Filtrasi Otk.docx

FILTRASI (VACUUM FILTER) Hari/Tanggal: Senin, 5 November 2018 A. Tujuan Percobaan Tujuan dari modul “Filtrasi (Vacuum Filter)” adalah untuk mengerti dan memahami proses filtrasi dengan menggunakan vacuum filter, dapat melakukan percobaan filtrasi dengan menggunakan vacuum filter dengan benar dan aman, dan dapat menghitung kecepatan filtrasi, waktu proses, dan volume filtrate yang didapatkan pada filtrasi dengan vacuum filter. B. Dasar Teori Teknik pemisahan adalah suatu metode yang digunakan untuk memisahkan dan memurnikan senyawa tunggal, kelompok senyawa dengan susunan yang berkaitan atau suatu zat yang terdapat dalam bahan alam, hasil proses reaksi baik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Berdasarkan

prosesnya

dibagi

menjadi:

a. Pemisahan dengan proses sederhana Pemisahan ini hanya dengan cara tunggal, misalnya dua cairan yang tidak bercampur diambil dengan pipet atau corong pisah, destilasi, sentrifugasi, filtrasi, dll. b. Pemisahan dengan proses kompleks Proses yang kompleks ini biasanya memerlukan pembentukan fase yang kedua yaitu dengan menambah cairan, padatan atau gas. Proses ini juga memerlukan pengaturan dengan proses mekanis ataupun rekasi kimia untuk menghasilkan pemisahan yang efektif. Jenis-jenis pemisahan: a. Filtrasi Pemisahan ini digunakan untuk memisahkan partikel tersuspensi dalan cairan atau gas, biasanya menggunakan media berpori agar partikel tertinggal. b. Destilasi Pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih atau tekanan uap dari campuran yang akan dipisahkan. Bahan yang berwujud cair dipanaskan,

uap yang terjadi dialirkan melalui suatu pendingin sehingga terjadi pengembunan dan diperoleh destilat. c. Ekstraksi Pemisahan didasarkan atas distribusi zat terlarut diantara dua pelarut yang tidak saling bercampur, digunakan untuk memisahkan senyawa yang terdapat dalam jaringan tanaman atau hewan, dapat juga untuk pemisahan logam. d. Dialisis Pemisahan yang dilakukan untuk memurnikan koloid. Dispersi koloid diletakkan didalam kantong yang bersifat membran, dan dimasukkan kedalam air. Senyawa terlarut akan mengalami difusi dan masuk kedalam air, sedangkan koloid akan tertinggal didalam kantong. e. Sedimentasi dan Presipitasi Pemisahan didasarkan pada kecepatan gerakan kebawah dari partikel yang terdapat campuran. Sedimentasi didasarkan pada ukuran partikel komponen yang akan dipisahkan. Pemisahan dengan presipitasi dilakukan dengan mengatur parameter kimia antara lain pH, dan jenis presipitat. f. Sentrifusi Pemisahan dengan menggunakan alat pemusing (sentrifuge). Komponen yang lebih berat akan terpisah didasar wadah sedangkan komponen lain berada diatasnya. g. Kromatografi Pemisahan senyawa runut atau senyawa yang tercampur dengan senyawa lain yang sifatnya agak mirip, didasarkan pada perbedaan distribusi campuran senyawa antara dua fasa. Distribusi bersifat reversibel dan senyawa dalam dimensi campuran harus dalam dimensi molekuler (Marwati, 2010). Filtrasi adalah operasi pemisahan campuran yang heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan oleh media filter yang meloloskan fluida tetapi menahan partikel-partikel padatan, dengan cara melewatkan fluida melalui suatu media penyaring atau septum yang dapat menahan zat

padat. Hal yang paling penting dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui media berpori. Fluida mengalir melalui media filter karena adanya perbedaan tekanan pada media tersebut. Berdasarkan perbedaan tekanan yang digunakan, filter terdiri atas dua macam, yaitu filter yang beroperasi pada tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfer di sebelah hulu media filter yang disebabkan oleh adanya gravitasi atau disebut filtrasi gravitasi, dan yang beroperasi dengan tekanan atmosfer di sebelah hulu dan vakum di sebelah hilir atau disebut dengan filtrasi sistem vakum. Filtrasi gravitasi merupakan metode pemisahan yang sederhana, menggunakan polietilen atau corong kaca dan kertas saring. Kertas saring memiliki ukuran pori yang sangat bervariasi dari ukuran pori yang kecil hingga besar untuk memperlambat proses penyaringan yang berlangsung cepat. Proses pemisahan dilakukan berdasarkan gaya gravitasi secara alamiah. Filtrasi vakum dilakukan dengan cara campuran padat-cair dituangkan melalui kertas saring dalam corong Buchner atau corong Hirsch kemudian padatan akan terperangkap dalam kertas saring, sementara cairan ditarik oleh vakum melalui saluran ke dalam labu. Filtrasi vakum tidak dapat digunakan untuk proses pemisahan padat-cair jika produk yang diinginkan adalah cairannya. Terutama jika cairan tersebut memiliki titik didih rendah. Setiap pelarut yang memiliki titik didih ≤125°C akan

mendidih

dalam labuvakum (Pinalla, 2011). Jenis-jenis

filtrasi adalah sebagai berikut: a. Sand Filter Peralatan filtrasi ini digunakan pada saat dimana sejumlah kecil dari padatan akan dipisahkan dari cairan dalam jumlah besar. Medium filter ini terdiri dari batu kerikil kasar serta pasir halus yang bertindak sebagai medium filter yang sebenarnya. Air diumpankan dari atas melalui baffle dan filtratnya ditampung pada bagian dasar. Filtrasi berlangsung sampai endapan partikel dari saringan penyumbat pasir dan laju alirnya menurun, maka diperlukan backwash dengan cara memasukkan air dengan arah yang berlawanan dengan pemasukan umpan.

b. Plate and Frame Filter Peralatan filter ini terdiri dari plate and frame yang tersusun bersama dengansuatu filter cloth, dimana plate memiliki saluran untuk mengeluarkan cairan filtrate jernih ke masing-masing plate. Umpan slurry dimasukkan melalui saluran menuju frame yang terbuka sehingga slurry tersebut memenuhi frame.Filtrate mengalir di antara cloth dan padatan akan membentuk cake pada bagianframe dari cloth. Filtrat mengalir di antara filter cloth dan permukaan plate menuju saluran pengeluaran. Filtrasi berlangsung sampai frame dipenuhi oleh padatan,

kemudian

dilakukan

pencucian

sehingga

cake

akan

meninggalkan plate, disinilah terdapat saluran terpisah untuk memasukkan air pencucian cloth pada setiap sistem dari frame dan keluar melalui saluran pembuangan. c. Leaf Filter Leaf filter dirancang untuk sejumlah besar slurry dengan pencucian yang lebih efisien. Alat filtrasi ini slurry memasuki tangki dan ditekan sehinggga menerobos filter cloth dimana cake akan terdeposit ke sisi luar dari leaf. Pemisahkan cake maka shell harus dibuka dan kadangkadang diberikan udara dengan arah yang berlawanan ke dalam leaf untuk mengeluarkan cake. d. Continous Rotary Vacuum Filter Jenis ini merupakan peralatan yang berguna untuk penyaringan, pencucian, dan pengeluaran cake dalam urutan yang kontinu, dimana drum dilengkapi dengan sebuah medium filter serta drum berputar dimana suatu katup otomatias yang berada ditengah membantu menjalankan penyaringan, pencucian, dan pengeluaran cake. Media filter untuk filtrasi sering digunakan untuk memisahkan padatan yang akan tersaring dari slurry dan menghasilkan filtrat yang jernih. Porosnya juga tidak mudah tersumbat sehingga laju filtrat cepat. Media filter harus dapat memisahkan cake secara mudah dan bersih dan harus tahan secara kimia terhadap larutan-larutan yang digunakan (Unsyiah, 2013).

Faktor yang mempengaruhi efisiensi penyaringan ada 4 (empat) faktor dan menentukan hasil penyaringan dalam bentuk kualitas efluen serta masa operasi saringan yaitu: 1. Ketebalan lapisan media filter Semakin tebal lapisan media filter, hasil dari proses filtrasi akan lebih baik karena luas permukaan penahan partikel-partikel semakin besar dan jarak yang ditempuh oleh air semakin panjang. 2. Suhu air Suhu air akan berpengaruh terhadap kekentalan air, aktivitas biologi dan reaksi kimia yang akan mempengaruhi proses filtrasi. 3. Kecepatan Filtrasi Kecepatan aliran akan mempengaruhi proses penahanan mekanis terhadap bahanbahan tersuspensi. Apabila kecepatan filtrasi meningkat efektivitas filtrasi akan menurun. 4. Kualitas Air Semakin rendah kualitas air yang akan difilter,

maka

memerlukan

pengolahan

yang

sempurna

atau

kompleks(Huisman, 1974). Kriteria media filter SPC adalah ES = 0,35 – 0,7 mm, Uniformity Coefficient (UC) = 1,3 – 1,7 (Reynold, 1982). Ketebalan media 60-75 cm (Kawamura, 1991) sedangkan ketebalan media 50-60 cm(Fair,1967). Loading rate berkisar antara 5-7,5 m/h (Kawamura, 1991).

C. Alat dan Bahan Alat Beaker glass Kertas Saring Neraca analitik Piknometer Stopwatch Unit alat vacuum filter

Bahan Air Kapur

D. Prosedur Percobaan Memastikan valve dalam keadaan tertutup, melakukan uji kebocoran alat

Menimbang kertas saring sebanyak 2 buah, diberi tanda

Memasangkan 2 kertas saring pada alat filtrasi, pastikan tertutup rapat

Membuat larutan CaCO3 dengan air sesuai variabel

Memasukkan larutan CaCO3 dengan air kedalam tangki berpengaduk

Menyalakan pompa dan membuka valve

Menyalakan stopwatch pada saat tetesan pertama turun mengenai kertas saring

Mencatat volume filtrate dan waktu pengukuran, serta mengamati perubahan tekanan

Mematikan alat, dan mengeringkan kertas saring di oven hingga volume konstan

E. Data Pengamatan 1. Data filtrasi dengan berat kapur yang akan disaring 20 gram a. Data Pengamatan waktu (detik)

Volume (m3)

Δt/ΔV

51

0.0005

102000

131

0.001

131000

247

0.0015

164666.6

349

0.002

174500

438

0.0025

175200

565

0.003

188333.3

647

0.0035

184857.1

800

0.004

200000

908

0.0045

201777.7

1018

0.005

203600

b. Kurva hubungan V dengan delta t/delta V percobaan 1 250000 y = 2E+07x + 118236 R² = 0.8266

Δt/ΔV (s/m3)

200000

150000

100000

50000

0 0

0.001

0.002

0.003

V (m3)

0.004

0.005

0.006

2. Data filtrasi dengan berat kapur yang akan disaring 30 gram a. Data Pengamatan volume waktu Δt/ΔV 3) (m (detik) 0.0005 104 208000 0.001 0.0015

290

290000

475 316666.6

0.002

586

293000

0.0025

663

265200

0.003

827 275666.6

0.0035

911 260285.7

0.004 0.0045 0.005

1094

273500

1191 264666.6 1384

276800

b. Kurva hubungan V dengan delta t/delta V percobaan 2 350000 300000

y = 2E+06x + 267767 R² = 0.0081

Δt/ΔV (s/m3)

250000 200000 150000 100000 50000 0 0

0.001

0.002

0.003

V (m3)

0.004

0.005

0.006

F. Analisa Data 1. CaCO3 20 gram -

r

= 0,115 m

-

V

= 5L = 0,005 𝑚3

-

𝐴

= 𝜋𝑟 2 = 3,14 x 0,115m x 0,115m = 0,0415265 𝑚2

-

ΔP

=

0+0,01+0,02+0,02 4

= 0,0125 bar = 1250 Pa -

Cs

=

0,02 𝑘𝑔−0,01867 𝑘𝑔 0,005 𝑚3

= 0,266 kg/𝑚3 = 0,8007 x 10−3 Pa.s

-

µ

-

slope = 19766248,4848 Kp

= 2 x 19766248,4848 = 39532496,97 s/𝑚6

-

B

= 118236,2867 s/𝑚3

-

α

=

𝐾𝑝 𝐴2 (−𝛥𝑃) µ Cs s

=

39532496,97 6 𝑥 (0,0415265 𝑚2 )2 𝑥 (−1250 𝑃𝑎) 𝑚 0,8007 x 10−3 Pa.s x 0,266 kg/𝑚3

= -4,000953019 x 1011 m/kg -

Rm

=

𝐵 𝐴 (−𝛥𝑃) µ s

=

118236,2867 3 𝑥 0,0415265 𝑚2 𝑥−1250 𝑃𝑎 𝑚 0,8007 x 10−3 Pa.s

= -7665072998 𝑚−1

-

µ

t

= −𝛥𝑃 [

α Cs 2

𝑉

𝑉

(𝐴)2 + 𝑅𝑚 𝐴] 0,8007 x 10−3 Pa.s

= [

−1250 Pa

m −4,000953019 x 1011 x 0,266 kg/𝑚3 kg

2

𝑚−1

0,005 𝑚3 0,0415265 𝑚2

0,005 𝑚3

(0,0415265 𝑚2 )2 + -7665072998

]

= -6,4056 x 10−7 [-771444067,8 + -922913440,6] = 1085,337646 s = 18,09 menit 2. CaCO3 30,37 gram -

r

= 0,115 m

-

V

= 5L = 0,005 𝑚3

-

𝐴

= 𝜋𝑟 2 = 3,14 x 0,115m x 0,115m = 0,0415265 𝑚2

-

ΔP

=

0,02+0,02+0,02+0,04+0,06 5

= 0,032 bar = 3200 Pa -

Cs

=

0,03037 𝑘𝑔−0,02729 𝑘𝑔 0,005 𝑚3

= 0,616 kg/𝑚3 = 0,8007 x 10−3 Pa.s

-

µ

-

slope = 1677053,333 Kp

= 2 x 1677053,333 = 3354106,666 s/𝑚6

-

B

= 267766,6533 s/𝑚3

-

α

= =

𝐾𝑝 𝐴2 (−𝛥𝑃) µ Cs 3354106,666

s 𝑚6

𝑥 (0,0415265 𝑚2 )2 𝑥 (−3200 𝑃𝑎)

0,8007 x 10−3 Pa.s x 0,616 kg/𝑚3

= -3,723259092 x 1010 m/kg

-

Rm

= =

𝐵 𝐴 (−𝛥𝑃) µ 267766,6533

s 𝑚3

𝑥 0,0415265 𝑚2 𝑥−3200 𝑃𝑎

0,8007 x 10−3 Pa.s

= -4,409184408 x 1010 𝑚−1 -

µ

t

= −𝛥𝑃 [

α Cs 2

𝑉

𝑉

(𝐴)2 + 𝑅𝑚 𝐴] m

kg

10 0,8007 x 10−3 Pa.s −3,723259092 x 10 kg x 0,616𝑚3

=

−3200 Pa

[

2

−4,409184408 x 1010 𝑚−1

0,005 𝑚3

(0,0415265 𝑚2 )2 +

0,005 𝑚3 0,0415265 𝑚2

]

= -2,5021875 x 10−7 [-166250640 + -5308880363] = 1369,980436 s = 22,83 menit

G. Pembahasan Pada praktikum filtrasi (Vacuum Filter) ini digunakan variabel kapur dengan berat 20 gram dan 30 gram dengan air yang digunakan untuk melarutkan kapur sebanyak masing-masing 5 liter. Media filter yang digunakan yaitu kertas saring. Proses yang terjadi yakni campuran air dan kapur di mixing pada tangki berpengaduk, ini bertujuan agar suspensi terus diaduk dan kapur tidak terendapkan, kemudian akan turun kebawah secara gravitasi menuju media filtrasi. Slurry atau padatan akan tertahan pada media filter, sedangkan cairannya akan lolos dikarenakan ukuran partikel cairan lebih kecil daripada ukuran partikel kertas saring. Media filter

yang telah terlapisi slurry akan membentuk cake. Hal ini akan

membuat tekanan yang lebih tinggi untuk menyedot filtrat atau air melewati lapisan kertas saring dan cake akan semakin menebal. Pada percobaan ini, tekanan cenderung akan meningkat seiring pertambahan waktu. Hal ini terjadi karena ketebalan cake yang semakin tinggi

sehingga

melewatinya.

membutuhkan

tekanan

yang tinggi

pula

untuk

Pada kurva yang menunjukkan hubungan volume dengan t/v percobaan 1 (20 gram kapur) didapatkan slope sebesar 19766248.4848, sehingga harga Kp sebesar

39532496.97 s/𝑚6 dan harga B sebesar

118236.2867 s/𝑚3 . Berdasarkan perhitungan hasil percobaan didapatkan harga

sebesar -4.000953019 x 1011 m/kg dan harga Rm sebesar -

7665072998 𝑚−1 Pada kurva yang menunjukkan hubungan volume dengan t/v percobaan 2 (30 gram kapur), didapatkan slope sebesar 1677053.333, sehingga harga Kp sebesar 3354106.666 s/𝑚6 dan harga B sebesar 267766.6533 s/𝑚3 . Berdasarkan perhitungan hasil percobaan didapatkan harga α sebesar -3.723259092 x 1010 m/kg dan harga Rm sebesar 4.409184408 x 1010 𝑚−1. Percobaan 1 didapatkan t teoritis sebesar 18.09 menit dan t percobaan 16.58 menit, sedangkan percobaan 2 didapatkan t teoritis 22.83 menit menit dan t percobaan 27.04 menit. Percobaan 1, t teoritis dengan t percobaan tidak sesuai, t percobaan lebih cepat daripada t teoritis, hal ini bisa disebabkan laju alir larutan kapur yang akan disaring mengalir terlalu cepat. Sedangkan pada percobaan 2, t teoritis dengan t percobaan juga tidak sesuai hal ini bisa dikarenakan adanya kebocoran pada valve yang kurang ditutup rapat sehingga ada udara yang masuk dan menyebabkan waktu penyaringan lebih lama. Percobaan 1 menghasilkan massa cake sebessar 18.67 gram dan percobaan 2 sebesar 27.29 gram. Itu artinya bahwa pada percobaan 1 cake yang hilang sebesar 1.33 gram dan percobaan kedua cake yang hilang sebesar 2.71 gram, hal ini bisa jadi disebabkan karena masih adanya cake yang menempel pada alat filtrasi dan tidak ikut tersaring.

H. Kesimpulan Dari hasil praktikum Filtrasi ini dapat disimpulkan bahwa a.

Semakin besar massa kapur maka akan semakin lama waktu penyaringan

b.

Semakin lama waktu penyaringan maka tekanan akan semakin tinggi

I. Daftar Pustaka 

E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia. 2013. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala.



Marwati, Siti. 2010. Teknik Pemisahan. Kuliah Analisis Senyawa Kimia



Fair, Gordon M, John. C Geyer, dan Daniel A. Okun. 1981. Water and Wastewater Engineering, Volume 2 : Water Purification and Wastewater Treatment and Disposal. John Wiley and Sons Inc. New York.



Kawamura, Susumu. 1991. Integrated Design of Water Treatment Facilities. JohnWiley and Sons Inc. New York.

Senin, 12 November 2018 Pembimbing,

Anang Takwanto ST. MT

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA FILTRASI

Aisyah Dinda Safira

(1741420039)

Alya Tri Kurnia

(1741420082)

Thomi Nugraha .P

(1741420099)

Taqwim Aditya .I

(1741420077)

Ulfa Nurida

(1741420093)

Yuniar Eka P

(1741420053)

Kelas 2B/D4 Teknologi Kimia Industri

JURUSAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018