Otk - Lap. Filtrasi Kelompok I Baru.docx

LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

FILTRASI (VACUUM FILTER) Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Praktikum Operasi Teknik Kimia Yang Dibimbing Oleh Bapak Sandra Santosa B.TECH., M.Pd.

DISUSUN OLEH : KELOMPOK 1

1.

ADE SATRIA SALOKA SANTOSA

(17414200301)

2.

AINIYAH FITHRIYATUL JANNAH

(1741420057)

3.

AMALIA SAGITA PUTRI

(1741420030)

4.

ANNIDA KHOIRUN NISA PURWADHINI

(17141420080)

5.

ANNYSSA MAYLIA

(1741420058)

6.

ARISETYA CAHYA PRATAMA

(1741420033)

7.

DANANG RIZKY MAHENDRA

(1741420102)

8.

DINDA VINDARINA PRIMALASITA

(1741420055)

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018

I.

Judul Praktikum

: Filtrasi (Vacuum Filter)

II.

Tujuan Praktikum

:

1. Mahasiswa dapat mengerti dan memahami proses filtrasi dengan menggunakan vacuum filter. 2. Mahasiswa dapat melakukan percobaan filtrasi dengan menggunakan vacuum filer dengan benar dan aman. 3. Mahasiswa dapat menghitung kecepatan filtrasi, waktu proses dan cake resistance atau ketahanan cake. III.

Dasar Teori Filtrasi atau penyaringan adalah pemisahan partikel zat padat dari fluida dengan jalan melewatkan fluida itu melalui suatu medium penyaring atau septum dimana zat padat akan tertahan. Operasi filtrasi dijalankan untuk mengambil bahan yang diinginkan yaitu padatan atau cairan dan bahkan keduanya. Filtrasi dilakukan dengan bantuan media filter dan beda tekanan molekul cairan atau gas dibiarkan menerobos lubang pada media filter. Sedangkan partikel padat yang lebih kasar akan tertahan oleh media filter[1]. Septum atau media penyaring pada setiap filter harus memenuhi beberapa syarat diantaranya harus dapat menahan zat padat yang akan disaring dan menghasilkan filtrate yang jernih, tidak mudah tersumbat, tahan secara kimia dan kuat secara fisik, tidak boleh terlalu mahal, dan harus memungkinkan penumpukan ampas serta pengeluaran ampas secara total[2]. Vacuum filtration merupakan filtrasi yang dilakukan dengan prinsip hampa udara untuk mengalirkan cairan. Alat filtrasi dengan prinsip ini dinamakan vacuum filter dan dilengkapi oleh drum yang terus berputar. Tekanan diluar drum adalah tekanan atmosperik[3]. Drum ini dimasukkan kedalam cairan yang mengandung suspensi padatan yang akan difilter, lalu drum diputar dengan kecepatan rendah selama operasi. Cairan tertarik melalui filter clotch karena tekanan vakum sedangkan padatan akan tertinggal di permukaan luar drum membentuk cake pada proses[4]. Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi, efisiensinya. Faktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman media,

ukuran dan material, kekeruhan, tinggi muka air kehilangan tekanan dan temperature[5]. 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 sangat mempengaruhi efisiensi dari filtrasi. Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi. 3. 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. Lagi pula ditinjau daris segi biaya, media yang terlalu tebal tidaklah menguntungkan dari segi ekonomis. Sebaliknya media yang terlalu tipis selain memiliki waktu pengaliran yang pendek, kemungkinan juga memiliki daya saring yang rendah. Demikian pula dengan ukuran besar kecilnya diameter butiran media filtrasi berpengaruh pada porositas, laju filtrasi, dan juga kemampuan daya saring, baik itu komposisisnya, proporsinya, maupun bentuk susunan dari diameter butiran media. 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 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 halus yang tertahan) 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 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. Filtrasi adalah proses pemisahan dari campuran heterogen yang mengandung cairan dan partikel-partikel padat dengan menggunakan media filter yang hanya meloloskan cairan dan menahan partikel-partikel padat. Kecepatan linier filtrasi dapat dirumuskan sebagai berikut (Geankoplis, 1985) : dV − Δp = A dt μ (α Cs V + Rm) A Dimana dV/ A dt = kecepatan linier (m/s) − Δp

= pressure drop (m/kg)

μ

= Viskositas fluida (Pa.s)

α

= Tahanan cake (m/kg)

Cs

= Jumlah padatan dalam filtrat (kg/m3)

V

= Volume filtrate (m3)

A

= Luas penampang permukaan filter (m2)

Rm = Tahanan medium filter (m-1) Pada filtrasi dengan tekanan konstan, persamaan diatas dibalik dan disusun kembali menjadi :

dt μ. α. Cs μ = V+ Rm = Kp. V + B dV A2 − Δp A − Δp

Kp =

μ α Cs A2−Δp

B=

μ Rm A−Δp

Gambar 3.1 Grafik Literatur Hubungan Volume Filtrat dengan Waktu

IV.

V.

Alat dan Bahan Alat :

Bahan :

-

Vacuum filter

- Air

-

Kertas saring

- Kapur (CaO)

-

Stopwatch

-

Batang pengaduk

-

Beaker Glass

Langkah Kerja

Menimbang kertas saring kosong

Membuat suspensi yang terdiri atas air dan kapur dengan konsentrasi yang diinginkan

Memasang semua alat dan memastikan tidak ada kebocoran

Memasukkan suspensi ke dalam tangki filtrasi dan diaduk

Menyalakan pompa vakum serta membuka valve

Mencatat waktu dan P vakum ketika proses hingga filtrasi selesai berlangsung

Menghentikan pompa apabila proses telah selesai

Mengeringkan kertas saring setelah filtrasi

Menimbang cake

VI. Data Pengamatan Tabel 6.1 Fraksi Massa 0,25% PERCOBAAN 1 ΔP

30

P vakum

α

Rm

tteoritis (s)

-

-

-

312.05546

359500

-

-

-

624.12784

1084

361333.3333

-

-

-

936.21714

0.004

1410

352500

-

-

-

1248.32336

0.005

1649

329800

6000

Volume(m3)

tact(s)

t/v

0.001

284

284000

0.002

719

0.003

(Pa)

73057861,55 76403035378

1560.4465

Tabel 6.2 Fraksi Massa 0,5% PERCOBAAN 2 ΔP

30

Volume(m3)

tact(s)

t/v

P vakum(Pa)

α

Rm

tteoritis (s)

0.001

236

236000

4000

33044748.32

35859945974

219.70143

0.002

483

241500

5700

47088766.35

51100423014

439.42572

0.003

729

243000

6100

50393241.19

54686417611

659.17287

0.004

1084

271000

5900

48741003.77

52893420312

878.94288

0.005

1392

278400

5900

48741003.77

52893420312

1098.73575

Rm

tteoritis (s)

Tabel 6.3 Fraksi Massa 0,75%

ΔP Volume(m3) tact(s)

30

t/v (s/m3)

PERCOBAAN 3 P vakum (Pa)

α

0.001

316

316000

5000

7714482.267 60657607076

297.29014

0.002

574

287000

5800

8948799.429 70362824209

594.58656

0.003

886 295333.3333

5800

8948799.429 70362824209

891.88926

0.004

1280

320000

5800

8948799.429 70362824209 1189.19824

0.005

1576

315200

5800

8948799.429 70362824209

1486.5135

Grafik Percobaan

380000 360000

t/v (s/m3)

340000 320000 y = 8460x + 312047 R² = 0.1705

300000 280000 260000 240000 220000 200000 0.001

0.002

0.003

0.004

filtrate volume (m3)

0.005

Grafik Percobaan 7.1 Hubungan Antara Volume Filtrate dengan Waktu Fraksi Massa 0,25%

t/v (s/m3)

VII.

290000 280000 270000 260000 250000 240000 230000 220000 210000 200000

y = 11430x + 219690 R² = 0.8794

1

2

3

filtrate volume

4

5

(m3)

Grafik Percobaan 7.2 Hubungan Antara Volume Filtrate dengan Waktu Fraksi Massa 0,5%

330000 y = 3140x + 297287 R² = 0.1156

t/v (s/m3)

320000 310000 300000 290000 280000 270000 0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

filtrate volume (m3)

Grafik Percobaan 7.3 Hubungan Antara Volume Filtrate dengan Waktu Fraksi Massa 0,75%

VIII. Analisa Perhitungan (Data percobaan 2) 

Massa CaO = 25 gram



Massa air = 5 x10-3 m3



𝜇 = 0,001 𝑃𝑎. 𝑆



𝐴=



Massa Cake = 23,04 gram



ΔP = -5900 Pa



Menentukan Cs

𝜋𝐷 2 4

=

𝜋(0,228)𝑚2

o 𝐶𝑠 =

4

= 0,04080744 m2

(Pada saat volume filtrate = 5 x 10-3 m3)

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑐𝑎𝑘𝑒 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐴𝑖𝑟

=

0,02304 𝐾𝑔 0,005 𝑚3

= 4,608

𝐾𝑔 𝑚3

Berdasarkan grafik diperoleh persamaan : 𝑦 = 11430𝑥 + 219690 

𝐾𝑝



Menentukan α

2

= 11430

𝛼=



;

𝑠

𝐾𝑝 = 22860 𝑚6

;

𝑠

𝐵 = 210690 𝑚3

𝐾𝑝 𝐴2 (−𝛥𝑃) 22860 x (0,0480744)2 x (5900) 𝑚 = = 4,8741003 x 10−7 𝜇 𝐶𝑠 0,001 x 4,608 𝐾𝑔

Menentukan Rm

𝑅𝑚 =



Menentukan waktu teoritis 𝑡=

IX.

𝐵 x 𝐴 x (−𝛥𝑃) 210690 x 0,04080744 x 5900 = = 5,28934201 x 1010 𝑚−1 𝜇 0,001

𝐾𝑝 2 22860 (0,005) + 210690 x 0,005 = 1098,73575 𝑠 𝑉 + 𝐵𝑉 = 2 2

Pembahasan

X.

Kesimpulan 1.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses filtrasi adalah konsentrasi slurry, debit filtrasi dan tekanan vakum.

2.

Hubungan antara volume filtrat dengan dt/dv dapat disimpulkan bahwa semakin banyak volume filtrat yang dihasilkan semakin besar laju alir filtrasinya.

3.

Hubungan antara volume filtrat dengan waktu dapat disimpulkan bahwa semakin banyak volume filtrat yang dihasilkan, maka waktu yang diperlukan semakin lama.

XI.

Daftar Pustaka [1]. Fathi, 2013. Laporan Praktikum Mekanika Fluida. http://binderismine. blogspot.com/2013/01/laporan-praktikum-mekanika-fluida.html. (Diakses pada tanggal 18 November 2018) [2]. Haryoto, K.P. 2010. Kualitas Air Bersih di Daerah Perkotaan. Gramedia. Jakarta. [3]. Intan, Sunita., 2013. Filtrasi Air Limbah. http://sunitaintan.blogspot.com/ 2013/01/filtrasi-air-limbah.html. (Diakses pada hari Rabu 18 November 2018) [4]. Oxtoby, D.W. 2001. Prinsip-prinsip Kimia Modern Jilid 1 Edisi 4. Erlangga. Jakarta. [5]. Rahman, Arief. Penurunan Kandungan Zat Kapur dalam Air Tanah dengan Menggunakan Media Zeolit Alam dan Karbon Aktif Menjadi Air Bersih. 2013 : 2301-9271.