135328120 laporan praktikum filtrasi
DESCRIPTION
adsadsadTRANSCRIPT
BAB I
Latar belakang praktikum Unit Operation Process (UOP) ini adalah untuk
memenuhi syarat kelulusan mata kuliah praktikum Unit Operation Process (UOP)
serta upaya untuk memperdalam pemahaman tentang proses operasi teknik dan
aplikasinya yang terdapat di bidang teknik kimia, yang selama ini hanya kami
dapatkan secara teoritis di kuliah biasa ataupun dari sumber lain.
Seperti yang telah kita ketahui, di zaman sekarang ini, teknologi dari unit-unit
operasi telah berkembang sangat pesat dalam hal penggunaannya maupun
pengembangannya. Dalam praktikum kali ini, kita akan membahas filtrasi. Filtrasi
banyak dimanfaatkan untuk membersihkan air dari sampah pada pengolahan air,
menjernihkan preparat kimia di laboratorium, menghilangkan pirogen dan pengotor
pada air suntik injeksi dan obatobat injeksi, dan membersihkan sirup dari kotoran
yang ada pada gula dan untuk memurnikan bahan-bahan obat dari partikel dan bahan
yang tidak diinginkan sehingga dapat menjamin hasil akhir dari suatu produk obat
yang berkualitas dan sesuia syarat yang ditentukan.
Dari penjelasan di atas, kita tahu bahwa penggunaan filtrasi sangatlah luas dan
tidak terbatas pada hal-hal di atas. Oleh karena itu, Departemen Teknik Kimia
Universitas Indonesia memutuskan unutuk dapat mempelajari lagi secara lebih
mendalam tentang filtrasi.
Melakukan uji coba (test) filtrasi pada tekanan konstan dengan menggunakan
filter press kecil agar metode uji coba dapat dikuasai; dan untuk mengobservasi
mekanisme pemisahan solid – liquid .
Menguji persamaan filtrasi dari Routh dan Lewis, serta menentukan konstanta-
konstanta yang ada dalam persamaan tersebut.
Mengukur/menentukan jumlah filtrat per unit waktu pada filtrasi larutan slurry
pada tekanan tetap
1.3 Teori Dasar
1.3.1 Pengertian Filtrasi
melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu
tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari
penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang
difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin
saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru limbah padatnyalah yang
harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Seringkali umpan
dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju
filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan
tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae. Oleh karena
varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang
berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan.
Hal yang paling utama dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui
media berpori. Filtrasi dapat terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya ;
gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal. Pada beberapa proses media filter
membantu balok berpori (cake) untuk menahan partikel-partikel padatan di
dalam suspensi sehingga terbentuk lapisan berturut turut pada balok sebagai
filtrat yang melewati balok dan media tersebut.
Filtrasi biasa dilakukan pada skala laboratorium sampai slaka pilot
plant/industri baik dengan cara batch maupun kontinyu.
a) Filtrasi Skala Laboratorium.
yang tidak larut dalam cairan. Penyaringan menggunakan corong gelas dan
kertas saring dan hasil saringan disebut filtrat.
b) Filtrasi Skala Industri
Sebelum peralatan filtrasi digunakan harus diperiksa dahulu supaya
tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan pada waktu beroperasi, misalnya
penyaring tidak berfungsi secara optimum. Fluida mengalir melalui media
penyaring karena adanya perbedaan tekanan yang melalui media tersebut.
penyaring dilakukan agar dapat beroperasi pada:
1) Tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring
2) Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring
3) Dan vakum pada bagian bawah
Tekanan di atas atmosfer dapat dilakukan dengan gaya gravitasi pada
cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower,atau
dengan gaya sentrifugal. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring
bias jadi tidak lebih baik daripada saringan ( screen) kasar atau dengan
menggunakan partikel kasar seperti pasir.
Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu
aliran cairan kristal kasar,penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair.
Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum,
atau pemisah sentrifugal. Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau
diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring terus-menerus
( steady) atau hanya sebagian. Sebagian besar siklus operasi dari penyaring
diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinyu, tetapi harus
dihentikan secara periodik untuk membuang padatan yang terakumulasi.
Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama
peralatan beroperasi.
menjadi Penyaring gaya berat (gravity filters), Penyaring tekanan (Pressure
filters), Penyaring vakum (Vacuum filters), Penyaring sentrifugal (Centrifugal
filters).
Gravitasi adalah sistem pengaliran air dari sumber ke
tempat reservoir dengan cara memanfaatkan energi potensial gravitasi yang
dimiliki air akibat perbedaan ketinggian lokasi sumber dengan lokasi reservoir
Merupakan tipe yang paling tua dan sederhana.
Filter ini tersusun atas tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang
dan diisi dengan pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminer.
Filter ini dugunakan untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan
mengandung sedikit padatan. Contohnya : pada pemurnian air.
2. Penyaring tekanan (Pressure filters)
Suatu mesin press bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk
menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan
dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas.
Slurry dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan tekanan tertentu; cairan
melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan cake
basah dibelakangnya.
Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau
lingkaran, vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk
dengan cetakan plat berbahan polipropelina. Dalam desain lain,
kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-
frame press), yang didalamnya terdapat plat persegi panjang yang pada satu sisi
dapat diubah-ubah. Pengoperasiannya sebagai berikut :
1. Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam,
dengan kain melingkupi permukaan setiap plat,dan ditekan dengan keras
bersama dengan memutar skrup hidrolik.
2.
Slurry memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai.
3. Slurry mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut.
4. Jalur tambahan mengalirkan slurry dan jalur utama ke dalam setiap
bingkai.
5. Padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat.
6. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat
(corrugation), dan keluar dari mesin press.
7. Setelah merangkai mesin press, slurry dimasukkan dengan pompa atau
tangki bertekanan (Pada percobaan ini 0,1 sampai 0,2 bar)
Gambar 3. Filter Press
Vacuum filter juga merupakan alat sterilisasi yang menggunakan prinsip
fisik mekanis, yaitu filtrasi. Komponen alat ini adalah dua wadah penampung
yang dibatasi oleh filter, serta sebuah lubang untuk pompa vakum. Wadah
pertama yang terletak di bagian atas berfungsi untuk menampung cairan yang
akan disterilisasi, dan wadah penampung kedua yang terletak dibawah berfungsi
untuk menampung cairan yang sudah disterilisasi. Kedua wadah ini dibatasi oleh
filter berpori-pori besar. Filter ini akan dilapisi lagi dengan membrane sesuai
dengan kebutuhan. Wadah bagian bawah memiliki lubang yang dapat
dihubungkan dengan pompa vakum. Saat bagian bawah vakum, cairan dari wadah
atas akan tertarik untuk melewati filter menuju bagian bawah.
4. Penyaring sentrifugal ( Centrifugal filters)
Padatan yang membentuk cake berpori dapat dipisahkan dari cairan
dengan penyaringan berpusing. Umpan dimasukkan ke dalam keranjang
medium penyaring seperti kanvas atau kain logam. Tekanan yang dihasilkan
dari gaya sentrifugal memaksa cairan melewati medium penyaring,
meninggalkan padatannya. Jika umpan yang masuk keranjang dihentikan dan
padatan cake diputar untuk waktu yang singkat, kebanyakan cairan residu di
dalam cake mengalirkan partikel sehingga padatan lebih kering daripada hal
yang sama untuk mesin pres bersaringan (filter press) atau penyaring vakum
(vacuum filter). Ketika material yang tersaring harus dikeringkan secara
berurut dengan alat pemanas, pemakaian penyaring ini dapat dipertimbangkan
sebagai langkah ekonomis.
1.3.3 Media Filter
Pada operasi filter, umumnya dikenal dua macam media filter yaitu
media filter primer dan media filter sekunder.
Media filter primer sebenarnya bukan suatu media filter yang
sesungguhnya, melainkan sebagai media filter pembantu yang menahan zat
padat pada permulaan proses. Media filter primer ini dapat berupa kain, kertas
saring, dan sebagainya, yang dipasang pada permukaan filter.
Zat padat yang di permukaan filter membentuk lapisan cake yang dapat
berfungsi sebagai media filter yang sesungguhnya. Media filter inilah yang
diperkirakan/diperhitungkan karena akan mempengaruhi besarnya penahan
filtrasi. Filtrasi dapat dianggap dimulai dengan penahanan sama dengan nol,
berarti belum terbentuk cake. Dalam hal ini perlu dihitung suatu besaran Ve
(volum ekivalen), ialah volum filtrat yang menghasilkan cake yang
mempunyai penahanan sama dengan filter cloth (media filter primer) serta
saluran-saluran dalam filter yang dipakai untuk penyaringan.
Cake dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:
a. Compressible cake, ialah cake yang mengalami perubahan struktur dalam
oleh adanya tekanan (ruang porous dalam cake mengecil, tahanan filtrasi
makin besar). Hal ini mengakibatkan proses filtrasi menjadi semakin sulit.
Peristiwa ini terjadi terutama bila bahan yang disaring berbentuk koloidal.
b. Non Compressible cake, ialah cake yang tidak mengalami perubahan
struktur walaupun diadakan penekanan terhadapnya. Dalm praktek, non
compressible cake ini tidak ada, tapi untuk mempermudah perhitungan
diadakan pendekatan dengan memakai rumus-rumus yang berlaku untuk
non compressible cake.
1.3.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Filtrasi
Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktor –
faktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi,
efisiensinya, dan sebagainya. Faktor – faktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman
media, ukuran dan material, konsentrasi kekeruhan, tinggi muka air, kehilangan
tekanan, dan temperatur.
1. Debit Filtrasi
Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara
efisien. Sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempurna, akibat
adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran
media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan
butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang
terlalu tinggi saat melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel – partikel
yang terlalu halus yang tersaring akan lolos.
2. Konsentrasi Kekeruhan
Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan
tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam
melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air
baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang
terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya
dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi.
3. Temperatur
Adanya perubahan suhu atau temperatur dari air yang akan difiltrasi,
menyebabkan massa jenis (density), viskositas absolut, dan viskositas kinematis
dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya
tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi
perbedaan dalam ukuan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan
mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi
terhadap efisiensi daya saring filter.
4. Kedalaman media, Ukuran, dan Material
Pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam
perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya
pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya
saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama.
Keadaan media yang terlalu kasar atau terlalu halus akan menimbulkan
variasi dalam ukuran rongga antar butir. Ukuran pori sendiri menentukan
besarnya tingkat porositas dan kemampuan menyaring partikel halus yang
terdapat dalam air baku. Lubang pori yang terlalu besar akan meningkatkan rate
dari filtrasi dan juga akan menyebabkan lolosnya partikel – partikel halus yang
akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan
kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging
(penyumbatan lubang pori oleh partikel – partikel halus yang tertahan) yang terlalu
cepat.
5. Tinggi Muka Air Di Atas Media dan Kehilangan Tekanan
Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit
atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas
media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. Dengan
muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (bila filter dalam keadaan
bersih). Muka air diatas media akan naik bila lubang pori tersumbat (terjadi
clogging) terjadi pada saat filter dalam keadaan kotor.
Untuk melewati lubang pori, dibutuhkan aliran yang memiliki tekanan yang
cukup. Besarnya tekanan air yang ada diatas media dengan yang ada didasar
media akan berbeda di saat proses filtrasi berlangsung. Perbedaan inilah yang
sering disebut dengan kehilangan tekanan (headloss). Kehilangan tekanan akan
meningkat atau bertambah besar pada saat filter semakin kotor atau telah
dioperasikan selama beberapa waktu. Friksi akan semakin besar bila kehilangan
tekanan bertambah besar, hal ini dapat diakibatkan karena semakin kecilnya
lubang pori (tersumbat) sehingga terjadi clogging.
1.3.5. Persamaan Ruth
Jika filtrasi dilakukan pada P konstan, maka hubungan antara waktu
tertentu t (detik) dengan total volum filtrat Vf (cm3) yang terkumpul selama
waktu t, dapat diekspresikan delam persamaan:
(1)
A = luas permukaan filter
Dengan: n, m, dan K adalah konstanta yang ditentukan oleh percobaan.
Jika dimisalkan sebagai C kemudian kedua ruas diubah menjadi
bentuk logaritma, maka persamaan Lewis menjadi:
m.log Vf = log C + log t (4)
log t = m.log Vf - log C
y = a x b
Dari bentuk tersebut maka dapat diplot grafik antara log Vf sebagai
sumbu-x dan log t(waktu) sebagai sumbu-y. Persamaan Lewis juga dapat
ditulis sebagai:
Jika (Vf m / K.Am) dimisalkan sebagai β dan persamaan diubah ke dalam
bentuk logaritma maka bentuknya menjadi :
log t = -n log P + log β (6)
y = a x b
Dari data percobaan log P (sumbu-x) dan log t (sumbu-y) dapat diplot
sebagai sebuah grafik yang menghasilkan persamaan garis lurus (linear).
BAB II
2.1 Percobaan
A. Persiapan
1. Membuka plate dan frame dengan memutar roda penekan (handle), memasukkan
kertas saring ( filter cloth) pada masing-masing frame dengan teratur dengan
meluruskan lubang-lubang frame-nya.
2. Memberi rubber packing di antara plate dan frame, kemudian menutup kembali
dengan mengencangkan handle.
3. Menutup kran V-1 (drain valve) dan memasukkan slurry yang telah dibuat dengan
konsentrasi tertentu, yaitu 200 gram tepung dan air sampai ketinggiannya 10 cm di
bawa mulut tangki reservoar.
4. Mengaduk slurry secara kontinyu agar konsentrasi slurry tetap uniform.
B. Percobaan
1.
Membuka penuh kran V-2 (return valve), menutup rapat kran V-3 ( feed valve), dan
menghidupkan pompa sehingga terjadi resirkuasi larutan di antara reservoar dan
pompa.
2.
Membuka kran V-3 dan membuang/menghilangkan udara di dalam filter press.
Mengatur bukaan kran V-2 dan/atau kran V-3 untuk menjaga agar tekanan konstan.
3. Meletakkan gelas ukur 2 Liter di bawah kran V-4 ( filtrate delivery valve).
4.
Menjaga agar tangki reservoar tidak benar-benar kosong, karena tangki reservoar
akan segera kosong setelah beroperasi, dengan cara menyiram dengan hati-hati
larutan slurry di dalam tangki reservoar. Untuk meyakinkan, mematikan pompa
sebelum tangki benar-benar kosong.
5. Selama percobaan filtrasi, mengatur bukaan kran V-2 atau kran V-3 secara terus-
menerus untuk memperoleh tekanan yang konstan.
6.
Mencatat waktu-waktu tertentu (t ) selama filtrasi dengan menggunakan stopwatch dan
mengukur volume filtrat (V f ) yang tertampung pada masing-masing waktu tersebut.
Percobaan filtrasi dilakukan selama 20 menit, dengan interval pengambilan data
volume filtrat adalah setiap 2 menit.
8.
Memutar handle untuk membuka plate dan frame, kemudian mencuci filter cloth,
frame, dan plate sampai benar-benar bersih dan tidak ada cake yang tersisa.
9. Luas media fiter dimana cake terbentuk adalah luas filtrasi actual yang dapat
ditentukan dengan mengukur luas sebenarnya.
10. Mengulangi langkah percobaan A.1 sampai B.8 untuk variasi tekanan sebesar 0.1 bar
dan 0.2 bar.
2.2 Data Pengamatan
Dari data t dan Vf total yang diambil, dapat dilakukan pengolahan data filtrasi yang ditinjau
berdasarkan Persamaan Routh dan Persamaan Lewis untuk mendapatkan konstanta-konstanta
persamaan tersebut.
Waktu P = 0,1 kgf/cm 2 P = 0,2 kgf/cm
2
0-120 640 1040
120-240 645 1092
240-360 641 945
360-480 620 995
480-600 640 995
600-720 638 990
720-840 640 990
840-960 640 980
960-1080 640 995
1080-1200 638 970
t Vf (ml)
2 120 640 1040
4 240 1285 2132
6 360 1926 3077
8 480 2546 4072
10 600 3186 5067
12 720 3824 6057
14 840 4464 7047
16 960 5104 8027
18 1080 5744 9022
20 1200 6382 9992
BAB III
PENGOLAHAN DATA
III. 1 Menentukan Konstanta j dan h Persamaan Routh
Persamaan Routh merumuskan hubungan antara waktu t (sekon) dengan total volume
filtrate Vf (ml) sebagai berikut :
Kemudian, untuk menentukan konstanta j dan h dari percobaan ini, pertama persamaan
Routh dilinierisasi menjadi :
t/Vf Vf t/Vf Vf
120 0,188 640 0,115 1040
240 0,187 1285 0,113 2132
360 0,187 1926 0,117 3077
480 0,189 2546 0,118 4072
600 0,188 3186 0,118 5067
720 0,188 3824 0,119 6057
840 0,188 4464 0,119 7047
960 0,188 5104 0,120 8027
1080 0,188 5744 0,120 9022
1200 0,188 6382 0,120 9992
Kemudian dilakukan plot terhadap persamaan 2 menggunakan data dari tabel 2, yaitu
plot grafik t/Vf vs Vf ,yaitu:
(7)
(8)
Departemen Teknik Kimia Page 15
Grafik 1. Grafik persamaan Routh
Dari hasil plot grafik maka akan diperoleh sebuah garis lurus dengan gradien 1/h dan
intercept 2j/h.
Menghitung h
III.2 Menentukan Konstanta m, n, dan K Persamaan Lewis
Sama seperti Routh, Lewis juga merumuskan suatu fungsi yang dapat menggambarkan
diperoleh:
Departemen Teknik Kimia Page 17
Nilai konstanta m dapat diperoleh dengan memplot log t terhadap log Vf ke dalam
grafik. Kemudian dari persamaan garis lurus pada grafik, nilai konstanta m ini
ditentukan dari slope grafik yang dihasilkan.
Tabel 3. Tabel Pengolahan Data Persamaan Lewis modifikasi 1
t (s) log t P = 0,1 kgf/cm2 P = 0,2 kgf/cm2
Vf (ml) log (Vf ) Vf (ml) log (Vf )
120 2,0792 640 2,8062 1040 3,0170
240 2,3802 1285 3,1089 2132 3,3288
360 2,5563 1926 3,2847 3077 3,4881
480 2,6812 2546 3,4059 4072 3,6098
600 2,7782 3186 3,5032 5067 3,7048
720 2,8573 3824 3,5825 6057 3,7823
840 2,9243 4464 3,6497 7047 3,8480
960 2,9823 5104 3,7079 8027 3,9046
1080 3,0334 5744 3,7592 9022 3,9553
1200 3,0792 6382 3,8050 9992 3,9997
Grafik 2. Grafik persamaan Lewis Mencari Konstanta m
Dari dua persamaan garis lurus yang didapat, masing-masing pada Δp = 0,1 kgf/cm2
dan Δp = 0,2 kgf/cm2, dapat diketahui nilai konstanta m pada persamaan Lewis adalah
slope kedua persamaan , yaitu 1,002 dan 1,024.
m rata-rata = 1,013
y = 1.0027x - 0.7354
R² = 1
y = 1.024x - 1.0166
R² = 0.9998
l o g t
Sedangkan untuk menentukan konstanta n dari persamaan Lewis, diperoleh dengan
melinearkan persamaan 9.
y = m x + C
Nilai Vf yang digunakan pada variasi tekanan adalah 5104 ml pada t = 960 detik saat
ΔP = 0,1 kgf/cm2 , sedangkan pada data percobaan saat ΔP = 0,2 kgf/cm2 tidak terdapat
nilai Vf = 0,005104 m3 maka dilakukan interpolasi dan didapat waktu saat Vf = 5104 ml
adalah 605 detik.
Vf = 5104 m 3
960 2,982 0,1 -1
605 2,782 0,2 -0,699
Dengan memplot log t terhadap log P , maka akan diperoleh garis lurus dengan
gradien -n dan intercept log β sehingga praktikan dapat menentukan konstanta n.
(11)
Grafik 3. Grafik Persamaan Lewis Mencari Konstanta m dan K
Persamaan garis lurus yang diperoleh dari grafik: y = -0,666x + 2,316 sehingga n =
0,666 dan β = 102,316 = 207,01 dimana
l o g t
BAB IV
4.1 Analisa Percobaan
Pada percobaan filtrasi ini, tujuan dari percobaan adalah untuk melakukan proses
filtrasi pada tekanan tetap, mengamati proses pemisahan antara solid dan liquid, serta
menguji dan menentukan konstanta-konstanta dalam persamaan Ruth dan Lewis.
Filtrasi merupakan proses pemisahan zat padat terhadap zat cair dari suatu slurry
dengan menggunakan media porous, dimana media porous ini akan membiarkan cairan lewat
namun menahan padatannya, sehingga zat padat yang tertahan (cake) akan bertindak sebagai
media porous yang baru. Pada praktikum filtrasi ini, percobaan dilakukan pada tekanan
konstan sehingga jenis filtrasi yang dilakukan adalah pressure filtration, yakni filtrasi yang
pengaliran bahannya menggunakan tekanan. Tujuan digunakannya tekanan konstan pada
percobaan ini adalah agar memudahkan praktikan dalam mengamati proses filtrasi serta
memudahkan dalam perhitungan konstanta-konstanta dalam persamaan Ruth dan Lewis. Pada
praktikum ini, tekanan yang digunakan adalah sebesar 0,1 kgf/cm2 dan 0,2 kgf/cm2.
Gambar 4. Peralatan Filtrasi
Langkah pertama dalam praktikum filtrasi ini yaitu mempersiapkan larutan slurry.
Larutan slurry dibuat dengan cara memasukkan tepung sebanyak 200 gram dalam tanki
Departemen Teknik Kimia Page 21
memasukkan air ke dalam tanki, pengaduk dalam tanki dapat dinyalakan sehingga tepung dan
air dapat tercampur sempurna serta konsentrasi slurry tetap uniform.
Gambar 5. Slurry Yang Sedang Diaduk
Langkah selanjutnya, praktikan memutar roda penekan (handle) lalu menyusun kertas
saring ( filter colth) pada masing-masing frame dengan teratur serta memasang rubber
packing diantara plate dan frame. Setelah menyusun media filter, praktikan kembali memutar
roda penekan hingga susunan media filter benar-benar kencang dan rapat sehingga tidak ada
larutan slurry yang tidak tersaring oleh media filter.
Langkah berikutnya, praktikan menyalakan pompa dan membuka valve 2 dan
membiarkan larutan slurry mengalir melewati media filter dan keluar melalui sebuah selang
kecil. Selagi larutan slurry mengalir, praktikan menjaga agar tekanan yang terbaca pada alat
pengukur tekanan tetap konstan pada angka 0,1 kgf/cm2 dengan cara mengatur bukaan valve
2. Saat larutan filtrat mulai keluar dari selang kecil, praktikan menampungnya dalam gelas
ukur dan mencatat berapa volume filtrat yang tertampung dalam gelas ukur setiap 2 menit
selama 20 menit.
Gambar 6. Alat Pengukur Tekanan dan Valve 2
Setelah 20 menit, praktikan menutup valve 2, sehingga larutan slurry berhenti
mengalir ke media filter. Praktikan kemudian membuka roda penekan dan mengeluarkan
kertas saring, rubber packing, plate,dan frame kemudian membersihkan cake yang terbentuk
hingga bersih. Praktikan kembali mengulangi percobaan dengan tekanan konstan 0,2 kgf/cm2.
Pada percobaan ini, media filter berupa kertas saring, frame, rubber packing , dan
plate merupakan media filter primer. Media filter primer ini bukan merupakan media filter
yang sebenarnya, melainkan hanya berfungsi sebagai media filter pembantu yang menyaring
padatan dari larutan slurry. Media filter sesungguhnya adalah cake yang terbentuk ketika
proses filtrasi sudah berlangsung. Cake yang terbentuk ini merupakan media filter sekunder
yang berfungsi sebagai media porous baru yang membantu menyaring padatan dari larutan
slurry sehingga cake yang terbentuk semakin lama semakin tebal.
Cake yang terbentuk pada percobaan filtrasi ini adalah jenis compressible cake yakni
cake yang dapat mengalami perubahan struktur karena adanya tekanan. Ruang porous dalam
cakei jenis ini mengecil, sehingga tahanan filtrasinya menjadi semakin besar, dan akibatnya
proses filtrasi menjadi semakin sulit. Cake yang terbentuk pada percobaan filtrasi ini
merupakan jenis compressible cake dikarenakan larutan slurry yang disaring berbentuk
koloidal. Selain itu, jika cake yang terbentuk pada percobaan ini ditekan dengan tangan, maka
akan mudah sekali mengalami perubahan bentuk, yang menandakan bahwa cake yang
terbentuk benar merupakan jenis compressible cake.
Meskipun cake yang terbentuk pada percobaan filtrasi ini adalah jenis compressible
cake, namun pada perhitungan konstanta-konstanta dalam persamaan Ruth dan Lewis,
diasumsikan bahwa cake yang terbentuk merupakan jenis non compressible cake. Hal ini
dilakukan untuk mempermudah dalam perhitungan konstanta-konstanta dalam persamaan
Ruth dan Lewis.
Analisa Data
t Vf (ml)
2 120 640 1040
4 240 1285 2132
6 360 1926 3077
8 480 2546 4072
10 600 3186 5067
12 720 3824 6057
14 840 4464 7047
16 960 5104 8027
18 1080 5744 9022
20 1200 6382 9992
Departemen Teknik Kimia Page 24
Data di atas merupakan data volume filtrat yang kumulatif tertampung pada gelas ukur.
Sementara data volume filtrat yang tertampung tiap 2 menit adalah:
Waktu P = 0,1 kgf/cm 2 P = 0,2 kgf/cm
2
0-120 640 1040
120-240 645 1092
240-360 641 945
360-480 620 995
480-600 640 995
600-720 638 990
720-840 640 990
840-960 640 980
960-1080 640 995
1080-1200 638 970
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa pada tekanan 0,2 kgf/cm2 volume filtrat
yang tertampung tiap 2 menit lebih banyak daripada pada tekanan 0,1 kgf/cm2. Hal ini
dikarenakan pada tekanan yang lebih tinggi, lebih banyak slurry yang dapat tersaring
dalam media filter, sehingga volume filtrat yang keluar lebih banyak.
Selain itu, baik pada tekanan 0,1 kgf/cm2 maupun pada tekanan 0,2 kgf/cm2
volume filtrat yang tertampung memiliki nilai volume yang tidak beraturan semakin
berjalannya waktu. Berdasarkan teori, seharusnya semakin berjalannya waktu maka
volume filtrat yang tertampung akan semakin sedikit. Hal ini disebabkan, cake yang
tertahan akan menjadi media filter sekunder sehingga proses filtrasi akan menjadi semakin
sulit, dan akibatnya volume filtrat yang keluar akan semakin sedikit. Hal ini berlaku baik
pada tekanan 0,1 kgf/cm2 maupun pada tekanan 0,2 kgf/cm2. Kesalahan ini akan dibahas
pada bagian analisa kesalahan.
Dalam percobaan ini, volume filtrat yang terbentuk hanya digunakan untuk mencari
konstanta-kontanta dalam persamaan Ruth dan Lewis. Pada percobaan ini, keefektifan dari
proses filtrasi berkaitan dengan tekanan yang digunakan proses filtrasi, dimana semakin
tinggi tekanannya maka semakin banyak pula slurry yang dapat terfiltrasi, yang ditandai
dengan semakin banyaknya cake yang terbentuk serta kejernihan air filtrat yang keluar
dari selang kecil. Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut dalam analisa hasil percobaan.
Analisis Perhitungan
Analisis perhitungan dilakukan untuk menguji persamaan Routh dan persamaan Lewis
dalam proses filtrasi yang dilakukan oleh praktikan. Dengan mengambil asumsi bahwa
beda tekanan konstan (P = 0,1 kgf/cm2 untuk percobaan pertama dan P = 0,2 kgf/cm2
untuk percobaan ke dua).
Persamaan Routh
Persamaan Routh secara umum menjelaskan bahwa jika filtrasi dilakukan pada P
yang konstan maka hubungan antara waktu (t) dengan volume filtrat (V f ) dapat
diekspresikan dalam persamaan berikut:
(13)
Untuk memperoleh garis lurus, ubah persamaan (1) dengan membagi tiap ruas dengan
sehingga persamaan di atas menjadi persamaan baru seperti berikut:
(14)
Bentuk persamaan di atas merupakan bentuk linear dari persamaan awal sehingga akan
lebih memudahkan kita dalam menganalisis dengan cara melihat persamaan di atas dalam
bentuk y = a.x + b. Sehingga kita masukkan nilai-nilai untuk masing-masing komponen
yang merupakan perpotongan grafik dengan sumbu y.
Selain itu hubungan antara t dengan Vf selain dengan persamaan di atas dapat pula
ditentukan dengan persamaan berikut ini
(15)
di mana µ (viskositas), Rf (tahanan filter cloth), α (tahanan spesifik cake [m/kg]), C
(berat solid/volum liquid), dan A (luas permuukaan filter).
Lalu dengan perhitungan dan analisis yang telah praktikan lakukan maka praktikan
dapatkan:
Bentuk linearisasi persamaan Routh yang diperoleh oleh praktikan dengan meregresi
data-data yang diperoleh adalah y = 1,73E-07x + 0,187
b = 0,187
a = 1,73E-07
Departemen Teknik Kimia Page 26
Dengan mengetahui nilai a dan b maka maka praktikan dapat mengetahui nilai dari
konstanta J dan h. Setelah dihitung hasilnya sebagai berikut
Bentuk linearisasi persamaan Routh berdasarkan regresi data yang diperoleh oleh
praktikan adalah y = 6,7E-07x + 0,114
b = 0,114
a = 6,7E-07
Sama seperti sebelumnya maka praktikan dapatkan nilai konstanta J dan h sebagai
berikut
Dapat dilihat pada hasil perhitungan diatas, nilai tahanan filtrasi pada P 0.2 kgf/cm2
lebih kecil dibandingkan nilai tahanan filtrasi pada P 0.1 kgf/cm2. Praktikan menduga
bahwa telah terjadi suatu kesalahan pada pengambilan data atau pada percobaan karena
seharusnya seiring dengan kenaikan tekanan maka tahanan filtrasi juga akan semakin
besar karena ketika tekanan bertambah maka laju slurry akan semakin banyak yang masuk
filter sehingga cake yang terbentuk akan lebih banyak dan lebih cepat sehingga tahanan
filtrasinya akan semakin besar. Namun pada data percobaan yang didapat saja dapat dilihat
bahwa pada tekanan 0.2 kgf/cm2, data Vf yang didapat lebih besar dibandingkan dengan
data Vf pada tekanan 0.1 kgf/cm2, dapat diketahui dari situ saja memang tahanan
filtrasinya lebih kecil dibandingkan dengan pada saat tekanannya 0.1 kgf/cm2. Adapun
kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi pada percobaan ini akan dibahas pada bagian
analisis kesalahan.
Persamaan Lewis
* + (16)
Dengan n, m, dan K adalah konstanta yang ditentukan oleh percobaan yang telah
praktikan lakukan. Persamaan di atas setelah kita ubah menjadi
(17)
di mana kita misalkan dengan C maka persaman di atas dapat ditulis ulang
sebagai
(18)
(19)
(20)
Dari persamaan di atas yang merupakan bentuk persamaan linear maka persamaan di
atas akan memenuhi bentuk persamaan y = mx + c, dimana y = log t , x = log Vf , a = m,
dan b = - log C.
Bentuk linearisasi persamaan Lewis berdasarkan grafik plotting yang telah praktikan
lakukan adalah y = 1.002x – 0.735
b = 0.735
a = 1.002
Bentuk linearisasi persamaan Lewis berdasar plot grafik y = 1.024x – 1.016
b = 1.016
a = 1.024
Dari dua persamaan garis lurus yang didapat, masing-masing pada Δp = 0,1 kgf/cm2
dan Δp = 0,2 kgf/cm2, dapat diketahui nilai konstanta m pada persamaan Lewis adalah
slope kedua persamaan, yaitu 1,002 dan 1,024.
m rata-rata = 1,013
Sedangkan untuk menentukan konstanta n dari persamaan Lewis, diperoleh dengan
melinearkan persamaan
(23)
Dengan memplot log t terhadap log P , maka akan diperoleh garis lurus dengan gradien -n
dan intercept log β sehingga praktikan dapat menentukan konstanta n. Persamaan garis
lurus yang diperoleh dari grafik: y = -0,666x + 2,316 sehingga n = 0,666 dan β = 102,316 =
207,01. Jadi persamaan Lewis dari percobaan ini adalah
Dengan melihat perhitungan di atas dapat disimpulkan persamaan Lewis merupakan
suatu persamaan yang mengkorelasikan sebagai laju volume filtrat per luas
penampang frame sebagai hubungan eksponensial terhadap beda tekanan dan waktu. Pada
persamaan Lewis, P adalah variabel yang diubah dan dijaga konstan selama pengambilan
data dan variabel t sendiri adalah variabel independen di mana akan mempengaruhi
variabel lainnya. Luas penampang frame merupakan suatu yang konstan melainkan
mengalami perubahan karena luas penampang filter cloth akan berubah karena perubahan
karakteristik cake yang memiliki pori semakin mengecil akibat akumulasi cake. Namun
karena sesuai asumsi awal bahwa cake yang terbentuk adalah non-compresible cake maka
perubahan karakteristik sifat cake tidak berpengaruh sehingga A (luas penampang) akan
dianggap tetap.
Nilai m dan n sendiri adalah nilai eksponensial yang berubah agar terjadi
keseimbangan ruas kanan dan ruas kiri dari persamaan di atas. Dari perhitungan yang telah
praktikan dapatkan ternyata nilai eksponensial m berbeda cukup jauh sehingga praktikan
berkesimpulan bahwa penyesuaian nilai eksponensial cukup besar untuk P yang telah
ditentukan.
Analisis grafik didapatkan dari pengolahan data adalah sebagai berikut, yaitu:
Persamaan Routh
Grafik 1. Grafik Penentuan Konstanta Routh
Pada bagian awal (sebelah kiri grafik) terlihat bahwa bentuk grafik cenderung kurang
stabil. Hal ini disebabkan oleh pada awal pengambilan data percobaan, tekanan yang
tertera pada pressure gauge masih belum konstan (masih disesuaikan) sehingga
berpengaruh pada grafik. Perlu dicatat bahwa persamaan (13) :
akan berlaku bila filtrasi dilakukan pada Δp konstan. Hubungan antara Δp dengan volume
filtrat juga dapat dilihat melalui persamaan (15) yakni :
Dapat dilihat, grafik yang terbentuk cukup konstan dan agak sedikit naik pada
beberapa bagian. Hal tersebut dikarenakan praktikan menduga adanya kesalahan yang
terjadi pada praktikum ini sehingga menyebabkan ketidak-akuratan terjadi. Seharusnya
grafik yang terbentuk cenderung untuk turun ke bawah disebabkan oleh besarnya volume
filtrat yang terbentuk ( Vf ) semakin lama semakin sedikit, sesuai dengan prinsip bahwa
semakin lama, cake yang terbentuk semakin banyak sehingga semakin besar penahan
filtrasi. Akibatnya, volume filtrat yang dihasilkan ( Vf ) juga semakin sedikit.
Persamaan Lewis
Grafik 2. Grafik persamaan Lewis Mencari Konstanta m
Dari grafik persamaan Lewis di atas, dapat kita simpulkan bahwa seiring dengan
bertambahnya waktu, maka volume filtrat yang dihasilkan juga bertambah. Hal ini dapat
dilihat pada bentuk grafik yang naik ke atas, baik itu pada beda tekan 0,1 kgf/cm2 maupun
0,2 kgf/cm2.
Bila diperhatikan, grafik pada beda tekan 0,2 kgf/cm2 berada di sebelah kanan 0,1
kgf/cm2. Hal ini menandakan bahwa pada waktu yang sama, volume filtrat yang
dihasilkan oleh beda tekan 0,2 kgf/cm 2 lebih banyak dibandingkan oleh beda tekan 0,1
kgf/cm2. Hasil ini sesuai dengan persamaan Lewis :
Sehingga semakin besar Δp, maka semakin banyak pula volume filtrat yang dihasilkan.
4.3 Analisa Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
Tanki berpengaduk
Tanki digunakan sebagai wadah untuk mencampur tepung dan air menjadi slurry.
Sementara pengaduk digunakan sebagai alat untuk mengaduk tepung dan air agar
tercampur rata serta agar konsentrasi slurry tetap uniform.
Pompa
Pompa berfungsi sebagai alat untuk mensirkulasikan aliran slurry hingga melewati
media filter.
l o g t
Departemen Teknik Kimia Page 31
Valve atau keran berfungsi untuk mengatur kemana aliran slurry akan mengalir.
Valve 2 dalam percobaan ini berfungsi untuk mengatur besarnya tekanan.
Alat Pengukur Tekanan
Alat ini berfungsi untuk mengukur tekanan yang diatur oleh besarnya bukaan valve 2.
Media filter
Media filter terdiri dari kertas penyaring, rubber packing, plate, dan frame. Media
filter ini berfungsi sebagai media untuk menyaring slurry.
Roda pemutar/ Handle
Wadah Plastik
Wadah plastik berfungsi sebagai wadah untuk meletakkan tepung yang akan diukur
massanya.
Stopwatch digunakan sebagai alat untuk mengukur waktu pada saat menampung
volume filtrat.
Gelas ukur digunakan sebagai wadah untuk menampung filtrat serta mengukur
volumenya.
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
Tepung digunakan untuk membuat larutan slurry yang akan difiltrasi dalam
percobaan ini. Tepung sebagai zat terlarut akan dicampurkan dengan air hingga
membentuk suatu larutan yang diaduk secara konstan agar tetap uniform. Pada proses
filtrasi, tepung akan tertahan oleh media filter karena ukuran molekul tepung lebih
besar daripada pori-pori media filter, sementara air akan melewati media filter karena
ukuran molekulnya yang lebih kecil daripada pori-pori media filter. Tepung yang
tertahan oleh media filter akan menjadi cake dan berfungsi sebagai media filter
sekunder.
Air
Air digunakan sebagai pelarut tepung dalam pembuatan larutan slurry. Air akan lolos
melewati media filter dan keluar melalui selang kecil yang akan ditampung untuk
diukur volume filtratnya.
4.4 Analisa Kesalahan
Pada percobaan filtrasi kali ini, terdapat beberapa kesalahan yang mungkin terjadi
selama berlangsungnya percobaan sehingga menyebabkan ketidak akuratan pada hasil
pengolahan data. Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain:
a. Praktikan kurang teliti dalam mengukur volume filtrat. Hal tersebut dikarenakan
terkadang filtrat yang sudah tertampung dalam gelas ukur tidak mencapai garis skala
tertentu sehingga untuk mendapatkan data volume filtrat yang didapat praktikan
melakukan pembulatan pada skala filtrat.
b. Ada filtrat yang tumpah saat dilakukan pemindahan dari gelas ukur yang sudah penuh
ke gelas ukur yang masih kosong sehingga volume filtrat yang dicatat kurang akurat
c. Pembacaan tekanan yang kurang akurat oleh praktikan, sehingga data yang diperoleh
kurang akurat.
d. Terbuangnya sebagian kecil dari slurry yang belum digunakan karena praktikan lupa
menutup drain valve, sehingga perhitungan menjadi kurang akurat.
e.
Pemasangan filter press yang kurang rapat, sehingga terjadi kebocoran pada filter
press yang menyebabkan beda tekanan terkadang tidak konstan terutama pada awal
percobaan. Hal tersebut terlihat pada bagian atas filter terdapat cairan yang keluar
pada bagian bawah filter terdapat cairan yang menetes.
f. Penyesuaian bukaan valve untuk memperoleh beda tekanan yang diinginkan terlalu
lama, sehingga ada slurry yang terbuang dan filter cloth sendiri sudah terisi dengan
cake.
BAB IV
KESIMPULAN
1. Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari zat cair dari suatu slurry dengan
menggunakan media porous, yang meneruskan zat cairnya serta menahan padatannya
sehingga zat padat tersebut bekerja sebagai media porous yang baru.
2. Filter press merupakan alat filtrasi dengan memanfaatkan perbedaan tekanan untuk
mendorong slurry agar proses filtrasi dapat dilakukan.
3.
Media filter primer adalah kertas saring. Media filter sekunder adalah filter cake
(padatan yang tertahan pada kertas saring).
4. Media filter sekunder berfungsi sebagai penyaring utama pada proses filtrasi.
Sedangkan, media filter primer merupakan media penahan padatan dan pembentukkan
cake pada awal proses filtrasi.
5. Persamaan Routh menunjukkan bahwa nilai P berbanding lurus dengan tahanan
filtrasi (h). Hal ini disebabkan nilai P yang besar akan menghasilkan laju alir volume
filtrasi yang semakin besar. Akibatnya, laju pembentukan cake juga semakin cepat.
Maka, tahanan filtrasi juga semakin besar (semakin banyak cake yang terbentuk).
Nilai P yang semakin besar secara tidak langsung akan memperkecil ruang pori
( porous) dalam cake sehingga volume filtrat yang dihasilkan semakin berkurang
seiring semakin lamanya waktu percobaan. Akan tetapi, percobaan memberikan hasil
yang berbeda. Hasil percobaan adalah
Untuk P = 0,1 kgf/cm2
Untuk P = 0,2 kgf/cm2
6.
Pada persamaan Lewis, P merupakan variabel yang diubah-ubah, volume filtrate
adalah variabel terikat, variabel t adalah variabel bebas di mana akan mempengaruhi
variabel lainnya. Konstanta m merupakan pangkat dari pengaruh volume filtrat
terhadap luas permukaan filtrasi. Konstanta n merupakan pangkat dari pengaruh
perbedaan tekanan. K adalah konstata pada persamaan Lewis. Persamaan Lewis untuk
percobaan ini adalah
DAFTAR PUSTAKA
Tim penyusun. 1989. Petunjuk Praktikum Proses dan Operasi Teknik I . Depok: Laboratorium
Proses dan Operasi Teknik TGP FTUI.
Latar belakang praktikum Unit Operation Process (UOP) ini adalah untuk
memenuhi syarat kelulusan mata kuliah praktikum Unit Operation Process (UOP)
serta upaya untuk memperdalam pemahaman tentang proses operasi teknik dan
aplikasinya yang terdapat di bidang teknik kimia, yang selama ini hanya kami
dapatkan secara teoritis di kuliah biasa ataupun dari sumber lain.
Seperti yang telah kita ketahui, di zaman sekarang ini, teknologi dari unit-unit
operasi telah berkembang sangat pesat dalam hal penggunaannya maupun
pengembangannya. Dalam praktikum kali ini, kita akan membahas filtrasi. Filtrasi
banyak dimanfaatkan untuk membersihkan air dari sampah pada pengolahan air,
menjernihkan preparat kimia di laboratorium, menghilangkan pirogen dan pengotor
pada air suntik injeksi dan obatobat injeksi, dan membersihkan sirup dari kotoran
yang ada pada gula dan untuk memurnikan bahan-bahan obat dari partikel dan bahan
yang tidak diinginkan sehingga dapat menjamin hasil akhir dari suatu produk obat
yang berkualitas dan sesuia syarat yang ditentukan.
Dari penjelasan di atas, kita tahu bahwa penggunaan filtrasi sangatlah luas dan
tidak terbatas pada hal-hal di atas. Oleh karena itu, Departemen Teknik Kimia
Universitas Indonesia memutuskan unutuk dapat mempelajari lagi secara lebih
mendalam tentang filtrasi.
Melakukan uji coba (test) filtrasi pada tekanan konstan dengan menggunakan
filter press kecil agar metode uji coba dapat dikuasai; dan untuk mengobservasi
mekanisme pemisahan solid – liquid .
Menguji persamaan filtrasi dari Routh dan Lewis, serta menentukan konstanta-
konstanta yang ada dalam persamaan tersebut.
Mengukur/menentukan jumlah filtrat per unit waktu pada filtrasi larutan slurry
pada tekanan tetap
1.3 Teori Dasar
1.3.1 Pengertian Filtrasi
melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu
tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari
penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang
difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin
saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru limbah padatnyalah yang
harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Seringkali umpan
dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju
filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan
tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae. Oleh karena
varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang
berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan.
Hal yang paling utama dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui
media berpori. Filtrasi dapat terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya ;
gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal. Pada beberapa proses media filter
membantu balok berpori (cake) untuk menahan partikel-partikel padatan di
dalam suspensi sehingga terbentuk lapisan berturut turut pada balok sebagai
filtrat yang melewati balok dan media tersebut.
Filtrasi biasa dilakukan pada skala laboratorium sampai slaka pilot
plant/industri baik dengan cara batch maupun kontinyu.
a) Filtrasi Skala Laboratorium.
yang tidak larut dalam cairan. Penyaringan menggunakan corong gelas dan
kertas saring dan hasil saringan disebut filtrat.
b) Filtrasi Skala Industri
Sebelum peralatan filtrasi digunakan harus diperiksa dahulu supaya
tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan pada waktu beroperasi, misalnya
penyaring tidak berfungsi secara optimum. Fluida mengalir melalui media
penyaring karena adanya perbedaan tekanan yang melalui media tersebut.
penyaring dilakukan agar dapat beroperasi pada:
1) Tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring
2) Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring
3) Dan vakum pada bagian bawah
Tekanan di atas atmosfer dapat dilakukan dengan gaya gravitasi pada
cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower,atau
dengan gaya sentrifugal. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring
bias jadi tidak lebih baik daripada saringan ( screen) kasar atau dengan
menggunakan partikel kasar seperti pasir.
Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu
aliran cairan kristal kasar,penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair.
Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum,
atau pemisah sentrifugal. Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau
diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring terus-menerus
( steady) atau hanya sebagian. Sebagian besar siklus operasi dari penyaring
diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinyu, tetapi harus
dihentikan secara periodik untuk membuang padatan yang terakumulasi.
Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama
peralatan beroperasi.
menjadi Penyaring gaya berat (gravity filters), Penyaring tekanan (Pressure
filters), Penyaring vakum (Vacuum filters), Penyaring sentrifugal (Centrifugal
filters).
Gravitasi adalah sistem pengaliran air dari sumber ke
tempat reservoir dengan cara memanfaatkan energi potensial gravitasi yang
dimiliki air akibat perbedaan ketinggian lokasi sumber dengan lokasi reservoir
Merupakan tipe yang paling tua dan sederhana.
Filter ini tersusun atas tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang
dan diisi dengan pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminer.
Filter ini dugunakan untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan
mengandung sedikit padatan. Contohnya : pada pemurnian air.
2. Penyaring tekanan (Pressure filters)
Suatu mesin press bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk
menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan
dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas.
Slurry dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan tekanan tertentu; cairan
melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan cake
basah dibelakangnya.
Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau
lingkaran, vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk
dengan cetakan plat berbahan polipropelina. Dalam desain lain,
kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-
frame press), yang didalamnya terdapat plat persegi panjang yang pada satu sisi
dapat diubah-ubah. Pengoperasiannya sebagai berikut :
1. Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam,
dengan kain melingkupi permukaan setiap plat,dan ditekan dengan keras
bersama dengan memutar skrup hidrolik.
2.
Slurry memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai.
3. Slurry mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut.
4. Jalur tambahan mengalirkan slurry dan jalur utama ke dalam setiap
bingkai.
5. Padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat.
6. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat
(corrugation), dan keluar dari mesin press.
7. Setelah merangkai mesin press, slurry dimasukkan dengan pompa atau
tangki bertekanan (Pada percobaan ini 0,1 sampai 0,2 bar)
Gambar 3. Filter Press
Vacuum filter juga merupakan alat sterilisasi yang menggunakan prinsip
fisik mekanis, yaitu filtrasi. Komponen alat ini adalah dua wadah penampung
yang dibatasi oleh filter, serta sebuah lubang untuk pompa vakum. Wadah
pertama yang terletak di bagian atas berfungsi untuk menampung cairan yang
akan disterilisasi, dan wadah penampung kedua yang terletak dibawah berfungsi
untuk menampung cairan yang sudah disterilisasi. Kedua wadah ini dibatasi oleh
filter berpori-pori besar. Filter ini akan dilapisi lagi dengan membrane sesuai
dengan kebutuhan. Wadah bagian bawah memiliki lubang yang dapat
dihubungkan dengan pompa vakum. Saat bagian bawah vakum, cairan dari wadah
atas akan tertarik untuk melewati filter menuju bagian bawah.
4. Penyaring sentrifugal ( Centrifugal filters)
Padatan yang membentuk cake berpori dapat dipisahkan dari cairan
dengan penyaringan berpusing. Umpan dimasukkan ke dalam keranjang
medium penyaring seperti kanvas atau kain logam. Tekanan yang dihasilkan
dari gaya sentrifugal memaksa cairan melewati medium penyaring,
meninggalkan padatannya. Jika umpan yang masuk keranjang dihentikan dan
padatan cake diputar untuk waktu yang singkat, kebanyakan cairan residu di
dalam cake mengalirkan partikel sehingga padatan lebih kering daripada hal
yang sama untuk mesin pres bersaringan (filter press) atau penyaring vakum
(vacuum filter). Ketika material yang tersaring harus dikeringkan secara
berurut dengan alat pemanas, pemakaian penyaring ini dapat dipertimbangkan
sebagai langkah ekonomis.
1.3.3 Media Filter
Pada operasi filter, umumnya dikenal dua macam media filter yaitu
media filter primer dan media filter sekunder.
Media filter primer sebenarnya bukan suatu media filter yang
sesungguhnya, melainkan sebagai media filter pembantu yang menahan zat
padat pada permulaan proses. Media filter primer ini dapat berupa kain, kertas
saring, dan sebagainya, yang dipasang pada permukaan filter.
Zat padat yang di permukaan filter membentuk lapisan cake yang dapat
berfungsi sebagai media filter yang sesungguhnya. Media filter inilah yang
diperkirakan/diperhitungkan karena akan mempengaruhi besarnya penahan
filtrasi. Filtrasi dapat dianggap dimulai dengan penahanan sama dengan nol,
berarti belum terbentuk cake. Dalam hal ini perlu dihitung suatu besaran Ve
(volum ekivalen), ialah volum filtrat yang menghasilkan cake yang
mempunyai penahanan sama dengan filter cloth (media filter primer) serta
saluran-saluran dalam filter yang dipakai untuk penyaringan.
Cake dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:
a. Compressible cake, ialah cake yang mengalami perubahan struktur dalam
oleh adanya tekanan (ruang porous dalam cake mengecil, tahanan filtrasi
makin besar). Hal ini mengakibatkan proses filtrasi menjadi semakin sulit.
Peristiwa ini terjadi terutama bila bahan yang disaring berbentuk koloidal.
b. Non Compressible cake, ialah cake yang tidak mengalami perubahan
struktur walaupun diadakan penekanan terhadapnya. Dalm praktek, non
compressible cake ini tidak ada, tapi untuk mempermudah perhitungan
diadakan pendekatan dengan memakai rumus-rumus yang berlaku untuk
non compressible cake.
1.3.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Filtrasi
Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktor –
faktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi,
efisiensinya, dan sebagainya. Faktor – faktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman
media, ukuran dan material, konsentrasi kekeruhan, tinggi muka air, kehilangan
tekanan, dan temperatur.
1. Debit Filtrasi
Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara
efisien. Sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempurna, akibat
adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran
media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan
butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang
terlalu tinggi saat melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel – partikel
yang terlalu halus yang tersaring akan lolos.
2. Konsentrasi Kekeruhan
Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan
tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam
melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air
baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang
terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya
dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi.
3. Temperatur
Adanya perubahan suhu atau temperatur dari air yang akan difiltrasi,
menyebabkan massa jenis (density), viskositas absolut, dan viskositas kinematis
dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya
tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi
perbedaan dalam ukuan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan
mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi
terhadap efisiensi daya saring filter.
4. Kedalaman media, Ukuran, dan Material
Pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam
perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya
pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya
saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama.
Keadaan media yang terlalu kasar atau terlalu halus akan menimbulkan
variasi dalam ukuran rongga antar butir. Ukuran pori sendiri menentukan
besarnya tingkat porositas dan kemampuan menyaring partikel halus yang
terdapat dalam air baku. Lubang pori yang terlalu besar akan meningkatkan rate
dari filtrasi dan juga akan menyebabkan lolosnya partikel – partikel halus yang
akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan
kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging
(penyumbatan lubang pori oleh partikel – partikel halus yang tertahan) yang terlalu
cepat.
5. Tinggi Muka Air Di Atas Media dan Kehilangan Tekanan
Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit
atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas
media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. Dengan
muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (bila filter dalam keadaan
bersih). Muka air diatas media akan naik bila lubang pori tersumbat (terjadi
clogging) terjadi pada saat filter dalam keadaan kotor.
Untuk melewati lubang pori, dibutuhkan aliran yang memiliki tekanan yang
cukup. Besarnya tekanan air yang ada diatas media dengan yang ada didasar
media akan berbeda di saat proses filtrasi berlangsung. Perbedaan inilah yang
sering disebut dengan kehilangan tekanan (headloss). Kehilangan tekanan akan
meningkat atau bertambah besar pada saat filter semakin kotor atau telah
dioperasikan selama beberapa waktu. Friksi akan semakin besar bila kehilangan
tekanan bertambah besar, hal ini dapat diakibatkan karena semakin kecilnya
lubang pori (tersumbat) sehingga terjadi clogging.
1.3.5. Persamaan Ruth
Jika filtrasi dilakukan pada P konstan, maka hubungan antara waktu
tertentu t (detik) dengan total volum filtrat Vf (cm3) yang terkumpul selama
waktu t, dapat diekspresikan delam persamaan:
(1)
A = luas permukaan filter
Dengan: n, m, dan K adalah konstanta yang ditentukan oleh percobaan.
Jika dimisalkan sebagai C kemudian kedua ruas diubah menjadi
bentuk logaritma, maka persamaan Lewis menjadi:
m.log Vf = log C + log t (4)
log t = m.log Vf - log C
y = a x b
Dari bentuk tersebut maka dapat diplot grafik antara log Vf sebagai
sumbu-x dan log t(waktu) sebagai sumbu-y. Persamaan Lewis juga dapat
ditulis sebagai:
Jika (Vf m / K.Am) dimisalkan sebagai β dan persamaan diubah ke dalam
bentuk logaritma maka bentuknya menjadi :
log t = -n log P + log β (6)
y = a x b
Dari data percobaan log P (sumbu-x) dan log t (sumbu-y) dapat diplot
sebagai sebuah grafik yang menghasilkan persamaan garis lurus (linear).
BAB II
2.1 Percobaan
A. Persiapan
1. Membuka plate dan frame dengan memutar roda penekan (handle), memasukkan
kertas saring ( filter cloth) pada masing-masing frame dengan teratur dengan
meluruskan lubang-lubang frame-nya.
2. Memberi rubber packing di antara plate dan frame, kemudian menutup kembali
dengan mengencangkan handle.
3. Menutup kran V-1 (drain valve) dan memasukkan slurry yang telah dibuat dengan
konsentrasi tertentu, yaitu 200 gram tepung dan air sampai ketinggiannya 10 cm di
bawa mulut tangki reservoar.
4. Mengaduk slurry secara kontinyu agar konsentrasi slurry tetap uniform.
B. Percobaan
1.
Membuka penuh kran V-2 (return valve), menutup rapat kran V-3 ( feed valve), dan
menghidupkan pompa sehingga terjadi resirkuasi larutan di antara reservoar dan
pompa.
2.
Membuka kran V-3 dan membuang/menghilangkan udara di dalam filter press.
Mengatur bukaan kran V-2 dan/atau kran V-3 untuk menjaga agar tekanan konstan.
3. Meletakkan gelas ukur 2 Liter di bawah kran V-4 ( filtrate delivery valve).
4.
Menjaga agar tangki reservoar tidak benar-benar kosong, karena tangki reservoar
akan segera kosong setelah beroperasi, dengan cara menyiram dengan hati-hati
larutan slurry di dalam tangki reservoar. Untuk meyakinkan, mematikan pompa
sebelum tangki benar-benar kosong.
5. Selama percobaan filtrasi, mengatur bukaan kran V-2 atau kran V-3 secara terus-
menerus untuk memperoleh tekanan yang konstan.
6.
Mencatat waktu-waktu tertentu (t ) selama filtrasi dengan menggunakan stopwatch dan
mengukur volume filtrat (V f ) yang tertampung pada masing-masing waktu tersebut.
Percobaan filtrasi dilakukan selama 20 menit, dengan interval pengambilan data
volume filtrat adalah setiap 2 menit.
8.
Memutar handle untuk membuka plate dan frame, kemudian mencuci filter cloth,
frame, dan plate sampai benar-benar bersih dan tidak ada cake yang tersisa.
9. Luas media fiter dimana cake terbentuk adalah luas filtrasi actual yang dapat
ditentukan dengan mengukur luas sebenarnya.
10. Mengulangi langkah percobaan A.1 sampai B.8 untuk variasi tekanan sebesar 0.1 bar
dan 0.2 bar.
2.2 Data Pengamatan
Dari data t dan Vf total yang diambil, dapat dilakukan pengolahan data filtrasi yang ditinjau
berdasarkan Persamaan Routh dan Persamaan Lewis untuk mendapatkan konstanta-konstanta
persamaan tersebut.
Waktu P = 0,1 kgf/cm 2 P = 0,2 kgf/cm
2
0-120 640 1040
120-240 645 1092
240-360 641 945
360-480 620 995
480-600 640 995
600-720 638 990
720-840 640 990
840-960 640 980
960-1080 640 995
1080-1200 638 970
t Vf (ml)
2 120 640 1040
4 240 1285 2132
6 360 1926 3077
8 480 2546 4072
10 600 3186 5067
12 720 3824 6057
14 840 4464 7047
16 960 5104 8027
18 1080 5744 9022
20 1200 6382 9992
BAB III
PENGOLAHAN DATA
III. 1 Menentukan Konstanta j dan h Persamaan Routh
Persamaan Routh merumuskan hubungan antara waktu t (sekon) dengan total volume
filtrate Vf (ml) sebagai berikut :
Kemudian, untuk menentukan konstanta j dan h dari percobaan ini, pertama persamaan
Routh dilinierisasi menjadi :
t/Vf Vf t/Vf Vf
120 0,188 640 0,115 1040
240 0,187 1285 0,113 2132
360 0,187 1926 0,117 3077
480 0,189 2546 0,118 4072
600 0,188 3186 0,118 5067
720 0,188 3824 0,119 6057
840 0,188 4464 0,119 7047
960 0,188 5104 0,120 8027
1080 0,188 5744 0,120 9022
1200 0,188 6382 0,120 9992
Kemudian dilakukan plot terhadap persamaan 2 menggunakan data dari tabel 2, yaitu
plot grafik t/Vf vs Vf ,yaitu:
(7)
(8)
Departemen Teknik Kimia Page 15
Grafik 1. Grafik persamaan Routh
Dari hasil plot grafik maka akan diperoleh sebuah garis lurus dengan gradien 1/h dan
intercept 2j/h.
Menghitung h
III.2 Menentukan Konstanta m, n, dan K Persamaan Lewis
Sama seperti Routh, Lewis juga merumuskan suatu fungsi yang dapat menggambarkan
diperoleh:
Departemen Teknik Kimia Page 17
Nilai konstanta m dapat diperoleh dengan memplot log t terhadap log Vf ke dalam
grafik. Kemudian dari persamaan garis lurus pada grafik, nilai konstanta m ini
ditentukan dari slope grafik yang dihasilkan.
Tabel 3. Tabel Pengolahan Data Persamaan Lewis modifikasi 1
t (s) log t P = 0,1 kgf/cm2 P = 0,2 kgf/cm2
Vf (ml) log (Vf ) Vf (ml) log (Vf )
120 2,0792 640 2,8062 1040 3,0170
240 2,3802 1285 3,1089 2132 3,3288
360 2,5563 1926 3,2847 3077 3,4881
480 2,6812 2546 3,4059 4072 3,6098
600 2,7782 3186 3,5032 5067 3,7048
720 2,8573 3824 3,5825 6057 3,7823
840 2,9243 4464 3,6497 7047 3,8480
960 2,9823 5104 3,7079 8027 3,9046
1080 3,0334 5744 3,7592 9022 3,9553
1200 3,0792 6382 3,8050 9992 3,9997
Grafik 2. Grafik persamaan Lewis Mencari Konstanta m
Dari dua persamaan garis lurus yang didapat, masing-masing pada Δp = 0,1 kgf/cm2
dan Δp = 0,2 kgf/cm2, dapat diketahui nilai konstanta m pada persamaan Lewis adalah
slope kedua persamaan , yaitu 1,002 dan 1,024.
m rata-rata = 1,013
y = 1.0027x - 0.7354
R² = 1
y = 1.024x - 1.0166
R² = 0.9998
l o g t
Sedangkan untuk menentukan konstanta n dari persamaan Lewis, diperoleh dengan
melinearkan persamaan 9.
y = m x + C
Nilai Vf yang digunakan pada variasi tekanan adalah 5104 ml pada t = 960 detik saat
ΔP = 0,1 kgf/cm2 , sedangkan pada data percobaan saat ΔP = 0,2 kgf/cm2 tidak terdapat
nilai Vf = 0,005104 m3 maka dilakukan interpolasi dan didapat waktu saat Vf = 5104 ml
adalah 605 detik.
Vf = 5104 m 3
960 2,982 0,1 -1
605 2,782 0,2 -0,699
Dengan memplot log t terhadap log P , maka akan diperoleh garis lurus dengan
gradien -n dan intercept log β sehingga praktikan dapat menentukan konstanta n.
(11)
Grafik 3. Grafik Persamaan Lewis Mencari Konstanta m dan K
Persamaan garis lurus yang diperoleh dari grafik: y = -0,666x + 2,316 sehingga n =
0,666 dan β = 102,316 = 207,01 dimana
l o g t
BAB IV
4.1 Analisa Percobaan
Pada percobaan filtrasi ini, tujuan dari percobaan adalah untuk melakukan proses
filtrasi pada tekanan tetap, mengamati proses pemisahan antara solid dan liquid, serta
menguji dan menentukan konstanta-konstanta dalam persamaan Ruth dan Lewis.
Filtrasi merupakan proses pemisahan zat padat terhadap zat cair dari suatu slurry
dengan menggunakan media porous, dimana media porous ini akan membiarkan cairan lewat
namun menahan padatannya, sehingga zat padat yang tertahan (cake) akan bertindak sebagai
media porous yang baru. Pada praktikum filtrasi ini, percobaan dilakukan pada tekanan
konstan sehingga jenis filtrasi yang dilakukan adalah pressure filtration, yakni filtrasi yang
pengaliran bahannya menggunakan tekanan. Tujuan digunakannya tekanan konstan pada
percobaan ini adalah agar memudahkan praktikan dalam mengamati proses filtrasi serta
memudahkan dalam perhitungan konstanta-konstanta dalam persamaan Ruth dan Lewis. Pada
praktikum ini, tekanan yang digunakan adalah sebesar 0,1 kgf/cm2 dan 0,2 kgf/cm2.
Gambar 4. Peralatan Filtrasi
Langkah pertama dalam praktikum filtrasi ini yaitu mempersiapkan larutan slurry.
Larutan slurry dibuat dengan cara memasukkan tepung sebanyak 200 gram dalam tanki
Departemen Teknik Kimia Page 21
memasukkan air ke dalam tanki, pengaduk dalam tanki dapat dinyalakan sehingga tepung dan
air dapat tercampur sempurna serta konsentrasi slurry tetap uniform.
Gambar 5. Slurry Yang Sedang Diaduk
Langkah selanjutnya, praktikan memutar roda penekan (handle) lalu menyusun kertas
saring ( filter colth) pada masing-masing frame dengan teratur serta memasang rubber
packing diantara plate dan frame. Setelah menyusun media filter, praktikan kembali memutar
roda penekan hingga susunan media filter benar-benar kencang dan rapat sehingga tidak ada
larutan slurry yang tidak tersaring oleh media filter.
Langkah berikutnya, praktikan menyalakan pompa dan membuka valve 2 dan
membiarkan larutan slurry mengalir melewati media filter dan keluar melalui sebuah selang
kecil. Selagi larutan slurry mengalir, praktikan menjaga agar tekanan yang terbaca pada alat
pengukur tekanan tetap konstan pada angka 0,1 kgf/cm2 dengan cara mengatur bukaan valve
2. Saat larutan filtrat mulai keluar dari selang kecil, praktikan menampungnya dalam gelas
ukur dan mencatat berapa volume filtrat yang tertampung dalam gelas ukur setiap 2 menit
selama 20 menit.
Gambar 6. Alat Pengukur Tekanan dan Valve 2
Setelah 20 menit, praktikan menutup valve 2, sehingga larutan slurry berhenti
mengalir ke media filter. Praktikan kemudian membuka roda penekan dan mengeluarkan
kertas saring, rubber packing, plate,dan frame kemudian membersihkan cake yang terbentuk
hingga bersih. Praktikan kembali mengulangi percobaan dengan tekanan konstan 0,2 kgf/cm2.
Pada percobaan ini, media filter berupa kertas saring, frame, rubber packing , dan
plate merupakan media filter primer. Media filter primer ini bukan merupakan media filter
yang sebenarnya, melainkan hanya berfungsi sebagai media filter pembantu yang menyaring
padatan dari larutan slurry. Media filter sesungguhnya adalah cake yang terbentuk ketika
proses filtrasi sudah berlangsung. Cake yang terbentuk ini merupakan media filter sekunder
yang berfungsi sebagai media porous baru yang membantu menyaring padatan dari larutan
slurry sehingga cake yang terbentuk semakin lama semakin tebal.
Cake yang terbentuk pada percobaan filtrasi ini adalah jenis compressible cake yakni
cake yang dapat mengalami perubahan struktur karena adanya tekanan. Ruang porous dalam
cakei jenis ini mengecil, sehingga tahanan filtrasinya menjadi semakin besar, dan akibatnya
proses filtrasi menjadi semakin sulit. Cake yang terbentuk pada percobaan filtrasi ini
merupakan jenis compressible cake dikarenakan larutan slurry yang disaring berbentuk
koloidal. Selain itu, jika cake yang terbentuk pada percobaan ini ditekan dengan tangan, maka
akan mudah sekali mengalami perubahan bentuk, yang menandakan bahwa cake yang
terbentuk benar merupakan jenis compressible cake.
Meskipun cake yang terbentuk pada percobaan filtrasi ini adalah jenis compressible
cake, namun pada perhitungan konstanta-konstanta dalam persamaan Ruth dan Lewis,
diasumsikan bahwa cake yang terbentuk merupakan jenis non compressible cake. Hal ini
dilakukan untuk mempermudah dalam perhitungan konstanta-konstanta dalam persamaan
Ruth dan Lewis.
Analisa Data
t Vf (ml)
2 120 640 1040
4 240 1285 2132
6 360 1926 3077
8 480 2546 4072
10 600 3186 5067
12 720 3824 6057
14 840 4464 7047
16 960 5104 8027
18 1080 5744 9022
20 1200 6382 9992
Departemen Teknik Kimia Page 24
Data di atas merupakan data volume filtrat yang kumulatif tertampung pada gelas ukur.
Sementara data volume filtrat yang tertampung tiap 2 menit adalah:
Waktu P = 0,1 kgf/cm 2 P = 0,2 kgf/cm
2
0-120 640 1040
120-240 645 1092
240-360 641 945
360-480 620 995
480-600 640 995
600-720 638 990
720-840 640 990
840-960 640 980
960-1080 640 995
1080-1200 638 970
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa pada tekanan 0,2 kgf/cm2 volume filtrat
yang tertampung tiap 2 menit lebih banyak daripada pada tekanan 0,1 kgf/cm2. Hal ini
dikarenakan pada tekanan yang lebih tinggi, lebih banyak slurry yang dapat tersaring
dalam media filter, sehingga volume filtrat yang keluar lebih banyak.
Selain itu, baik pada tekanan 0,1 kgf/cm2 maupun pada tekanan 0,2 kgf/cm2
volume filtrat yang tertampung memiliki nilai volume yang tidak beraturan semakin
berjalannya waktu. Berdasarkan teori, seharusnya semakin berjalannya waktu maka
volume filtrat yang tertampung akan semakin sedikit. Hal ini disebabkan, cake yang
tertahan akan menjadi media filter sekunder sehingga proses filtrasi akan menjadi semakin
sulit, dan akibatnya volume filtrat yang keluar akan semakin sedikit. Hal ini berlaku baik
pada tekanan 0,1 kgf/cm2 maupun pada tekanan 0,2 kgf/cm2. Kesalahan ini akan dibahas
pada bagian analisa kesalahan.
Dalam percobaan ini, volume filtrat yang terbentuk hanya digunakan untuk mencari
konstanta-kontanta dalam persamaan Ruth dan Lewis. Pada percobaan ini, keefektifan dari
proses filtrasi berkaitan dengan tekanan yang digunakan proses filtrasi, dimana semakin
tinggi tekanannya maka semakin banyak pula slurry yang dapat terfiltrasi, yang ditandai
dengan semakin banyaknya cake yang terbentuk serta kejernihan air filtrat yang keluar
dari selang kecil. Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut dalam analisa hasil percobaan.
Analisis Perhitungan
Analisis perhitungan dilakukan untuk menguji persamaan Routh dan persamaan Lewis
dalam proses filtrasi yang dilakukan oleh praktikan. Dengan mengambil asumsi bahwa
beda tekanan konstan (P = 0,1 kgf/cm2 untuk percobaan pertama dan P = 0,2 kgf/cm2
untuk percobaan ke dua).
Persamaan Routh
Persamaan Routh secara umum menjelaskan bahwa jika filtrasi dilakukan pada P
yang konstan maka hubungan antara waktu (t) dengan volume filtrat (V f ) dapat
diekspresikan dalam persamaan berikut:
(13)
Untuk memperoleh garis lurus, ubah persamaan (1) dengan membagi tiap ruas dengan
sehingga persamaan di atas menjadi persamaan baru seperti berikut:
(14)
Bentuk persamaan di atas merupakan bentuk linear dari persamaan awal sehingga akan
lebih memudahkan kita dalam menganalisis dengan cara melihat persamaan di atas dalam
bentuk y = a.x + b. Sehingga kita masukkan nilai-nilai untuk masing-masing komponen
yang merupakan perpotongan grafik dengan sumbu y.
Selain itu hubungan antara t dengan Vf selain dengan persamaan di atas dapat pula
ditentukan dengan persamaan berikut ini
(15)
di mana µ (viskositas), Rf (tahanan filter cloth), α (tahanan spesifik cake [m/kg]), C
(berat solid/volum liquid), dan A (luas permuukaan filter).
Lalu dengan perhitungan dan analisis yang telah praktikan lakukan maka praktikan
dapatkan:
Bentuk linearisasi persamaan Routh yang diperoleh oleh praktikan dengan meregresi
data-data yang diperoleh adalah y = 1,73E-07x + 0,187
b = 0,187
a = 1,73E-07
Departemen Teknik Kimia Page 26
Dengan mengetahui nilai a dan b maka maka praktikan dapat mengetahui nilai dari
konstanta J dan h. Setelah dihitung hasilnya sebagai berikut
Bentuk linearisasi persamaan Routh berdasarkan regresi data yang diperoleh oleh
praktikan adalah y = 6,7E-07x + 0,114
b = 0,114
a = 6,7E-07
Sama seperti sebelumnya maka praktikan dapatkan nilai konstanta J dan h sebagai
berikut
Dapat dilihat pada hasil perhitungan diatas, nilai tahanan filtrasi pada P 0.2 kgf/cm2
lebih kecil dibandingkan nilai tahanan filtrasi pada P 0.1 kgf/cm2. Praktikan menduga
bahwa telah terjadi suatu kesalahan pada pengambilan data atau pada percobaan karena
seharusnya seiring dengan kenaikan tekanan maka tahanan filtrasi juga akan semakin
besar karena ketika tekanan bertambah maka laju slurry akan semakin banyak yang masuk
filter sehingga cake yang terbentuk akan lebih banyak dan lebih cepat sehingga tahanan
filtrasinya akan semakin besar. Namun pada data percobaan yang didapat saja dapat dilihat
bahwa pada tekanan 0.2 kgf/cm2, data Vf yang didapat lebih besar dibandingkan dengan
data Vf pada tekanan 0.1 kgf/cm2, dapat diketahui dari situ saja memang tahanan
filtrasinya lebih kecil dibandingkan dengan pada saat tekanannya 0.1 kgf/cm2. Adapun
kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi pada percobaan ini akan dibahas pada bagian
analisis kesalahan.
Persamaan Lewis
* + (16)
Dengan n, m, dan K adalah konstanta yang ditentukan oleh percobaan yang telah
praktikan lakukan. Persamaan di atas setelah kita ubah menjadi
(17)
di mana kita misalkan dengan C maka persaman di atas dapat ditulis ulang
sebagai
(18)
(19)
(20)
Dari persamaan di atas yang merupakan bentuk persamaan linear maka persamaan di
atas akan memenuhi bentuk persamaan y = mx + c, dimana y = log t , x = log Vf , a = m,
dan b = - log C.
Bentuk linearisasi persamaan Lewis berdasarkan grafik plotting yang telah praktikan
lakukan adalah y = 1.002x – 0.735
b = 0.735
a = 1.002
Bentuk linearisasi persamaan Lewis berdasar plot grafik y = 1.024x – 1.016
b = 1.016
a = 1.024
Dari dua persamaan garis lurus yang didapat, masing-masing pada Δp = 0,1 kgf/cm2
dan Δp = 0,2 kgf/cm2, dapat diketahui nilai konstanta m pada persamaan Lewis adalah
slope kedua persamaan, yaitu 1,002 dan 1,024.
m rata-rata = 1,013
Sedangkan untuk menentukan konstanta n dari persamaan Lewis, diperoleh dengan
melinearkan persamaan
(23)
Dengan memplot log t terhadap log P , maka akan diperoleh garis lurus dengan gradien -n
dan intercept log β sehingga praktikan dapat menentukan konstanta n. Persamaan garis
lurus yang diperoleh dari grafik: y = -0,666x + 2,316 sehingga n = 0,666 dan β = 102,316 =
207,01. Jadi persamaan Lewis dari percobaan ini adalah
Dengan melihat perhitungan di atas dapat disimpulkan persamaan Lewis merupakan
suatu persamaan yang mengkorelasikan sebagai laju volume filtrat per luas
penampang frame sebagai hubungan eksponensial terhadap beda tekanan dan waktu. Pada
persamaan Lewis, P adalah variabel yang diubah dan dijaga konstan selama pengambilan
data dan variabel t sendiri adalah variabel independen di mana akan mempengaruhi
variabel lainnya. Luas penampang frame merupakan suatu yang konstan melainkan
mengalami perubahan karena luas penampang filter cloth akan berubah karena perubahan
karakteristik cake yang memiliki pori semakin mengecil akibat akumulasi cake. Namun
karena sesuai asumsi awal bahwa cake yang terbentuk adalah non-compresible cake maka
perubahan karakteristik sifat cake tidak berpengaruh sehingga A (luas penampang) akan
dianggap tetap.
Nilai m dan n sendiri adalah nilai eksponensial yang berubah agar terjadi
keseimbangan ruas kanan dan ruas kiri dari persamaan di atas. Dari perhitungan yang telah
praktikan dapatkan ternyata nilai eksponensial m berbeda cukup jauh sehingga praktikan
berkesimpulan bahwa penyesuaian nilai eksponensial cukup besar untuk P yang telah
ditentukan.
Analisis grafik didapatkan dari pengolahan data adalah sebagai berikut, yaitu:
Persamaan Routh
Grafik 1. Grafik Penentuan Konstanta Routh
Pada bagian awal (sebelah kiri grafik) terlihat bahwa bentuk grafik cenderung kurang
stabil. Hal ini disebabkan oleh pada awal pengambilan data percobaan, tekanan yang
tertera pada pressure gauge masih belum konstan (masih disesuaikan) sehingga
berpengaruh pada grafik. Perlu dicatat bahwa persamaan (13) :
akan berlaku bila filtrasi dilakukan pada Δp konstan. Hubungan antara Δp dengan volume
filtrat juga dapat dilihat melalui persamaan (15) yakni :
Dapat dilihat, grafik yang terbentuk cukup konstan dan agak sedikit naik pada
beberapa bagian. Hal tersebut dikarenakan praktikan menduga adanya kesalahan yang
terjadi pada praktikum ini sehingga menyebabkan ketidak-akuratan terjadi. Seharusnya
grafik yang terbentuk cenderung untuk turun ke bawah disebabkan oleh besarnya volume
filtrat yang terbentuk ( Vf ) semakin lama semakin sedikit, sesuai dengan prinsip bahwa
semakin lama, cake yang terbentuk semakin banyak sehingga semakin besar penahan
filtrasi. Akibatnya, volume filtrat yang dihasilkan ( Vf ) juga semakin sedikit.
Persamaan Lewis
Grafik 2. Grafik persamaan Lewis Mencari Konstanta m
Dari grafik persamaan Lewis di atas, dapat kita simpulkan bahwa seiring dengan
bertambahnya waktu, maka volume filtrat yang dihasilkan juga bertambah. Hal ini dapat
dilihat pada bentuk grafik yang naik ke atas, baik itu pada beda tekan 0,1 kgf/cm2 maupun
0,2 kgf/cm2.
Bila diperhatikan, grafik pada beda tekan 0,2 kgf/cm2 berada di sebelah kanan 0,1
kgf/cm2. Hal ini menandakan bahwa pada waktu yang sama, volume filtrat yang
dihasilkan oleh beda tekan 0,2 kgf/cm 2 lebih banyak dibandingkan oleh beda tekan 0,1
kgf/cm2. Hasil ini sesuai dengan persamaan Lewis :
Sehingga semakin besar Δp, maka semakin banyak pula volume filtrat yang dihasilkan.
4.3 Analisa Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
Tanki berpengaduk
Tanki digunakan sebagai wadah untuk mencampur tepung dan air menjadi slurry.
Sementara pengaduk digunakan sebagai alat untuk mengaduk tepung dan air agar
tercampur rata serta agar konsentrasi slurry tetap uniform.
Pompa
Pompa berfungsi sebagai alat untuk mensirkulasikan aliran slurry hingga melewati
media filter.
l o g t
Departemen Teknik Kimia Page 31
Valve atau keran berfungsi untuk mengatur kemana aliran slurry akan mengalir.
Valve 2 dalam percobaan ini berfungsi untuk mengatur besarnya tekanan.
Alat Pengukur Tekanan
Alat ini berfungsi untuk mengukur tekanan yang diatur oleh besarnya bukaan valve 2.
Media filter
Media filter terdiri dari kertas penyaring, rubber packing, plate, dan frame. Media
filter ini berfungsi sebagai media untuk menyaring slurry.
Roda pemutar/ Handle
Wadah Plastik
Wadah plastik berfungsi sebagai wadah untuk meletakkan tepung yang akan diukur
massanya.
Stopwatch digunakan sebagai alat untuk mengukur waktu pada saat menampung
volume filtrat.
Gelas ukur digunakan sebagai wadah untuk menampung filtrat serta mengukur
volumenya.
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
Tepung digunakan untuk membuat larutan slurry yang akan difiltrasi dalam
percobaan ini. Tepung sebagai zat terlarut akan dicampurkan dengan air hingga
membentuk suatu larutan yang diaduk secara konstan agar tetap uniform. Pada proses
filtrasi, tepung akan tertahan oleh media filter karena ukuran molekul tepung lebih
besar daripada pori-pori media filter, sementara air akan melewati media filter karena
ukuran molekulnya yang lebih kecil daripada pori-pori media filter. Tepung yang
tertahan oleh media filter akan menjadi cake dan berfungsi sebagai media filter
sekunder.
Air
Air digunakan sebagai pelarut tepung dalam pembuatan larutan slurry. Air akan lolos
melewati media filter dan keluar melalui selang kecil yang akan ditampung untuk
diukur volume filtratnya.
4.4 Analisa Kesalahan
Pada percobaan filtrasi kali ini, terdapat beberapa kesalahan yang mungkin terjadi
selama berlangsungnya percobaan sehingga menyebabkan ketidak akuratan pada hasil
pengolahan data. Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain:
a. Praktikan kurang teliti dalam mengukur volume filtrat. Hal tersebut dikarenakan
terkadang filtrat yang sudah tertampung dalam gelas ukur tidak mencapai garis skala
tertentu sehingga untuk mendapatkan data volume filtrat yang didapat praktikan
melakukan pembulatan pada skala filtrat.
b. Ada filtrat yang tumpah saat dilakukan pemindahan dari gelas ukur yang sudah penuh
ke gelas ukur yang masih kosong sehingga volume filtrat yang dicatat kurang akurat
c. Pembacaan tekanan yang kurang akurat oleh praktikan, sehingga data yang diperoleh
kurang akurat.
d. Terbuangnya sebagian kecil dari slurry yang belum digunakan karena praktikan lupa
menutup drain valve, sehingga perhitungan menjadi kurang akurat.
e.
Pemasangan filter press yang kurang rapat, sehingga terjadi kebocoran pada filter
press yang menyebabkan beda tekanan terkadang tidak konstan terutama pada awal
percobaan. Hal tersebut terlihat pada bagian atas filter terdapat cairan yang keluar
pada bagian bawah filter terdapat cairan yang menetes.
f. Penyesuaian bukaan valve untuk memperoleh beda tekanan yang diinginkan terlalu
lama, sehingga ada slurry yang terbuang dan filter cloth sendiri sudah terisi dengan
cake.
BAB IV
KESIMPULAN
1. Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari zat cair dari suatu slurry dengan
menggunakan media porous, yang meneruskan zat cairnya serta menahan padatannya
sehingga zat padat tersebut bekerja sebagai media porous yang baru.
2. Filter press merupakan alat filtrasi dengan memanfaatkan perbedaan tekanan untuk
mendorong slurry agar proses filtrasi dapat dilakukan.
3.
Media filter primer adalah kertas saring. Media filter sekunder adalah filter cake
(padatan yang tertahan pada kertas saring).
4. Media filter sekunder berfungsi sebagai penyaring utama pada proses filtrasi.
Sedangkan, media filter primer merupakan media penahan padatan dan pembentukkan
cake pada awal proses filtrasi.
5. Persamaan Routh menunjukkan bahwa nilai P berbanding lurus dengan tahanan
filtrasi (h). Hal ini disebabkan nilai P yang besar akan menghasilkan laju alir volume
filtrasi yang semakin besar. Akibatnya, laju pembentukan cake juga semakin cepat.
Maka, tahanan filtrasi juga semakin besar (semakin banyak cake yang terbentuk).
Nilai P yang semakin besar secara tidak langsung akan memperkecil ruang pori
( porous) dalam cake sehingga volume filtrat yang dihasilkan semakin berkurang
seiring semakin lamanya waktu percobaan. Akan tetapi, percobaan memberikan hasil
yang berbeda. Hasil percobaan adalah
Untuk P = 0,1 kgf/cm2
Untuk P = 0,2 kgf/cm2
6.
Pada persamaan Lewis, P merupakan variabel yang diubah-ubah, volume filtrate
adalah variabel terikat, variabel t adalah variabel bebas di mana akan mempengaruhi
variabel lainnya. Konstanta m merupakan pangkat dari pengaruh volume filtrat
terhadap luas permukaan filtrasi. Konstanta n merupakan pangkat dari pengaruh
perbedaan tekanan. K adalah konstata pada persamaan Lewis. Persamaan Lewis untuk
percobaan ini adalah
DAFTAR PUSTAKA
Tim penyusun. 1989. Petunjuk Praktikum Proses dan Operasi Teknik I . Depok: Laboratorium
Proses dan Operasi Teknik TGP FTUI.