ROTARY DRUM FILTEREmmanuella. MW.Ir

I. PENDAHULUAN1.1. Latar belakang

Rotary drum filter merupakan salah satu jenis filter yang dioperasikan secara kontinyu. Seperti alat filtrasi pada umumnya, alat ini mempunyai medium filter dan support sebagai komponen utama, hanya saja bentuk support berupa silinder dan medium filter mengelilinginya. Bentuk silinder tersebut mengakibatkan alat ini diberi nama drum. Selama beroperasi, drum tersebut berputar perlahan, oleh karena disebut rotary. Seringkali alat ini disebut sebagai rotary vacuum filter, karena kondisi tekanan di dalam drum bersifat vakum.

Jenis filter ini telah lama diaplikasikan di dunia industri. Keuntungan pemakaian alat ini terletak pada sistem operasinya yang kontinyu, sehingga waktu proses lebih efisien dan penggunaan tenaga kerja lebih hemat. Dalam sekali putaran, rotary drum filter melakukan tahap penyaringan, pencucian, pengeringan, dan pengumpulan cake yang jika dilakukan secara batch harus dilakukan satu per satu sehingga akan memakan waktu serta tenaga.

Bahan yang bisa disaring memakai rotary drum filter dengan model yang sejenis dengan alat praktikum ini pada prinsipnya berupa suspensi, dan yang biasa diolah dalam indiustri adalah :

a. Lumpur limbahb. Pigmenc. Resin, plastik, atau polimerd. Senyawa Kalsiume. Titanium dioksidaf. Mineral dan senyawa kimia anorganik

1.2. Tujuan Praktikum(1) Memahami pengoperasian rotary drum filter, mulai dari prosedur start up,

operasi normal, sampai shut down(2) Mengamati karakter proses operasi filtrasi kontinyu memakai alat rotary

drum filter(3) Mendapatkan hubungan antar variabel yang mempengaruhi pengoperasian

rotary drum filter dengan persamaan karakteristik yang telah tersedia dalam literatur

(4) Mencari konstanta karakteristik untuk operasi ini dengan pengolahan data praktikum

II. LANDASAN TEORIKomponen utama dari rotary drum filter berupa sebuah drum berputar yang

dindingnya merupakan support dari medium filter. Medium filter ini bertindak sebagai komponen pemisah yang akan meloloskan cairan filtrat dan menahan cake. Pemilihan medium filter merupakan faktor penting yang akan menentukan mutu produk. Contoh bahan medium yang banyak dipakai adalah : polyester, nylon, polypropylene, dan bahan dari serat khusus.

Drum diberi vakum di bagian tengahnya, sehingga cairan filtrat akan mengalir masuk kebagian tengah drum dengan menembus medium filter dan support sambil meninggalkan padatan cake di permukaan medium filter. Cake yang menempel akan

diambil oleh pisau (knife) dan dikumpulkan dalam penampung cake. Sementara itu filtrat mengalir keluar dari bagian poros drum dan dialirkan ke tangki filtrat oleh sebuah pompa.

Gambar 1. Komponen utama rotary drum filterDalam satu kali putaran, secara lengkap drum mengalami beberapa tahapan, yaitu :1. Pembentukan cake

Pada saat drum tercelup dalam suspensi, maka aliran filtrat menembus medium filter akan terjadi. Selain tahap ini perpindahan massa filtrat dari suspensi ke dalam drum tidak terjadi. Pada saat filtrat menembus medium, padatan dalam suspensi akan tertinggal dan menempel di permukaaan mediu, dan terjadilah pembentukan cake. Tahap ini berlangsung dalam zona pembentukan, dan di daerah ini kondisi vakum diaplikasikan secara maksimal. Total rasio daerah yang tercelup disebut apparent submergence, sedangkan rasio daerah tercelup dimana pembentukan cake betul-betul efektif disebut effective submergence. Rasio ini umumnya berkisar antara 33 sampai 35%.

2. Pengeringan dan pencucianDalam zona ini air yang mungkin masih membasahi cake dihisap lebih lanjut, menghasilkan cake yang lebih kering. Jika diperlukan, dapat dilakukan tahap pencucian untuk menghilangkan kotoran yang menempel atau tercampur dalam cake. Dalam rotary drum filter yang dipakai untuk praktikum ini, tidak ada tahap pencucian. Tahap pengeringan dilanjutkan setelah tahap pencucian, dengan cara yang sama dengan sebelumnya. Jika tidak ada tahap pencucian, maka zona untuk tahap ini hanya terdiri dari zona pengeringan, sedangkan jika ada pencucian terbagi menjadi zona-zona: pra pengeringan, pencucian, dan pengeringan akhir

3. Pelepasan cake.Cake yang telah cukup kering digaruk oleh sebilah pisau, dan dikumpulkan dalam sebuah bak penampung. Di tempat pelepasan cake, kondisi vakum dalam drum ditiadakan. Daerah tempat langkah ini berlangsung disebut zona pelepasan.

4. Tahapan kosong.Tahap ini berlangsung setelah pisau melepas cake. Medium filter menjadi terekpos, tanpa ada cake yang melapisi. Jika ruang vakum dalam drum terhubung

DRUM SUPPORT FILTER MEDIUM CAKE

KNIFE

dengan daerah ini, maka akan terjadi kebocoran vakum yang mengakibatkan kondisi vakum di zona lain tidak berfungsi. Oleh karena hal ini, maka diperlukan suatu valve pengatur yang menyekat zona ini dengan kondisi vakum dalam drum. Zona ini biasa disebut dead zone, dan diterjemahkan sebagai zona mati.

Mekanisme operasi filtrasi memakai rotary drum filter dapat dijelaskan oleh gambar berikut.

Gambar 2. Mekanisme dan zona dalam rotary drum filter

Selama drum berputar, valve otomatis secara terus menerus mengatur segmen drum yang menjalani filtrasi, pencucian dan pengeringan, serta pelepasan cake, juga segmen yang memasuki zona mati. Valve ini dilengkapi dengan sekat yang biasa disebut jembatan (bridge), yang merupakan daerah perubahan tekanan.

.

Gambar 3. Pengaturan kondisi tekanan dengan valve bidging

final drying zone(zona pengeringan akhir)

dead zone(zona mati)

washing zone(zona pencucian)

predrying zone(zona pra pengeringan)

formation zone(zona pembentukan)

ARAH PUTARAN

discharge zone (zona pelepasan)

Dalam aplikasi secara industrial, rotary drum filter cocok digunakan untuk proses yang mempunyai karakteristik sebagai berikut :

1. Suspensi (atau slurry) dengan padatan yang tidak cenderung mengendap dengan cepat dan berada dalam suspensi seragam jika diaduk dengan baik.

2. Cake yang tidak memerlukan waktu pengeringan lama3. Cake yang dengan sekali tahap pencucian akan bersih dari kotoran atau

menghasilkan recovery filtrat yang maksimal.4. Filtrat yang tidak memerlukan pemisahan tajam antara filtrat induk dan filtrat

hasil pencucian5. Filtrat yang diizinkan mengandung sedikit padatan halus. Padatan ini mungkin

lolos menembus medium filter pada detik-detik pertama dari pembentukan cake. Dalam beberapa pengoperasian rotary drum filter, biasanya filtrat dapat mengandung sampai 5000 ppm padatan tak terlarut.

Karakter rotary drum filter didasarkan persamaan karakteristik yang dapat menggambarkan perilaku rotary drum filter, yaitu :

Flow rate = = (Geankoplis, 1993, hal. 814)

Dimana :V : volume filtrat yang tertampung di bak penampungA : luas penampang filtrasi (filter area)tC : waktu siklus total (total cycle time)f : fraksi bagian yang tercelup dalam slurry(-ΔP) : beda tekan yang terukur dalam drumμ : viskositas filtratα : hambatan spesifik cake (specific cake resistance)cs : kg solid/m3 volume filtrat

harga cs didapatkan dari persamaan berikut :

cs =

Flow rate biasa dilambangkan Φ, merupakan laju alir linier filtrat yang dipindahkan ke tangki penampung. Perpindahan massa filtrat ini hanya berlangsung di bagian drum yang tercelup ke dalam suspensi.

Tahanan perpindahan dianggap hanya dari cake, sedangkan dari medium diabaikan karena dalam operasi filtrasi kontinyu biasanya memiliki harga yang relatif kecil. Dalam praktikum ini telah dipilih jenis umpan serta bahan medium yang cocok untuk kondisi tersebut.

ρ : massa jenis aircx : kg solid/kg slurrym : kg cake basah/kg cake kering

III. PERCOBAAN3.1 Alat dan Bahan Praktikum

a. Alat utama : seperangkat alat praktikum rotary drum filter

Gambar 4. Rangkaian rotary drum filter

b. Alat pendukung :(1) Beaker glass berkapasitas 1 liter atau lebih.(2) Ember plastik(3) Cawan penguap, 10 buah(4) Piknometer(5) Viskometer(6) Stopwatch, 2 buah

c. Bahan :(1) Air kran dan rajangan kertas sebagai bahan feed(2) Kain sari atau sejenisnya sebagai medium filter

3.2 Prosedur Kerjaa. Pembuatan Slurry, hanya dilakukan jika bahan belum tersedia

(1) Masukkan rajangan kertas ke tangki bahan sesuai perintah Pembimbing(2) Masukkan air kran sampai batas atas tangki(3) Jalankan pengaduk dalam tangki sampai rajangan kertas hancur menjadi

suspensib. Persiapan

(1) Pastikan bahwa semua pipa telah tersambung, listrik telah terhubung, dan valve dalam kondisi yang diinginkan. Jika dipakai pompa vakum lokal, pastikan salurannya telah tersambung dengan bak berisi air es. Periksa dan pastikan sistim perpipaan telah tersambung dengan baik.

(2) Ukur keliling drum dan lebar screen, jika belum terukur(3) Jalankan pompa feed, sampai tangki penampung slurry terisi sampai batas

saluran pelimpah, kemudian hentikan pompa feed ini(4) Ukur keliling drum atau panjang screen yang tercelup ke dalam slurry, jika

belum terukur. Ukur juga panjang dead zone.

DRUM

TANGKIUMPAN

PENAMPUNGFILTRAT

TANGKIPRODUK

AIR ES

PISAU

POMPA UMPAN

POMPA PRODUK

VAKUM

DRAIN

SEPARATOR

(5) Basahi seluruh bagian screen dengan cara menjalankan drum sesuai skala yang diperintahkan Pembimbing, sampai drum berputar 3 kali. Sambil melakukan langkah ini, lakukan pengukuran periode putaran drum (tc).

c. Operasi Rotary Drum Filter(1) Jalankan pompa feed(2) Jalankan drum pada skala yang ditugaskan(3) Nyalakan tombol pompa vakum yang sekaligus menjalankan pompa produk(4) Catat awal filtrat masuk ke tangki produk dengan stopwatch I. Catat waktu

awal cake menyentuh pisau dengan stopwatch II.(5) Amati ketinggian filtrat yang tertampung di tangki produk dan catat waktu

yang dibutuhkan dengan stopwatch Id. Shut down dan persiapan untuk run berikutnya

(1) Matikan tombol pompa vakum, kemudian segera matikan pompa feed(2) Tunggu sampai cake terkelupas semua, catat waktu dengan stopwach II pada

saat cake terakhir tergesek oleh pisau(3) Matikan putaran drum(4) Ambil sample berupa slurry dan cake setelah yakin alat sepenuhnya mati(5) Kembalikan cake dan filtrat ke dalam tangki produk

3.3 Data yang diambila. Kondisi alat

Lakukan pengukuran keliling drum, lebar screen, panjang busur drum yang tercelup ke dalam slurry, panjang dead zone dan lihat di label yang terdapat dalam tangki produk untuk mengetahui kesetaraan 1 cm ketinggian filtrat dengan volume filtrat. Catat juga tekanan operasi yang dapat dicapai. Masukkan hasil pengukuran dan pencatatan ini dalam lembar data.

b. Hubungan antara volume filtrat dengan time cycle(1) Pada saat membasahi medium dengan melakukan putaran tanpa vakum, catat

waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran penuh, sesuai dengan skala putaran yang ditugaskan.

(2) Pada saat dilakukan pengoperasian rotary drum filter, segera setelah penyalaan tombol pompa vakum yang sekaligus menjalankan pompa produk, lakukan pengamatan waktu total (t) yang diperlukan untuk mencapai ketinggian filtrat tertentu (Hfiktrat), dan catat dalam lembar data.

c. Karakter filtratLakukan pengukuran massa jenis filtrat dan viskositas filtrat dengan metode

yang standar. Jika filtrat berupa air, maka Pembimbing dapat mengarahkan untuk mengambil sifat air dari literatur. Catat dalam lembar data.d. Hubungan antara tebal cake dengan periode putaran

(1) Catat selang waktu antara cake pertama menyentuh pisau sampai waktu terakhir menyentuh pisau dengan stopwatch II (sebagai tp)

(2) Kumpulkan seluruh cake yang dihasilkan dan ukur volumenya (Vcake)e. Penentuan cs

(1) Ambil sample slurry kira-kira ¼ sendok teh dalam cawan penguap, timbang beratnya. Masukkan sample ini ke dalam oven pemanas, dan timbang beratnya setelah 24 jam pemanasan

(2) Ambil sample cake basah kira-kira ¼ sendok teh dalam cawan penguap, timbang beratnya. Masukkan sample ini ke dalam oven pemanas, dan timbang beratnya setelah 24 jam pemanasan

(3) Masukkan data ini dan lakukan perhitungan sesuai dengan tabel yang terdapat dalam lembar data

DATA PENGAMATAN

a. Kondisi alat

(1) Keliling Drum (K) = 1,633 m

(2) Lebar Screen (L) = 0,395 m

(3) Filter Area = K x L = 0,645 m2

(4) Panjang busur drum yang tidak tercelup ke dalam slurry (K’) = 1,10

m

(5) Fraksi Drum yang tercelup = K/K’ = 1,484

(6) Panjang dead zone (Ldz) = 0,13 m

(7) Tekanan operasi (-ΔP) : 0.34 bar = 34 000 Pascal

(8) 1 cm tinggi filtrat (Hfiltrat) setara dengan volume filtrat (V) 2,28 x 10-3

m3

b. Hubungan antara volume filtrat dengan time cycle

RUN 1 2 3SKALA 2 3 4

PERIODE*) 30 detik 22 detik 17 detikNomorData

Hfiltrat

(cm)Waktu pengisian tangki filtrat (detik)

1 5 276 250 236

2 10 424 385 365

3 15 602 588 571

4 20 765 738 706

5 25 928 920 914

6 30 1094 1082 1067

*) Waktu yang ditempuh untuk menyelesaikan satu putaran drum dalam satuan detik

d. Hubungan antara tebal cake dengan periode putaran

RUN 1 2 3Waktu pengolahan

(tp, detik)1120 1106 1096

Volum total cake (Vcake, m3)

0,75 x 10-3 0,75 x 10-3 0,75 x 10-3

e. Karakter filtratAir pada suhu operasi 25 oC, tekanan 1 atm mempunyai massa jenis (ρ) sebesar 997 kg/m3 dan viskositas (μ) sebesar 0,8947 Pa.s

f. Penentuan cs 5.6829

RUN 1 2 3

Berat basah slurry (gram) 21,73

Berat kering slurry (gram) 0,124

cx 5,7 x 10-3

Berat basah cake (gram) 1,51 1,51 1,51

Berat kering cake (gram) 0,2784 0,1794 0,2176

m 5,424 8,417 6,94

cs 5,86 5,97 5,917

Cs rata-rata 5,9157

PENGOLAHAN DATA Dari tabel b dapat diperoleh :

grafik hubungan anatar volume filtrat dengan waktu

y = 6.25 E-05x - 0.0034

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 200 400 600 800 1000 1200

waktu (detik)

volu

me

filt

rat

(m3)

run1

Linear (run1)

grafik hubungan anatar volume filtrat dengan waktu

y = 6.32 E-05x

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 200 400 600 800 1000 1200

waktu (detik)

volu

me

filt

rat

(m3)

run 2

Linear (run 2)

grafik hubungan anatar volume filtrat dengan waktu

y = 6.41 E-05x - 0.0016

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 200 400 600 800 1000 1200

waktu (detik)

volu

me

filt

rat

(m3)

run 3

Linear (run 3)

Untuk mencari hambatan spesifik cake (α)

RUN Ф (m/s) Ф2 (m2/s2) 1/Ф2 tc (s)

1 0.0000625 3.90625 x 10-9 256000000 30

2 0.0000632 3.99424 x 10-9 250360519 22

3 0.0000641 4.10881 x 10-9 243379470 17

grafik hubungan antara 1/O dengan tc

y = 946077x + 2E+08

R2 = 0.9629

240000000

245000000

250000000

255000000

260000000

0 5 10 15 20 25 30 35

tc (detik)

1/O

Series1

Linear (Series1)

Diperoleh gradien dari grafik hubungan antara 1/Ф2 dengan tc diperoleh sebesar 946

077 s/m2 yang dimanan nilai tersebut sama dengan nilai dari α / Z.

Z =

= [(2)( 1,484)(34 000 kg/ms2)] / (0,8947 x 10-3 kg/ms)( 5,9157 kg/m3)

= 19 065 984 m3/kg s

946 077 s/m2 = α / Z

(946 077 s/m2)(19 065 984 m3/kg s) = α

Maka didapat α sebesar 1,8 x 1013 m/kg

KESIMPULAN

Cx diperoleh sebesar 5,7 x 10-3 kg solid/kg slurry

Cs diperoleh sebesar 5,9157 kg solid/m3 volume filtrat

Diperoleh α (hambatan spesifik cake /specific cake resistance) sebesar 1,8 x

1013 m/kg

Daftar Pustaka :

1. Geankoplis, Christie.J, 1983, “Transport Process and Unit Operation”, Ally and Bacon,Inc, United State of America

2. Rousseau Ronald W, 1987, “Handbook of Separation Process Technology”, John Willey & Son, Inc, Canada

3. “Perry’s Chemical Engineering Handbook”, 5th ed.4. Praktikum Unit Operasi, PEDC.

LAPORAN PRAKTIKUM

SATUAN OPERASI

ROTARY DRUM FILTERDosen Pembimbing : Ir. Emmanuela

Disusun Oleh :

Deny asfian (07401068)

Neneng Irma Riskandari (07401077)

Sanny Febriany (07401083)

Laboratorium Satuan Operasi

Jurusan Teknik Kimia

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2009