LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA III SIEVING
HARI, TANGGAL PERCOBAAN : JUMAT 03 NOVEMBER 2023
DISUSUN OLEH :
SARTIKA JAYA RUING JUPILA ALIK
VIKA PANGEDONGAN
UNIVERSITAS BOSOWA 2023
PERCOBAAN I
SIEVING 1.1 Tujuan Percobaan
a. Membuat sieve analysis table.
b. Mengevaluasi data pada sieve analysis table dalam bentuk kurva-kurva distribusi ( fractional- cumulative- frequenc ), dan nilai-nilai dari diameter partikel tengah (dpm, mediam particle size ), dpf, dan luas permukaan spesifik.
1.2 Dasar Teori
Sieving atau pengayakan merupakan operasi pemisahan partikel atau material secara mekanis yang didasarkan pada perbedaan ukuran partikel.
Istilah screening digunakan untuk skala industri, Sedangkan istilah sieving digunakan untuk skala laboratorium. Sieving adalah metode pengukuran ukuran partikel padat yang paling penting untuk partikel berukuran diatas 0,04 mm. Operasi pengayakan biasanya dilakukan untuk partikel atau material berukuran relative kasar.
Prinsip pemisahannya didasarkan pada ukuran relative antara ukuran partikel dengan lubang ayakan. partikel- partikel yang memiliki ukuran lebih kecil daripada ukuran lubang ayakan akan lolos ayakan. Kelompok partikel ini disebut undersize product atau partikel minus. Sedangkan partikel- partikelyang berukuran lebih besar daripada lubang ayakan akan tertinggal di atas ayakan . partikel ini dikelompokkan sebagai oversize product atau partikel plus. Operasi pemisahannya dilakukan dengan melewatkan partikel - partkel diatas ayakan atau screen yang memiliki lubang dengan ukuran tertentu.
+engayakan dilakuakan dengan alat yang disebut ayakan atay screen seperti : grizzly yang terbuat dari batang-batang sejajar atau anyaman kawat berlubang.
Pengecilan ukuran dimaksudkan untuk memperluas permukaan bahan sehingga kontak antara bahan dan pelarut bisa berlangsung optimum.
pengayakan biasanya dilakukan terhadap material yang telah mengalami proses penghancuran. Bahan yang lolos melewati sederet ayakan dengan bermacam-macam ukuran akan terpisahkan menjadi beberapa fraksi berukuran (size fraction) yaitu frmaksi-fraksii yang ukuran maksimum dan minimumnya
diketahui. Proses pemisahan didasari atas perbedaan ukuran partikel didalam campuran tersebut. Sehingga ayakan memiliki ukuran pori atau lubang tertentu, ukuran pori dinyatakan dalam satuan mesh.
Pada pengayakan secara mekanik (pengayak getaran, guncangan atau kocokan) dilakukan dengan bantuan mesin, yang umumnya mempunyai satu set ayakan dengan ukuran lebar lubang standar yang berlainan. Bahan yang dipak, bergerak-gerak diatas ayakan, berdesakan melalui lubang kemudian terbagi menjadi fraksi-fraksi yang berbeda. Beberapa mesin pengayak bekerJa dengan gerakan melingkar atau ellipsoid terhadap permukaan ayakan. Pada Jenis ayakan yang statis, bahan yang diayak dipaksa melalui lubang dengan menggunakan bantuan udara kencang atau juga air deras.
Pengayakan dimulai dengan mengatur bidang-bidang ayak dengan ukuran tertentu dan menaruh sampel di atas bidang ayak pada tingkat paling atas. Jika vibrator mesin ayak diaktifkan, maka partikel-partikel akan bergerak-gerak dan karena gerakan-gerakan ini maka partikel-partikel yang berukuran lebih kecil daripada celah antar kawat ayak akan jatuh ke bidang ayak dibawahnya. Proses pengayakan dianggap selesai jika tidak terjadi lagi perpindahan partikel pada setiap bidang ayak ke bidang ayak dibawahnya.
Pada tahap ini, partikel-partikel berukuran paling lembut akan berada pada tingkat ayakan paling bawah dan sebaliknya partikel-partikel yang berukuran paling besar akan berada pada tingkat ayakan paling atas. Selanjutnya untuk semua partikel yang tertahan pada suatu bidang ayak nomer ke i terhitung dari atas, disebut dengan produk atas ke - i ( oversize product, OPi ).
Untuk mendapatkan semua kemungkinan ukuran partikel yang ada, maka secara logika dapat digunakan waktu pengayakan yang lama dengan intensitas gerak partikel di atas bidang ayak yang cukup. Tetapi untuk jenis partikel-partikel tertentu, pengayakan yang lama dapat saja menyebabkan pengikisan partikel menjadi partikel-partikel yang lebih kecil. Sebaliknya untuk sampel yang berisi partikel-partikel lembut dan cukup berminyak, pengayakan yang lama justru akan menyebabkan agglomeration partikel- partikel yang lembut menjadi partikel- partikel yang lebih besar. Untuk itu
suatu waktu ayak yang optimal hanya dapat ditentukan melalui percobaan.
Waktu ayak optimal adalah merupakan suatu kesesuaian antara waktu tercapainya derajat pemisahan yang tinggi dan derajat perubahan ukuran partikel asal karena proses pengayakan.
Pada pengayakan secara umum, partikel-partikel yang terletak pada kelompok ukuran partikel tertentu (dengan kata lain adalah oversize product, OP) memiliki ukuran yang berbeda-beda. Oleh karenanya, distribusi ukuran-ukuran partikel kemudian dibatasi dari bawah dengan suatu istilah dpmin dan ke atas dengan suatu istilah dpmaks. Berikut adalah beberapa topik dalam sieving yang akan diselesaikan dalam praktikum ini:
a) Ukuran Partikel Tengah (dpm median particle size)
Ukuran partikel tengah dpm adalah suatu diameter ayak khayalan, yang mana merupakan suatu ukuran bidang ayak yang dapat memisahkan sampel menjadi dua bagian yang sama berat ( dengan kata lain : C%OP = 50% ).
dpm = dp, dimana C%OP = 0,5……… (2.1) b)Ukuran partikel yang paling banyak, dpF
Secara umum, sampel terdiri atas partikel-partikel dengan ukuran yang berbeda-beda. Ukuran partikel yang paling banyak terdapat pada sampel diberi inisial dengan dpF, yang mana merupakan petunjuk bahwa ukuran partikel tersebut mendominasi sampel. Dimungkinkan pula bahwa partikel-partikel pada sampel memiliki 2 atau lebih nilai dpF.
c) Distribusi ukuran partikel ( particle size distribution )
Berikut adalah pembahasan singkat distribusi ukuran partikel melalui penjabaran oversize product percentage (OP%), probability percentage (Pi%) yang berlaku untuk interval ukuran partikel tertentu, cumulative percentage yang berbasis pada OP ( atau disebut C%OP) serta probability percentage ( P% ) yang berlaku untuk sembarang
ukuran partikel. Data-data yang dihitung dihimpun dalam suatu tabel yang disebut dengan sieve analysis table.
Misal, pada percobaan pengayakan terhadap sampel dengan massa M = 0,5 kg yang menggunakan 8 bidang ayak dengan ukuran dp1, dp2, dp3, , dp8 dan pan ( dp9 =0 ) diperoleh nilai oversize product OP di atas setiap bidang ayak sebanyak OP1, OP2, OP3, , OP8 dan pada pan sebanyak OP9.
Mula-mula dihitung suatu oversize product percentage OP% pada setiap bidang ayak, yakni hasil bagi antara OP dengan M. Hasil perhitungan ini dapat digambarkan dalam suatu histogram, dimana selisih lebar dp dari dua bidang ayak yang bertetangga disebut dengan size interval dp.
OP%i = OPi
M ...
(2.2)
Berdasarkan OP% ini, didefinisikanlah lagi cumulative percentage C
%OP, yaitu jumlah dari OP% yang dihitung mulai dari bidang ayak paling atas hingga ke bidang ayak yang dibicarakan (bidang ayak ke i).
C %OPi=
∑
n=1 i
OP%i ... ( 2.3)
Nilai-nilai OP% vs dp dan C%OP vs dp berturut-turut dapat digambarkan berupa titik-titik data pada kurva distribusi fraksional dan kumulatif.
Supaya didapatkan informasi tentang frekuensi ukuran partikel pada setiap size interval tertentu, yang mana tidak tergantung dari mesh bidang ayak, maka OP% dibagi dengan lebar size interval - nya sehingga diperoleh probability percentage Pi% dari partikel-partikel yang berada didalam setiap size interval.
Pi%i= OPi
M . ∆ dPi ... (2.4)
Perlu ditekankan disini, bahwa Pi% ini hanya berlaku untuk setiap size interval yang ada sehingga kurang dapat menggambarkan semua kemungkinan ukuran partikel yang ada. Karena hal tersebut dan jika memang diinginkan suatu probability percentage yang berlaku pada sembarang size interval, maka dapat digunakan persamaan empirik yang menyatakan bahwa probability percentage P
% merupakan turunan (diferensial) negatif dari fungsi fC%OP terhadap dp.
P%=−d(fC %OP)
d(dP) ……...
. (2.5)
fC%OP adalah suatu fungsi pendekatan yang menggambarkan hubungan fungsional antara data C%OP dan dp. Kurva fungsi fC%OP ini disebut kurva distribusi kumulatif dan dapat diperoleh melalui analisis data C%OP dan dp, misalnya secara regresi polinomial minimal order empat.
d) Luas Permukaan Distribusi Ukuran Partikel
Diandaikan sekumpulan partikel berbentuk bola. Karena bentuk bola memiliki luas permukaan yang paling kecil untuk setiap satuan massa, maka perhitungan akan selalu menghasilkan luas permukaan spesifik yang minimal dari suatu massa sampel. Jika bentuk partikel menyimpang dari bentuk bola (tidak bulat), maka setidak-tidaknya akan selalu didapatkan luas permukaan spesifik yang lebih besar dibandingkan dengan partikel-partikel berbentuk bola.
Massa dari n buah partikel pada suatu size interval ke - i dengan massa jenis partikel ρ dan diameter rata-rata dpi adalah:
OPi=niρπ
6dpi3 ...
(2.6)
Dari (2.6) diperoleh jumlah bola pada size interval tersebut sebanyak:
ni= 6.OPi
π . ρ . d3pi ...
(2.7)
Luas permukaan seluruh bola pada size interval ini adalah:
∆ Ai=ni. π . d2pi=6. OPi ρ . dpi
... (2.8) Luas permukaan total dari seluruh size interval yang ada didapatkan dengan menjumlahkan semua luas permukaan setiap size interval yang dihitung berdasarkan rumus (2.8), tetapi karena nilai dpi pada setiap size interval tidak diketahui, maka luas permukaan total hanya merupakan suatu nilai pendekatan yang kasar. Kesalahan yang ada dapat dikurangi jika lebar size interval dipilih sangat kecil. Dan jika dihubungkan dengan sieve analysis, maka artinya harus digunakan bidang ayak yang jumlahnya sangat banyak. Kesalahan ini akan benar- benar hilang jika secara teoritis digunakan lebar size interval yang berbeda secara infinitesimal. Itu berarti OP pada size interval akan menyusut menjadi dOP, sedangkan luas permukaannya menjadi dAB sebesar:
dAB=6. dOP
ρ . dp ...
(2.9)
Dari (2.9) didapatkan luas permukaan spesifik pada size interval sebesar:
dAB
M = 6. dOP
ρ. dp. M ...
(2.10)
Hubungan dOP/M sesuai (2.4) setara dengan P% d(dp) sehingga jika disubstitusikan ke (2.10) akan menghasilkan luas permukaan spesifik suatu size interval yang lebarnya d(dp), yakni:
dAB
M =6. P%
ρ .dp d(dp) ...
(2.11)
1
Melalui integrasi dari dpmin hingga dpmaks didapatkan seluruh luas permukaan spesifik partikel-partikel berbentuk bola, yakni:
AB M=6
ρ.
∫
dpmin
dp mak
P%
dP d(dp) ...
(2.12)
Dalam hal ini, nilai dpmin dapat didekati melalui nilai fungsi fC%OP misalnya pada dp = 0,999 sedangkan nilai dpmaks dapat didekati melalui nilai fungsi fC
%OP misalnya pada dp = 0,001.
1.3Alat dan Bahan
a) Alat
Pada praktikum ini membutuhkan peralatan seperti crusher atau ball mill untuk pengecilan ukuran partikel, mesin ayak dengan beberapa bidang ayak yang dilengkapi dengan vibrator (penggoyang /penggetar), dan neraca analitik atau neraca kasar. Untuk membersihkan bidang ayak dibutuhkan sikat halus dan kompresor sebagai penyedia udara tekan.
b) Bahan
Bahan yang akan digunakan pada praktikum ini dapat dipilih salah satu dari batu bata merah kering, pecahan genting atau keramik.
1.4Gambar Rangkaian Alat
2 2 Ket:
3 3 1. Tutup
2. Baut Pengunci
4 3. Susunan bidang ayak 4. Vibrator
1.5 Langkah – langkah Kerja
a) Gerus bahan praktikum, misal batu bata merah kering menggunakan crusher atau ditumbuk menggunakan batu atau palu hingga halus dan diperkirakan ukuran partikelnya akan terdistribusi baik pada setiap bidang ayak. Timbang hasil gerusan sebanyak M (sesuai petunjuk dosen Pembimbing)
b) Bersihkan bidang-bidang ayak menggunakan sikat dan udara tekan secara hati-hati. Jika diperlukan, timbang masing-masing bidang ayak setelah bersih.
c) Susun masing-masing bidang ayak mulai dari pan (tidak berlubang), lalu diikuti dengan bidang ayak terkecil / terhalus, selanjutnya bidang-bidang ayak yang berukuran lebih besar. Susunan bidang-bidang ayak ini kemudian ditempatkan pada vibrator.
d) Masukkan gerusan pada bidang ayak paling atas lalu pasang penutupnya secara hati-hati dan kencangkan baut penguncinya.
e) Pastikan knob selektor frekuensi untuk vibrator dan waktu pengayakan pada posisi 0 (nol). Hidupkan vibrator lalu atur frekuensi dan lama pengayakan sesuai petunjuk dosen Pembimbing.
f) Setelah pengayakan selesai, timbang masing-masing gerusan yang berada diatas setiap bidang ayak. Gunakan trik untuk menimbang gerusan ini!!
Penting : Jangan menimbang secara langsung setiap bidang ayak berisi gerusan, jika menggunakan neraca analitik dengan kapasitas yang terbatas!!!!
1.6 Keselamatan Kerja
a) Gunakan kaca mata saat melakukan operasi pengecilan ukuran bahan
praktikum menggunakan crusher dan atau saat membersihkan peralatan menggunakan sikat dan udara tekan.
b) Jangan pernah bermain-main dengan crusher / ball mill. Hidupkan alat- alat tersebut hanya jika penutup alat sudah terkunci. Hoper pada crusher kalau perlu juga selalu ditutup.
c) Sebelum menghidupkan mesin ayak ( maksudnya bagian vibrator ), pastikan knob selektor frekuensi untuk vibrator dan waktu pengayakan pada posisi 0 (nol).
d) Crusher / ball mill dan mesin ayak terutama semua bidang ayaknya harus kembali bersih setelah praktikum selesai. Gunakan sikat dan udara tekan untuk membersihkannya. Lakukan dengan hati-hati karena kawat ayaknya mudah sobek.
1.7 Data Hasil Percobaan
Setiap kelompok praktikan harus membentuk 2 atau 3 sub-kelompok yang masing-masing harus membuat sieve analysis table dengan data yang berbeda (misal dengan jumlah sampel M=0,3 ; 0,4; dan 0,5 kg). Data tabel yang diisikan meliputi nomor ayak, dp, OP, OP%, Pi%, C%OP dan P% sebagai berikut:
1.8 Data
No Diameter ayakan (mm)
Berat kertas kosong + batu bata (gram)
Variasi waktu ( menit)
5 10
2 2 mm 4,9735 117,1599 105,43
3 1,7 mm 4,6653 20,0553 20,85
4 1,4 mm 4,7552 19,2938 19,41
…. 1 4,6809 20,3394 28,16
…. 600 4,6107 38,4708 38,05
pan 4,6150 213,4399 225,01
Total M
Perhitungan
1.9 Perhitungan
Konversi satuan
Misalnya perhitungan untuk lebar ayakan 2 mm 1. Menghitung oversized product (OP)
OP = (Berat kertas + partikel) – (berat kertas kosong) Misalnya perhitungan pada percobaan dp = 2 mm
OP = 117,1599
2. Menghitung massa (M) total Mtotal = ∑ 𝑂�
Misalnya perhitungan pada percobaan frekuensi = 0,6
Mtotal = (117,159 + 20,00553 + 19,2938+ 20,3394+38,4708+
213,4399)g
Mtotal = 436,7591 g
3. Menghitung oversized product percentage (OP%)
OP% = 𝑂��
�
Misalnya perhitungan pada percobaan dp = 2 mm
OP% = 117,1599 436,7591
= 0,2682
4. Menghitung comulative percentage (C%OP) C%OPi = ∑in=1 C%OPi
Misalnya perhitungan pada percobaan frekuensi = 0,6 dan dp = 2 mm C%OP = (0+0,2682) g
C%OP = 0,2682g
