier: y = 14882x + 32.35 Slope = 14882 Kp = 29644 Intersep = 32.35 ( ) ( ) y = 18098x + 444.51 R² = 0.4513 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t/ v volume
2 bar
t/v Linear (t/v)Mencari tahanan spesifik ampas (α) ( ) ( ) ( ) α = 4450.23
Mencari tahanan cake (Rc)
Rc =
= = 57860.61
Mencari tahanan media filter (Rm)
( )
( )
Rm = 885.743
Mencari waktu filtrasi
( ) ( ) 77.014
Mencari laju filtrasi
( ) ( ) ( ) ( ) ⁄
Perhitungan untuk tekanan 2 Bar ∆P = 2 bar = 2 x 105 kg/m.s2 Persamaan linier: y = 18098x + 444.5 Slope = 18098 Kp = 36196 Intersep = 444.5 ( ) ( )
Mencari tahanan spesifik ampas (α)
( ) ( ) 18098 α = 10823.85
Mencari tahanan cake (Rc)
Rc =
= = 93951.199
Mencari tahanan media filter (Rm)
( )
( ) 444.5
Rm = 24340
Mencari waktu filtrasi
( ) ( ) 251.354
Mencari laju filtrasi ( ) ( ) ( ) ( ) ⁄ VII. PEMBAHASAN
Filtrasi merupakan salah satu operasi yang digunakan untuk memisahkan padatan dari cairan dalam campuran slurry dengan cara melewatkan slurry ke dalam media filter. Dalam percobaan kali ini dilakukan pemisahan dengan menggunakan plate and frame filter press yang memiliki tujuan menghitung tahanan spesifik ampas, menghitung tahanan ampas, menghitung tahanan filter medium, menghitung laju filtrasi filtrate, dan menghitung waktu filtrasi selama satu siklus.
Hal yang dilakukan dalam percobaan pertama kali mempersiapkan alat yang akan digunakan untuk melakukan pemisahan, setelah itu membuat larutan slurry dengan konsentrasi yang akan diketahui dengan mengetahui berat padatan yang dilarutkan kedalam air. Praktikum dilakukan dengan variasi tekanan, yaitu 1 bar dan 2 bar.
Awalnya, beberapa partikel padat memasuki medium pori dan ditahan, tetapi dengan segera mulai berkumpul di permukaan septum. Setelah itu, padatan cake mulai terfiltrasi, padatan tersebut mulai menebal di permukaan. Slurry dapat mencapai tiap-tiap plat dengan tekanan tertentu, cairan melalui kain dan keluar ke pipa pembuangan sebagai filtrat, meninggalkan padatan cake basah dibelakangnya. 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. Slurry memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai. Slurry 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 menuju bak penampung filtrate.
Filtrasi pada 1 bar dilakukan sampai tinggi cairan 30 cm, sementara pada 2 bar dilakukan hingga 20 cm. Hal ini dikarenakan jumlah padatan cake yang tersaring sudah memenuhi filter sehingga tidak dapat dilanjutkan.
Tahanan spesifik ampas pada tekanan 1 bar lebih kecil daripada tekanan 2 bar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, tahanan spesifik ampas juga semakin besar.
Tahanan cake pada tekanan 1 bar juga lebih kecil daripada tekanan 2 bar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, tahanan cake juga semakin besar karena pada waktu yang sama tekanan yang lebih besar mengalirkan kapur lebih banyak, sehingga cake lebih cepat terbentuk dan memberikan tahanan lebih besar.
Tahanan media filter pada tekanan 1 bar juga lebih kecil daripada tekanan 2 bar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, tahanan media filter juga semakin besar.
Secara teoritis, semakin tinggi tekanan, waktu yang dibutuhkan semakin cepat karena tekanan gaya dorong larutan kapur untuk melewati palte dan frame lebih besar. Namun, pada praktikum, waktu yang dibutuhkan untuk filtrasi pada 2 bar lebih lambat daripada 1 bar. Hal ini dikarenakan percobaan pada tekanan 2 bar dilakukan setelah 1 bar, sehingga pompa tersumbat oleh padatan kapur yang tidak larut.
VIII. KESIMPULAN
Perhitungan 1 Bar 2 Bar
Slope 14882 18098
Intersep 32.35 444.5
Tahanan spesifik
ampas (α) 4450.23 10823.85
Tahanan cake (Rc) 57860.61 93951.199
Tahanan filter medium
(Rm) 885.743 24340
Waktu filtrasi (t) 77.014 251.354
Laju filtrasi (dV/dt) ⁄ ⁄
IX. DAFTAR PUSTAKA
McCabe, Warren L dkk. 1999. Operasi Tenik Kimia Jilid 1. Erlangga: Jakarta.
Jobsheet Praktikum Perlakuan Mekanikmodul Plate and Frame Filter Press. Politeknik Negeri Bandung: Bandung.
