BAB 2.2 FILTRASI
• Filtrasi/penyaringan adalah metoda pemisahan scr mekanik dari campuran2 zat padat & fluida (cairan atau gas) dg bantuan suatu filter yg berfungsi sBG media perangkap zat padat. Metoda filtrasi ini dig untuk memisahkan suspensi dg ukuran partikel zat padat yg lembut.
• Proses filtrasi mungkin sudah sering dilihat dlm kehidupan sehari-hari, spt misalnya melakukan penyortiran daun-daun teh setelah proses fermentasi, atau saat mengolah jelly/jam dari buah-buahan yg dimasak. Juga telah umum dikenal, bahwa melalui tanah liat, pasir, dan batu-batuan, scr menakjubkan air tanah dapat terfiltrasi dg bagusnya menjadi air jernih. Ketiga contoh tersebut masing-masing mewakili tiga jenis filtrasi, yaitu sieving filtration, deep-bed filtration, dan cake filtration.
• Pada filtrasi kue (cake filtration) suspensi dialirkan melalui suatu media filter shg partikel-partikel padat yg terkandung di dalamnya masuk ke dalam pori- pori media filter dan membentuk suatu lapisan tipis, yg mana scr berangsur- angsur akan mengambil alih proses filatrasi yg sebelumnya dilakukan oleh media filter.
• Partikel-partikel yg terperangkap pada pori-pori media filter dari waktu ke waktu menjadi makin banyak sampai akhirnya
TIK
1. Menjelaskan kondisi operasi filtrasi 2. Menentukan tahanan spesifik cake
proses filtrasi mjd terganggu karenanya, misalnya terjadi penurunan tekanan yg sangat besar shg tidak ada lagi suspensi yg dapat melewati media filter. Keadaan ini digambarkan dg suatu istilah choking atau blocking. Dalam keadaan ini, hasil “tangkapan” atau kemudian disebut sebagai filter cake, yg terkumpul di atas media filter harus dikeluarkan dan proses filtrasi untuk sementara dihentikan.
• Sejalan dg semakin banyaknya partikel2 yg terperangkap pd media filter dan membentuk filter cake, maka akan tjd penurunan tekanan, yg mana bersama-sama dg berat cake itu sendiri akan menyebabkan gaya yg menekan pd bidang media filter. Untuk menahan gaya ini, maka scr umum diperlukan suatu pendukung filter (filter support) yg dapat diletakkan di bawah media filter.
• Pemilihan media filter biasanya berdasarkan pertimbangan penurunan tekanan (pressure drop) yg akan terjadi. Mis, untuk menghindari tingginya pressure drop yg tidak perlu, scr umum harus dipilihkan suatu media filter yg lebar pori-porinya lebih besar dari pada ukuran partikel terkecil yg seharusnya dapat ikut terfiltrasi. Dg demikian filtrat yg terbentuk sedikit banyak masih mengandung partikel-partikel padat shg perlu dikembalikan lagi ke tangki penyimpan suspensi (suspension storage tanks).
2.2.1 Penurunan Rumus Filtrasi Kue (Cake Filtration)
Scr umum aliran di dlm pori-pori filter cake adalah laminer. Untuk suspensi dg ukuran zat padat sama besar dan seragam, maka zat-zat padat hanya akan tertimbun di permukaan filter cake. Ttp jika0d2istribusi ukuran partikelnya begitu lebar, maka partikel- partikel terkecil akan dpt meyusup ke dalam ruang kosong antara partikel-partikel terbesar. Keadaan ini biasanya dijumpai pada dep- bed filtration. Karena itu perlu diandaikan bahwa porositas filter cake sela0m6a proses filtrasi tidak berubah.
Pressure drop DPc saat cake memiliki ketebalan l dapat ditentukan berdasarkan persamaan Carman-Kozeny (Coulson & Richardson, 1978) dg asumsi bahwa aliran di dalam pori-pori cake tetap laminer dan porositas cake konstan.
Konstanta rc adalah konstanta yang menyatakan besarnya tahanan filtrasi yang disebabkan oleh cake setebal l. Nilai rc dapat dengan mudah ditentukan melalui suatu percobaan di laboratorium seperti akan terlihat pada pembahasan lebih lanjut
Jika pengaruh media filter ekivalen dg pengaruh cake setebal L, maka sesuai persamaan (3.1)m di atas, maka pressure drop DPF ini juga dapat dinyatakan seperti berikut.
Persamaan (3.6) memberikan 2 alternatif pengkondisian proses filtrasi, yakni kondisi operasi dengan pressure drop DP konstan dan dengan laju alir volume konstan. Dua kondisi tersebut akan menentukan rumus-rumus filtrasi yang berbeda seperti terlihat berikut ini.
2.2.2 Filtrasi Kue pada Kondisi DP Konstan
Volume filtrat V dan tebal cake l pada persamaan (3.6) adalah dua variabel yang saling berhubungan sehingga persamaan tersebut tidak boleh secara langsung dideferensialkan. Kedua variabel tersebut harus saling mewakili, jadi dalam hal ini V harus dinyatakan dalam l atau sebaliknya l dinyatakan dalam V.
Persamaan (3.14) adalah persamaan linier antara variabel V dan t/V, sehingga jika digambarkan hubungan variabel V dan t/V tersebut pada suatu sistem koordinat akan dihasilkan suatu garis lurus yang disebut garis filtrasi. Jika slope dan intercept dari garis filtrasi diketahui, nilai rc dan L dapat dihitung.
Untuk menentukan rc dan L secara percobaan, maka harus diplotkan data percobaan t/V dan V untuk setiap interval waktu tertentu selama proses filtrasi pada kondisi pressure drop konstan, kemudian dengan metode analisis regresi linier dihitung slope dan intercept dari garis filtrasi yang terjadi, sehingga nilai rc dan L dapat dihitung.
Dengan dua data tersebut, rF dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.4).
2.2.3 Filtrasi Kue pada Kondisi Laju Alir Volume Konstan Pada kondisi laju alir volume konstan, maka dV/dt pada persamaan (3.6) berubah menjadi V/t. Dengan demikian persamaan (3.6) atau (3.9) dapat secara langsung disselesaikan tanpa melalui integral dan menghasilkan:
Parameter cake yang terpenting adalah porositas cake e dan specific cake resistance rc. untuk membahas parameter filter cake ini, maka pertama-tama didefinisikan suatu rasio masa zat padat di dalam suspensi sebagai berikut
Rasio masa X adalah perbandingan antara zat padat (solid) dan masa fluida murni. Misalnya untuk X = 0,1 berarti di dalam 1,1 kg suspensi terdapat 0,1 kg zat padat dan 1 kg cairan.
Jika rasio suspensi diketahui, masa zat padat di dalam cake dapat dihitung dengan memperhitungkan porositas dan tingkat kebasahan cake. Sesuai dengan definisi porositas, maka masa zat padat Mp di dalam cake dengan volume Vc dapat ditentukan sebagai berikut.
Disini VRK adalah vol ruang kosong antar partikel padat pd filter cake yg terisi
oleh fluida cair, sedangkan VP adalah vol zat padat di dlm cake.
Sejumlah masa zat padat MP ini tertahan dan membentuk cake. Dg memperhitungkan cairan yg mengisi rongga2 di dlm cake, vol filtrat dan rasio masa X dari suspensi, maka MP dpt juga dihitung dari pers (3.16) sbb.
2. Filter Press
Plate and Frame Filter Press umumnya digunakan dalam proses kimia secara batch. Filter unit terdiri atas sejumlah plates dan frames yang masing-masing plate dilapisi oleh with filter cloth. Filtrate mengalir melalui cloth dan meninggalkan padatan yang menempel pada permujkaan filter cloth. Frame ini juga berfungsi sebagai celah (tebal cake) dimana cake terkumpul.
