Transcript of 135328120 Laporan Praktikum Filtrasi
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.