Laporan UOP 1 (Filtrasi)

Laporan UOP 1 (Filtrasi)

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangLatar 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.

1.2 Tujuan Melakukan uji coba (test) filtrasi pada tekanan konstan dengan menggunakan filter press kecil agar metode uji coba dapat dikuasai; dan untuk mengobservasi mekanisme pemisahan solidliquid. 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 Dasar1.3.1Pengertian FiltrasiFiltrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atauseptum, 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 carabatchmaupunkontinyu.a) Filtrasi Skala Laboratorium.Filtrasi digunakan untuk memisahkan campuran heterogen zat padat yang tidak larut dalam cairan. Penyaringan menggunakan corong gelas dan kertas saring dan hasil saringan disebut filtrat.

Gambar 1. Filtrasi skala laboratorium

b)Filtrasi Skala Industri

Gambar 2. Filtrasi skala industriSebelum 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 penyaring2) Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring3) Dan vakum pada bagian bawahTekanan 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.

1.3.2Klasifikasi FiltrasiBerdasarkan gaya pendorong aliran, penyaringan diklasifikasikan menjadi Penyaring gaya berat (gravity filters), Penyaring tekanan (Pressure filters), Penyaring vakum (Vacuum filters), Penyaring sentrifugal (Centrifugal filters). 1. Penyaring gaya berat (gravity filters)Gravitasi adalah sistem pengaliran air dari sumber ke tempatreservoirdengan cara memanfaatkan energi potensial gravitasi yang dimiliki air akibat perbedaan ketinggian lokasi sumber dengan lokasireservoir 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 Press3. Penyaring vakum (Vacuum filters)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 berputar yang memiliki dinding bercelah atau berlubang yang disampuli suatu 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 FilterPada 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 FiltrasiDalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktorfaktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi, efisiensinya, dan sebagainya. Faktorfaktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman media, ukuran dan material, konsentrasi kekeruhan, tinggi muka air, kehilangan tekanan, dan temperatur.1. Debit FiltrasiDebit 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 partikelpartikel yang terlalu halus yang tersaring akan lolos.2. Konsentrasi KekeruhanKonsentrasi kekeruhan sangat mempengaruhi efisiensi dari filtrasi. 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. TemperaturAdanya 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 MaterialPemilihan 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 partikelpartikel halus yang akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging (penyumbatan lubang pori oleh partikelpartikel halus yang tertahan) yang terlalu cepat.5. Tinggi Muka Air Di Atas Media dan Kehilangan TekananKeadaan 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 RuthJika 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)Dengan: j dan h adalah konstanta yang dicari dari percobaan.Persamaan lain yang menggambarkan hubungan antara t dan Vf adalah:

di mana : = viskositasRf = tahanan filter cloth

= tahanan spesifik cake, m/kgC = berat solid/volum liquid, kg/m3A = luas permukaan filter

1.3.6. Persamaan LewisPersamaan Lewis dirumuskan sebagai :

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 bDari 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 (Vfm / K.Am) dimisalkan sebagai dan persamaan diubah ke dalam bentuk logaritma maka bentuknya menjadi :log t = -n log P + log (6)

y = a x bDari data percobaan log P (sumbu-x) dan log t (sumbu-y) dapat diplot sebagai sebuah grafik yang menghasilkan persamaan garis lurus (linear).

BAB IIPERCOBAAN

2.1 PercobaanA. Persiapan1. 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. Percobaan1. 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 (Vf) yang tertampung pada masing-masing waktu tersebut. Percobaan filtrasi dilakukan selama 20 menit, dengan interval pengambilan data volume filtrat adalah setiap 2 menit.7. Ketika pompa dimatikan, akan terdapat raw liquid yang tertinggal dalam pompa, tangki reservoar, dan pipa. Cairan sisa tersebut merupakan liquid yang tidak terfilter.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 PengamatanDari 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.A = 100 m2Tabel 1. Data hasil PercobaanWaktuP = 0,1 kgf/cm2P = 0,2 kgf/cm2

DetikVolume (mL)Volume (mL)

0-1206401040

120-2406451092

240-360641945

360-480620995

480-600640995

600-720638990

720-840640990

840-960640980

960-1080640995

1080-1200638970

Data volume akumulatif per waktutVf (ml)

menitsekonP = 0,1 kgf/cm2P = 0,2 kgf/cm2

21206401040

424012852132

636019263077

848025464072

1060031865067

1272038246057

1484044647047

1696051048027

18108057449022

20120063829992

BAB IIIPENGOLAHAN DATA

III. 1 Menentukan Konstanta j dan h Persamaan RouthPersamaan Routh merumuskan hubungan antara waktu t (sekon) dengan total volume filtrate Vf (ml) sebagai berikut :

(7)Kemudian, untuk menentukan konstanta j dan h dari percobaan ini, pertama persamaan Routh dilinierisasi menjadi :

(8)

Tabel 2. Tabel Pengolahan Data Persamaan Routht(s)P = 0,1 kgf/cm2P = 0,2 kgf/cm2

t/VfVft/VfVf

1200,1886400,1151040

2400,18712850,1132132

3600,18719260,1173077

4800,18925460,1184072

6000,18831860,1185067

7200,18838240,1196057

8400,18844640,1197047

9600,18851040,1208027

10800,18857440,1209022

12000,18863820,1209992

Kemudian dilakukan plot terhadap persamaan 2 menggunakan data dari tabel 2, yaitu plot grafik t/Vf vs Vf ,yaitu:

Grafik 1. Grafik persamaan Routh

Dari hasil plot grafik maka akan diperoleh sebuah garis lurus dengan gradien 1/h dan intercept 2j/h. P = 0,1 kgf/cm2 y = 1,73E-07x + 0,187P = 0,2 kgf/cm2 y = 6,7E-07x + 0,114Menghitung hP = 0,1 kgf/cm2

P = 0,2 kgf/cm2

Menghitung jP = 0,1 kgf/cm2

P = 0,2 kgf/cm2

III.2 Menentukan Konstanta m, n, dan K Persamaan LewisSama seperti Routh, Lewis juga merumuskan suatu fungsi yang dapat menggambarkan hubungan antara volume filtrate Vf total (ml) dengan waktu tertentu t (sekon) sebagai:

(9)Persamaan tersebut kemudian dilinearkan dengan melogaritmakan kedua ruas, sehingga diperoleh:

Dimana C = ; dapat disimplifikasi karena nilai A, K, dan konstan

(10)

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 1t (s)log tP = 0,1 kgf/cm2P = 0,2 kgf/cm2

Vf (ml)log (Vf)Vf (ml)log (Vf )

1202,07926402,806210403,0170

2402,380212853,108921323,3288

3602,556319263,284730773,4881

4802,681225463,405940723,6098

6002,778231863,503250673,7048

7202,857338243,582560573,7823

8402,924344643,649770473,8480

9602,982351043,707980273,9046

10803,033457443,759290223,9553

12003,079263823,805099923,9997

Grafik 2. Grafik persamaan Lewis Mencari Konstanta m

Dari dua persamaan garis lurus yang didapat, masing-masing pada p = 0,1 kgf/cm2 dan p = 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 = 1,013Sedangkan untuk menentukan konstanta n dari persamaan Lewis, diperoleh dengan melinearkan persamaan 9.

Dimana

(11)y = m x + C

Nilai Vf yang digunakan pada variasi tekanan adalah 5104 ml pada t = 960 detik saat P = 0,1 kgf/cm2 , sedangkan pada data percobaan saat P = 0,2 kgf/cm2 tidak terdapat nilai Vf = 0,005104 m3 maka dilakukan interpolasi dan didapat waktu saat Vf = 5104 ml adalah 605 detik.

Tabel 4. Tabel pengolahan Data Persamaan Lewis modifikasi 2Vf = 5104 m3

t(s)log tP (kgf/m2)log P

9602,9820,1-1

6052,7820,2-0,699

Dengan memplot log t terhadap log P, maka akan diperoleh garis lurus dengan gradien -n dan intercept log sehingga praktikan dapat menentukan konstanta n.

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 = 102,316 = 207,01 dimana

Jadi persamaan Lewis dari percobaan ini adalah

(12)

BAB IVANALISIS

4.1 Analisa PercobaanPada 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 kemudian menambahakan air hingga ketinggian air mencapai 10 cm dari mulut tanki. Selagi 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.

Gambar 7. Cake Yang Terbentuk

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.

4.2 ANALISA DATA DAN PERHITUNGANAnalisa DataData yang didapatkan selama percobaan adalah sebagai berikut:tVf (ml)

menitsekonP = 0,1 kgf/cm2P = 0,2 kgf/cm2

21206401040

424012852132

636019263077

848025464072

1060031865067

1272038246057

1484044647047

1696051048027

18108057449022

20120063829992

Data di atas merupakan data volume filtrat yang kumulatif tertampung pada gelas ukur. Sementara data volume filtrat yang tertampung tiap 2 menit adalah:WaktuP = 0,1 kgf/cm2P = 0,2 kgf/cm2

DetikVolume (mL)Volume (mL)

0-1206401040

120-2406451092

240-360641945

360-480620995

480-600640995

600-720638990

720-840640990

840-960640980

960-1080640995

1080-1200638970

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 PerhitunganAnalisis 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 RouthPersamaan Routh secara umum menjelaskan bahwa jika filtrasi dilakukan pada P yang konstan maka hubungan antara waktu (t) dengan volume filtrat (Vf) 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 yaitu untuk dan . Setelah itu kita plot dalam bentuk grafik dengan bantuan Ms. Excel kita meregresi untuk mendapatkan nilai yang merupakan slope grafik dan 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 (viskositas), Rf (tahanan filter cloth), (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: Percobaan pertama (P = 0.1 kgf/cm2)Bentuk linearisasi persamaan Routh yang diperoleh oleh praktikan dengan meregresi data-data yang diperoleh adalah y = 1,73E-07x + 0,187b = 0,187a = 1,73E-07Dengan mengetahui nilai a dan b maka maka praktikan dapat mengetahui nilai dari konstanta J dan h. Setelah dihitung hasilnya sebagai berikut

Percobaan ke dua (P = 0,2 kgf/cm2)Bentuk linearisasi persamaan Routh berdasarkan regresi data yang diperoleh oleh praktikan adalah y = 6,7E-07x + 0,114b = 0,114a = 6,7E-07Sama 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 LewisLewis telah merumuskan sebuah persamaan tentang filtrasi yaitu: (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)lalu praktikan turunkan persamaan di atas menjadi bentuk :(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. Percobaan pertama (P = 0,1 kgf/cm2)Bentuk linearisasi persamaan Lewis berdasarkan grafik plotting yang telah praktikan lakukan adalah y = 1.002x 0.735b = 0.735a = 1.002 Percobaan ke dua (P = 0,2 kgf/cm2)Bentuk linearisasi persamaan Lewis berdasar plot grafik y = 1.024x 1.016b = 1.016a = 1.024Dari dua persamaan garis lurus yang didapat, masing-masing pada p = 0,1 kgf/cm2 dan p = 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 = 1,013Sedangkan untuk menentukan konstanta n dari persamaan Lewis, diperoleh dengan melinearkan persamaan (21)Dimana (22)

(23)Dengan memplot log t terhadap log P, maka akan diperoleh garis lurus dengan gradien -n dan intercept log sehingga praktikan dapat menentukan konstanta n. Persamaan garis lurus yang diperoleh dari grafik: y = -0,666x + 2,316 sehingga n = 0,666 dan = 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.

Analisa GrafikAnalisis grafik didapatkan dari pengolahan data adalah sebagai berikut, yaitu:Persamaan Routh

Grafik 1. Grafik Penentuan Konstanta RouthPada 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 p konstan. Hubungan antara p 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 () 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 () 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/cm2 lebih banyak dibandingkan oleh beda tekan 0,1 kgf/cm2. Hasil ini sesuai dengan persamaan Lewis :

Sehingga semakin besar p, maka semakin banyak pula volume filtrat yang dihasilkan.

4.3 Analisa Alat dan BahanAlat yang digunakan dalam percobaan ini adalah: Tanki berpengadukTanki 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. PompaPompa berfungsi sebagai alat untuk mensirkulasikan aliran slurry hingga melewati media filter. Valve Valve atau keran berfungsi untuk mengatur kemana aliran slurry akan mengalir. Valve 2 dalam percobaan ini berfungsi untuk mengatur besarnya tekanan. Alat Pengukur TekananAlat ini berfungsi untuk mengukur tekanan yang diatur oleh besarnya bukaan valve 2. Media filterMedia filter terdiri dari kertas penyaring, rubber packing, plate, dan frame. Media filter ini berfungsi sebagai media untuk menyaring slurry. Roda pemutar/HandleRoda pemutar berfungsi untuk membuka dan mengencangkan susunan media filter. Neraca massaNeraca massa digunakan untuk mengukur massa tepung sebanyak 200 gram Wadah PlastikWadah plastik berfungsi sebagai wadah untuk meletakkan tepung yang akan diukur massanya. StopwatchStopwatch digunakan sebagai alat untuk mengukur waktu pada saat menampung volume filtrat. Gelas ukurGelas ukur digunakan sebagai wadah untuk menampung filtrat serta mengukur volumenya.

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah: TepungTepung 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. AirAir 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 KesalahanPada 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 akuratc. 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 IVKESIMPULAN

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 h = 5,78 x 106 ; j =5,4 x 105 Untuk P = 0,2 kgf/cm2h = 1,49 x 106; j = 8,49 x 105

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

m = 1,013; n = 0,666 ; K = 0,259

DAFTAR PUSTAKA

Tim penyusun. 1989. Petunjuk Praktikum Proses dan Operasi Teknik I. Depok: Laboratorium Proses dan Operasi Teknik TGP FTUI.

Departemen Teknik KimiaPage 1