Laporan Praktikum Modul IVFiltrasiUnit Operasi Bioproses I

Oleh:Chandra Dwi Prakoso(1206212)Farisa Imansari(1206212426)Fhani Meliana(1206212413)Sandra Monica(1206212432)

TEKNOLOGI BIOPROSESDEPARTEMEN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIAOktober 2014Daftar Isi

Daftar Isi ....................................................................................................................................1BAB I Pendahuluan1.1 Tujuan Percobaan.................................................................................................................21.2 Teori Dasar...........................................................................................................................21.2.A Definisi......................................................................................................................21.2.B Jenis Filter.................................................................................................................21.2 C Komponen Filtrasi.....................................................................................................41.2 D Jenis Cake..................................................................................................................61.2 E Persamaan Pada Filtrasi.............................................................................................71.3 Prosedur Percobaan..............................................................................................................7

BAB II Pengolahan Data2.1 Data Percobaan.....................................................................................................................92.2 Pengolahan Data...................................................................................................................9

BAB III Analisis3.1 Analisis Percobaan...............................................................................................................3.2 Analisis Hasil dan Perhitungan.............................................................................................3.3 Analisis Grafik......................................................................................................................3.4 Analisis Kesalahan...............................................................................................................

BAB IV Penutup4.1 Kesimpulan dan Saran...........................................................................................................

Daftar Pustaka..........................................................................................................................

MODUL IV FILTRASIBAB IPendahuluan

1.1 Tujuan Percobaan1. Melakukan uji coba (test) filtrasi pada tekanan konstan dengan menggunakan Filter Press kecil agar metode uji coba dapat dikuasai.2. Menguji persamaan (filtrasi dari) Ruth dan Lewis, dan menentukan konstanta konstanta yang ada dalam persamaan tersebut.3. Mengukur/menentukan jumlah filtrat per unit waktu, pada filtrasi larutan slurry pada tekanan konstan.

1.2 Teori Dasar A. DefinisiFiltrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat terhadap zat cair dari suatu slurry dengan menggunakan media berpori atau bahan berpori lain untuk memisahkan sebanyak mungkin padatan yang tersuspensi dan koloid. Padatan yang tertahan pada filter (cake) bekerja sebagai media berpori yang baru. Filtrasi terjadi karena ada gaya dorong melalui media berpori, seperti tekanan, gravitasi, dan daya hisap (vacum).

B. Jenis FilterBerdasarkan pada prinsip kerja, filtrasi dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu:a. Pressure FiltrationJenis ini adalah filtrasi yang pengaliran bahannya menggunakan tekanan. Pada jenis ini biasanya yang ingin dihasilkan adalah cairan hasil filtrasinya, karena cake yang diperoleh lebih basah. Apabila mengharapkan cake yang lebih kering dapat menggunakan vacum filtration. Pada filtrasi ini biasanya tersusun atas frame dan filter cloth yang dapat berupa kain/sejenis kanvas, serta disusun dengan packing yang biasanya terbuat dari karet.

Gambar 1. Skema Filtrasi (Pressure Filtration)b. Gravity FiltrationProses pengaliran bahan didasarkan pada gaya beratnya sendiri. Jenis ini adalah jenis 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. Tangki biasanya terbuat dari kayu, bata atau logam tetapi untuk pengolahan air biasa digunakan beton. Hal yang harus diperhatikan dalam filter gravitasi, bongkahan-bongkahan kasar (batu atau kerikil) diletakkan bagian atas balok berpori (cake) untuk menahan materi-materi kecil yang ada di atasnya (pasir, dll). Materi yang berbeda ukurannya harus diletakkan dengan membentuk lapisan-lapisan sehingga dapat bercampur dan ukuran untuk setiap materi harusnya sama untuk menyediakan pori-pori dan kemampuan yang maksimal.

Gambar 2. Contoh Filter Menggunakan Gaya Gravitasi Pada Pemurnian Airc. Vacum FiltrationProses pengaliran bahan dilakukan dengan prinsip penghampaan (penghisapan). Pada jenis filtrasi ini, biasanya yang ingin didapatkan adalah cake karena melalui penghisapan cake yang diperoleh akan lebih banyak serta lebih kering.Proses pemisahan dengan teknik ini sangat tepat dilakukan, jika jumlah partikel padatnya lebih besar dibandingkan dengan cairannya. Penyaring vakum dipakai untuk suatu ukuran besar, jarang digunakan untuk pengumpulan endapan-endapan kristal atau penyaring steril. Penyaring vakum kontinu dapat menangani beban kotoran yang tinggi dan pada suatu basis volume, dalam hal biaya cairan yang disaring per galon relatif murah. Dalam mengerjakan sistem penyaring drum kontinu, vakum dipakai untuk drum (tong) tersebut, dan cairan mengalir melalui lajur kontinu. Zat padat dikumpulkan pada akhir lajur tersebut.

Gambar 3. Alat Vacum FiltrationC. Komponen Proses Filtrasi1. Tangki reservoar sebagai tangki tempat slurry berkonsentrasi tertentu yang akan difiltrasi.

Gambar 4. Tangki Reservoar2. Agitator sebagai sebagai pengaduk slurry untuk menjaga slurry tetap berkonsentrasi homogen.

Gambar 5. Agitator3. Pompa berperan sebagai pemberi tekanan pada slurry dalam proses pressure filtration. Tekanan yang berasal dari pompa juga menyebabkan terjadinya resirkulasi pada tangki dan mesin filtrasi.

4. Frame sebagai tempat pemasangan filter cloth atau sebagai penahan filter cloth.5. Filter cloth berperan bukan sebagai 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 akan dipasang pada permukaan filter. 6. Rubber packing sebagai penyangga susunan frame dan filter cloth.7. Gelas ukur 250 ml untuk menampung cairan hasil filtrasi.8. Slurry merupakan campuran zat padat dan zat cair yang ingin difiltrasi9. Feed valve merupakan valve yang mengatur keluarnya feed yang akan difiltrasi pada tekanan tertentu. Sedikit perubahan pada feed valve akan sangat mempengaruhi tekanan yang terjadi pada slurry yang akan difiltrasi10. Return valve adalah valve yang menjaga debit slurry yang keluar dari tangki. Biasanya return valve dibuka secara penuh pada proses filtrasi.11. Filtrate delivery valve adalah valve yang mengatur debit hasil filtrasi.12. Penunjuk tekanan Gauge adalah alat yang menunjukkan tekanan yang dipakai selama proses pressure filtration. Satuan yang dipakai pada penunjuk tekanan Gauge adalah psi, jarum penunjuk Gauge sangat sensitif dalam menunjukkan perubahan tekanan.13. Handle adalah tuas untuk mengencangkan packing yang terdiri dari frame, rubber packing dan filter cloth. Handle digunakan untuk memastikan packing tersusun dengan rapat untuk menghindari kobocoran pada saat proses filtrasi.

D. Jenis CakeCake dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu :a. Compressible cake, ialah cake yang mengalami perubahan struktur dalam oleh adanya tekanan (ruang prous dalam cake mengecil, tahanan filtrasi makin besar). Hal ini mengakibatkan proses filtrasi menjadi semakin sulit. Peristiwa ini mengkaibatkan 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 struktural walaupun diadakan penekanan terhadapnya. Dalam praktek, non compressible cake ini tidak ada, tapi untuk mempermudah perhitungan diadakan pendekatan dengan memakai rumus-rumus yang berlaku untuk non compressible cake.

Gambar. Contoh Cake Hasil FiltrasiE. Persamaan Pada FiltrasiRumus-rumus yang dipakai dalam percobaan ini adalah :1. Persamaan RouthJika 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 dalam persamaan :Vf2 + 2J . Vf = h.t...................................................................................................(1)Dengan : j dan h adalah konstanta yang dicari dari percobaan.Persamaan lain yang menggambarkan hubungan anatar t dan Vf adalah : ................................................................................(2)

Dengan :=ViskositasRf=Tahanan filter cloth=Tahanan spesifik cake, m/KgC=Berat solid / volum liquid, Kg/m3A=Luas Permukaan Filter

2. Persamaan Lewis[Vf/A]m . t = K . Pn . t .......................................................................................(3)Dengan : n, m, k adalah konstanta yang ditentukan oleh percobaan.

1.3 Prosedur PercobaanA. Persiapan1. Mengisi tangki dengan air dari keran kira kira sepertiga volume tangki.2. Menyalakan agitator dan pompa kemudian memasukkan satu bungkus bahan untuk membuat slurry.3. Membuka tempat filter cloth, frame, dan rubber packing dengen memutar roda penekan (handle).4. Memasang filter/jaring besi, kain filter (filter cloth), frame, dan rubber packing secara berurutan hingga semua terpasang, serta meluruskan lubang lubangnya.5. Memutar roda penekan (handle) ke arah sebaliknya, serta mengencangkannya.6. Membuka return valve secara penuh, dan membuka feed valve secara perlahan, apabila terjadi kebocoran pada frame maka pemasangan frame dapat diulangi dengan mengendorkan handle kemudian memasang ulang frame, filter cloth, rubber packing sampai rapat tanpa ada kebocoran ke susunan di atas packing.

B. Percobaan1. Membuka Return Valve (V-2) secara penuh, menutup feed valve (V-3) dengan rapat, dan kemudian menyalakan pompa sehingga terjadi resirkulasi larutan di antara reservoar dan pompa.2. Membuka V-3 buang / menghilangkan udara di dalam filter press. Mengatur V-3 (feed valve) untuk menjaga agar tekanan konstan. Tekanan yang dipakai pada percobaan pertama yaitu 0,2 psi.3. Membuka V- 4 (filtrate delivery valve) dan mengatur debitnya tidak terlalu kecil maupun tidak terlalu besar, dan tidak boleh debitnya membentuk tetesan tetesan karna debitnya akan menjadi tidak konstan.4. Meletakkan gelas ukur di bawah selang yang terhubung dengan V-4 (filtrat delivery valve).5. Selama percobaan filtrasi, mengatur V-3 (feed valve) terus menerus untuk memperoleh tekanan yang konstan, tetap pada 0,2 psi.6. Mencatat volume filtrat yang tertampung pada gelas ukur (Vf) setiap 2 menit dengan menggunakan stopwatch hingga didapatkan 10 data.7. Setelah mendapatkan 10 data volume hasil filtrasi (Vf), lalu menutup filtrate delivery valve (V-4), lalu mengatur feed valve hingga alat Gauge menunjukkan tekanan yang baru yaitu 0,4 psi.8. Membuka V- 4 (filtrate delivery valve) dan mengatur debitnya tidak terlalu kecil maupun tidak terlalu besar, dan tidak boleh debitnya membentuk tetesan tetesan karna debitnya akan menjadi tidak konstan.9. Meletakkan gelas ukur di bawah selang yang terhubung dengan V-4 (filtrat delivery valve).10. Selama percobaan filtrasi, mengatur V-3 (feed valve) terus menerus untuk memperoleh tekanan yang konstan, tetap pada 0,4 psi.11. Mencatat volume filtrat yang tertampung pada gelas ukur (Vf) setiap 2 menit dengan menggunakan stopwatch hingga didapatkan 10 data.12. Maka hasil data yang diperoleh adalah 10 data volume filtrat (Vf) pada tekanan 0,2 psi dan 10 data volume filtrat (Vf) pada tekanan 0,4 psi.BAB IIPENGOLAHAN DATA

2.1 Data PercobaanTabel 2.1 Data Volume Filtrat Pada Tekanan 0,2 psiNo.t (menit)Volume Filtrat/ Vf (ml)

1. 2214

2. 4428

3. 6642

4. 8856

5. 101068

6. 121286

7. 141500

8. 161708

9. 181918

10. 202122

Tabel 2.2 Data Volume Filtrat Pada Tekanan 0,4 psiNo.t (menit)Volume Filtrat/ Vf (ml)

1. 2240

2. 4478

3. 6716

4. 8956

5. 101191

6. 121427

7. 141659

8. 161899

9. 182137

10. 202380

2.2 Pengolahan DataA. Menentukan Konstanta J dan H Persamaan RouthPersamaan routh menyatakan hubungan antara volume filtrate, Vf dengan waktu, yang dinyatakan secara matematis sebagai berikut

Dengan melinierkan persamaan diatas didapatkan hasil sebagai berikut

Dengan nilai 1/h sebagai slope dan 2j/h sebagai intersep

Tabel . Nilai x dan y pada linierisasi persamaan Routht (2)0,2 psi0,4 psi

Vf (ml)t/Vf (s/ml)Vf (ml)t/Vf (s/ml)

1202140.5607476642400.5

2404280.5607476644780.50209205

3606420.5607476647160.502793296

4808560.5607476649560.50209205

60010680.56179775311910.503778338

72012860.55987558314270.504555011

84015000.5616590.506329114

96017080.5620608918990.505529226

108019180.56308654821370.505381376

120021220.56550424123800.504201681

Dengan memasukan data diatas pada program aplikasi spreadsheet didapatkan hasil grafik sebagai berikut

Dari masing-masing grafik diatas didapatkan juga persamaan hasil regresi linier untuk setiap tekanan, yakniKetika 0,2 psi, persamaan garisnya adalah

Ketika 0,4 psi, persamaan garisnya adalah

Dari persamaan garis tersebut, kita dapat mencari nilai konstanta j dan h berdasarkan korelasi linierisasi dengan nilai slope dan intersep garis.Menghitung H

Untuk 0,2 psi

Untuk 0,4 psi

Menghitung j

Untuk 0,2 psi

Untuk 0,4 psi

B. Menentukan Konstanta M,N, Dan K Dalam Persamaan LewisPersamaan Lewis menyatakan hubungan antara volume filtrate (Vf), waktu (t), tekanan (P), dan luas penampang filter (A) yang dinayatakan secara matematis sebagai berikut

Karena AmKPn merupakan konstanta, untuk penyederhanaan kita dapat menganggapnya menjadi suatu konstanta kompleks, misal G

Dengan penederhanaan konstanta persamaan diatas dapat diubah menjadi

Dengan melinierkan persamaan diatas melalui prinsip logaritma didapatkan persamaan garis lurus seperti berikut

Dengan m sebagai slope dan logG sebagai intersep garist (s)0,2 psi0,4 psi

log Vflog tlog Vflog t

1202.3304142.079181252.3802112.07918125

2402.6314442.380211242.6794282.38021124

3602.8075352.55630252.8549132.5563025

4802.9324742.681241242.9804582.68124124

6003.0285712.778151253.0759122.77815125

7203.1092412.85733253.1544242.8573325

8403.1760912.924279293.2198462.92427929

9603.2324882.982271233.2785252.98227123

10803.2828493.033423763.3298053.03342376

12003.3267453.079181253.3765773.07918125

Dengan memasukan data diatas sebagai nilai x dan y pada program spreadsheet didapatkan hasil grafik sebagai berikut

Dari masing-masing grafik diatas didapatkan juga persamaan hasil regresi linier untuk setiap tekanan, yakniKetika 0,2 psi, persamaan garisnya adalah

Ketika 0,4 psi, persamaan garisnya adalah

Dari persamaan garis tersebut, kita dapat mencari nilai konstanta m berdasarkan korelasi linierisasi dengan nilai slope garisManghitung nilai m

Ketika 0,2 psi, nilai m adalah

Ketika 0,4 psi, nilai m adalah

Nilai m rata-rata adalah

Setelah mendapat nilai dari konstanta m kita dapat mencari nilai untuk konstanta lain, yakni n. Persamaan lewis dimodifikasi menjadi seperti berikut

Dengan menjandikan nilai Vf konstan, maka kita dapat membuat asumsi penyederhanaan dengan suatu konstanta kompleks

Sehingga persamaan lewis dapat diubah menjadi seperti berikut

Dengan melinierkan persamaan diatas melalui sifat logaritma, didapatkan persmaan berikut

Dengan n sebagai slope dan logZ sebagai intersep.Dalam menggunakan persamaan garis diatas, kita harus mencari nilai Vf yang tepat dan representative. Dalam kasus ini praktikan mengambil nilai Vf sebesar 642 ml. Pada tekanan 0,4 psi, nilai t untuk Vf sebesar 642 ml tidak diketahui oleh karena itu kita harus menginterpolasikan data yang mengapit nilai tersebut.

Vf=642 mlColumn1Column2Column3

tlog tPlog P

3602.55630250.2-0.69897

322.682.508772050.4-0.39794

Dari persamaan garis diatas diketahui nilai slope adalah -0,1579, maka nilai n adalah

Dan nilai Z adalah

Untuk mengetahu nilai konstanta K adalah dengan mengubaha persamaan berikut

menjadi

BAB IIIANALISIS

3.1 Analisis Percobaan3.2 Analisis DataPada percobaan kali ini praktikan mencari volume filtrat yang terfiltrasi setiap 2 menit pada tekanan 0,2 psi dan tekanan 0,4 psi. Dari data percobaan yang didapatkan oleh praktikan, volume filtrat pada tekanan 0,2 psi lebih sedikit dibandingkan volume filtrat pada tekanan 0,4 psi. Hal itu dikarenakan semakin tinggi tekanan yang digunakan, maka akan semakin banyak volume filtrat yang keluar dikarenakan semakin banyak slurry yang tersaring. Seiring berjalannya waktu, volume filtrat akan semakin sedikit dikarenakan slurry yang tertahan pada saringan semakin banyak dan akan menahan aliran filtrat yang mengalir. Sedangkan seiring berjalannya waktu, volume filtrat yang didapatkan praktikan semakin banyak.3.3 Analisis PerhitunganPengolahan data pada percobaan ini dilakukan untuk menguji persamaan Routh dan persamaan Lewis dengan menggunakan data volume filtrat. Pada perhitungan persamaan Routh, kita menggunakan persamaan:

Setelah dibikin grafiknya, maka pada tekanan 0,2 psi didapatkan persamaan Pada tekanan 0,4 psi didapatkan persamaan

Setelah itu praktikan mencari nilai konstanta h dan j dari masing-masing tekanan dan didapatkan pada tekanan 0,2 psi nilainya adalah: h = 5,0 x 105j = 1,4988 x 105dan pada tekanan 0,4 psi nilainya adalah:h = 5,0 x 105j = 1,2518 x 105Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa nilai tahanan filtrasi pada tekanan 0,2 psi lebih besar dibandingkan pada tekanan 0,4 psi. Sedangkan seharusnya pada tekanan yang lebih rendah akan memiliki nilai tahanan filtrasi yang lebih kecil dibandingkan dengan tekanan yang lebih tinggi. Hal itu dikarenakan semakin tinggi tekanannya, maka cake yang tertahan pada saringan akan lebih banyak sehingga akan menahan laju alir dari cairan. Oleh karena itu, nilai tahanan filtrasinya akan lebih besar dibandingkan dengan tekanan yang lebih rendah.Untuk persamaan Lewis, praktikan melakukan pengolahan data dengan menggunakan persamaan:

Setelah itu praktikan membuat grafiknya, dan dari grafik didapatkan persamaan pada tekanan 0,2 psi:

Ketika 0,4 psi, persamaan garisnya adalah

Praktikan kemudian mencari nilai dari konstanta m, n, Z, dan K.

3.4 Analisis GrafikPada persamaan Routh, didapatkan grafik seperti beriku ini:

3.5 Analisis KesalahanDalam suatu praktikum, terkadang praktikan melakukan beberapa kesalahan yang dapat mempengaruhi hasil percobaan yang didapatkan. Kesalahan yang dapat dilakukan oleh praktikan adalah saat melakukan praktikum, ataupun pada saat melakukan pengolahan data. Ada beberapa kesalahan yang mungkin dapat dilakukan praktikan pada saat pengerjaan. Praktikan melakukan kemungkinan dapat melakukan kesalahan pada saat menyusun frame dan plate pada awal praktikum sehingga menimbulkan kebocoran ke atas saat V2 (return valve) dan V3 (feed valve) dibuka. Praktikan pun harus merangkai ulang susunan dari frame dan platenya sehingga memakan waktu lebih lama untuk menyiapkan peralatan filtrasi. Selain itu, saat filtrasi berlangsung, praktikan juga dapat melakukaan kesalahan pada saat menjaga tekanan tetap konstan, dimana praktikan kurang teliti dalam memutar valve sehingga menyebabkan perubahan tekanan dan mempengaruhi keakuratan hasil percobaan yang didapat. Selain itu, dalam mengambil volume filrat juga memungkinkan terjadinya kesalahan dimana filtrat sudah diisi ke dalam tabung di saat kondisi tabung tidak benar-benar kosong. Ketidaktelitian juga dapat terjadi saat praktikan terlambat memindahkan selang yang mengeluarkan filtrat disaat waktu sudah menunjukkan 2 menit. Pada saat menyesuaikan V2 untuk mendapatkan tekanan yang konstan, praktikan memakan waktu yang lama sehingga slurry terus mengalir dan cakenya sudah menumpuk pada saringan sehingga berpengaruh pada laju alir dari cairan.

BAB IIIPENUTUP

3.6 Kesimpulan1. Metode filtrasi dapat digunakan untuk memisahkan campuran dengan menggunakan media porous.2. Filtrasi dilakukan dengan menggunakan prinsip perbedaan ukuran dari komponen campuran.3. Jumlah volume filtrat yang didapatkan dari percobaan digunakan untuk menentukan menguji persamaan Routh dan persamaan Lewis.4. Menurut persamaan Routh, tekanan berbanding lurus dengan tahanan filtrasi dan didapatkan nilai konstantanya yaitu h (pada 0,2 psi) = 5,0 x 105 ; h (pada 0,4 psi) = 5,0 x 105 ;j (pada 0,2 psi) = 1,4988 x 105; j (pada 0,4 psi) = 1,2518 x 105.5. Konstanta-konstanta dari persamaan Lewis yang didapatkan dari pengolahan data,yaitu: m= 1,0034; n = 0,1579; Z = 2,4459; K = 2,6414.

3.7 Saran1. Metode filtrasi dapat digunakan dalam dunia industri karena penggunaannya mudah dan tidak dibutuhkan biaya yang mahal.2. Peralatan yang digunakan pada proses filtrasi dibuat menjadi lebih canggih sehingga tidak memakan waktu dan tenaga lebih dalam pengerjaannya. Contohnya yaitu pada alat handle, dapat diganti dengan menggunakan handle otomatis sehingga tidak diperlukan tenaga yang besar untuk memutar handle.18