FILTRASI [PDF]

Citation preview

BAB II FILTRASI (Vacuum Filter)



2.1



Tujuan Tujuan dari percobaan filtrasi yaitu untuk memahami proses filtrasi menggunakan Vacuum Filter, dapat melakukan percobaan filtrasi menggunakan Vacuum Filter dengan benar dan aman, dapat menghitung kecepatan filtrasi,wakatu proses, dan volume filtrat.



2.2



Tinjauan Pustaka Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas) yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan koloid. Secara umum filtrasi adalah proses yang digunakan pada pengolahan air bersih untuk memisahkan bahan pengotor (partikulat) yang terdapat dalam air. Pada prosesnya air merembes dan melewati media filter sehingga akan terakumulasi pada permukaan filter dan terkumpul sepanjang kedalaman media yang dilewatinya (Syahrir, 2012). Proses pemisahan dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu: 1.



Settling and Sedimentation Settling and Sedimentation adalah cara pemisahan dimana pengendapan dan sedimentasi partikel dipisahkan dari cairan oleh gaya gravitasi yang bekerja pada partikel.



2.



Centrifugal Settling and Sedimentation Partikel dipisahkan dari fluida dengan gaya sentrifugal yang bekerja pada partikel dengan berbagai ukuran dan densitas.



3.



Centrifugal Filtration Filtrasi sentrifugal terjadi mirip dengan filtasi biasa dimana cake tertahan diatas penampang filter. Gaya sentrifugasi digunakan untuk menyebabkan perbedaan tekanan pada aliran.



4.



Filtrasi Filtrasi 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 (vacuum). Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya (Geankoplis, 2003).



Berdasarkan prinsip kerjanya, filtrasi dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu: 1. Penyaring Gravitasi Penyaring gravitasi yaitu suatu penyaring pasir yang digunakan untuk menjernihkan air. Medium penyaring dapat terdiri atas lapisan pasir atau cake bed. Pemurnian air dalam skala kecil dapat menggunakan keramik berpori sebagai suatu medium penyaring. Cairan masuk dari sisi luar melalui keramik berpori ke dalam bagian lilin yang berlubang (kosong). Filter ini tersusun atas tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang dan diisi dengan pasirpasir berpori dan fluida mengalir secara laminar. Filter ini digunakan untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan mengandung sedikit padatan. Hal yang harus diperhatikan dalam filter gravitasi, bongkahan-bongkahan kasar (batu atau kerikil) diletakkan bagian atas (cake) untuk menahan materimateri kecil yang ada di atasnya. 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 II.1 Penyaring Gravitasi



2. Penyaring Vakum Filtrasi vakum adalah teknik untuk memisahkan produk yang solid dari campuran reaksi pelarut atau cair. Campuran padat dan cair dituangkan melalui kertas filter dalam corong Buchner. Padat yang terperangkap oleh filter dan cairan tersebut ditarik melalui corong ke dalam labu di bawah dengan ruang hampa. 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.



Gambar II.2 Penyaring Vakum 3. Penyaring Tekanan Tekanan penyaring kerangka dan penyaring lempeng merupakan yang paling sederhana dari semua penyaring tekanan dan paling banyak digunakan. Filter ini terdiri dari seperangkat lempengan, lempengan tersebut ditutup dengan medium filter seperti kanvas. Slurry umpan masuk ke dalam masing-masing lempengan dan medium filternya dengan tekanan, cairannya lewat melalui kanvas dan keluar melalui pipa keluaran dan meninggalkan zat padat basah di antara lempengan tersebut. Lempengan press yang digunakan ada yang berbentuk bujur sangkar atau lingkaran, ada yang terletak vertikal dan horisontal. Umumnya lempengan untuk zat padat itu dirancang dengan membuat tekukan pada permukaan lempeng, atau dalam bentuk plate-and-frame.



Gambar II.3 Penyaring Tekanan 4. Penyaring Sentrifugal Sentrifugasi adalah pemisahan dengan menggunakan gaya putaran atau gaya sentrifugal. Partikel dipisahkan dari liquid dengan adanya gaya sentrifugal pada berbagai variasi ukuran dan densitas campuran larutan. Bedanya pengendapan ini menghasilkan gaya dorong yang lebih besar yang disebabkan oleh Gaya sentrifugal digunakan untuk mendapatkan perbedaan tekanan sehingga slurry dalam filter akan mengalir ke penyaring.



Gambar II.4 Penyaring Sentrifugal (Rosidah, 2012).



2.3



Metodologi Percobaan Percobaan ini dilakukan dilakukan untuk mengetahui proses filtrasi dengan menggunakan vacuum filter serta menghitung kecepatan filtrasi, waktu proses, dan volume filtrat yang didapatkan saat filtrasi. Isi dari subab ini adalah uraian bahan-bahan dan alat yang digunakan selama praktikum serta diagram prosedur kerja.



2.3.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini dapat dilihat pada tabel I.1 Tabel II.1 Daftar alat dan bahan Alat Piknometer Timbangan Vacuum Filter Spatula Stopwatch Beaker glass



Bahan Kapur Air



2.3.2 Skema Kerja Prosedur percobaan praktikum filtrasi adalah sebagai berikut: Menimbang kertas saring 2 buah dan CaCO3 sesuai dengan variabel



Memastikan semua valve tertutup rapat, melakukan uji kebocoran alat



Memasang kertas saring pada alat filtrasi memastikan tertutup dengan rapat



Mencampurkan kapur yang sudah ditimbang dengan air 5 liter pada tabung mixing Mengalirkan campuran CaCO3 ke dalam tabung filtrasi dengan pompa peristaltik



Menyalakan pompa peristaltik, pompa vacuum dan membuka valve atas



Menyalakan stopwatch pada saat tetesan pertama Mencatat volume filtrate dan waktu pengukuran, serta mengamati perubahan tekanan selama proses filtrasi Mematikan alat dan mengeringkan kertas saring di tempat terbuka hingga massa konstan Menimbang cake (padatan) Gambar II.5 Diagram alir praktikum Filtrasi



Hasil dan Pembahasan Variabel yang digunakan dalam praktikum filtrasi (Vacuum Filter) yaitu konsentrasi CaCO3. Konsentrasi CaCO3 yang dipakai dalam percobaan yaitu 0,5% dan 0.7% dari berat volume filtrat. Perbedaan konsentrasi dari CaCO3 akan mempengaruhi



konsentrasi



slurry.



Kemudian



konsentrasi



slurry



akan



mempengaruhi besar tahan pada cake. Besar tahanan cake akan mempengaruhi lama waktu filtrasi. Waktu filtrasi sendiri dapat ditentukan dengan mencari nilai slope dan intercept dari grafik antara t/V dengan V (volume filtrat) terlebih dahulu. Grafik hubungan t/V (s/ml) dengan V (ml) pada percobaan I dan II dapat dilihat pada gambar II.6 dan II.7. 0.40 0.35



t/V (s/ml)



0.30 0.25



y = 4E-05x + 0.03 R² = 0.4172



0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0



1000



2000



3000



4000



5000



6000



Volume filtrat (ml) Gambar II.6 Hubungan t/V (s/ ml) dengan volume filtrat (ml) pada konsentrasi CaCO3 0,5%



t/V (s/ml)



2.4



0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00



y = 2E-05x + 0.1113 R² = 0.1346



0



1000



2000



3000



4000



5000



6000



Volume filtrat (ml) Gambar II.7 Hubungan t/V (s/ ml) dengan volume filtrat (ml) pada konsentrasi CaCO3 0,7%



Nilai slope dan intercept dapat diketahui dari gambar II.6 dan II.7. Nilai ini digunakan untuk mencari tahanan cake (αm), tahanan media filter (β), dan lama waktu filtrasi. Nilai ini dapat dilihat pada tabel II.2. Tabel II.2 Hasil perhitungan variabel filtrasi Parameter Massa (gram) kg µ (ms) Slope Intercept kg Km ( 3 ) m m 𝛼𝑚 ( ) kg 1 𝛽( ) m t (s) t/v (s/m3 )



Variabel 1



Variabel 2



25 1,0045 × 10-3



35 1,00638 × 10-3



35,446



21,097



30050 4,97



111250 6,894



16668716,547



5713637,092



69746214534,594



400912552912,41



150,250 30050,096



556,250 111250,052



Tabel II.2 Menunjukkan semakin tinggi konsentrasi CaCO3 berarti massa CaCO3 yang dibutuhkan semakin banyak dan semakin banyak massa CaCO3 yang digunakan maka waktu filtrasi menjadi semakin lama karena pada percobaan variabel 2 kecepatan pompa tetap. Waktu filtrasi pada percobaan dan teoritis terdapat perbedaan. Waktu filtrasi dari perhitungan teoritis mempunyai tingkat keakuratan lebih tinggi dibandingkan waktu filtrasi pada percobaan, hal ini karena pada perhitungan waktu teoritis terdapat faktor-faktor yang mempengaruhi lama waktu filtrasi seperti viskositas, tahanan cake, tahanan media filter ikut berpengaruh. Percobaan filtrasi menggunakan ruang filter divakum dan menggunakan filter testing unit sebagai alatnya bertujuan untuk memisahkan padatan yang tersuspensi dalam cairan. Slurry yang digunakan adalah CaCO3 yang dicampur dengan air. Kapur yang dihasilkan akan tertahan pada kertas saring. Campuran larutan kapur dimasukkan ke dalam tangki berpengaduk. Fungsi dari pengadukan sendiri yaitu agar kapur tidak mengendap pada dasar tangki dan menyebabkan selang tersumbat. Pompa vakum sendiri digunakan untuk mempercepat proses filtrasi. Dua kertas saring dipasang pada medium filter dan diletakkan pada tangki.



Lubang yang ada pada kertas saring sangat mempengaruhi hasil filtrasi. Lubang pada kertas saring harus lebih kecil dari pada slurry, hal ini bertujuan agar padatan dapat tertampung pada kertas saring. Densitas filtrat pada variabel 1 dan 2 secara berturut-turut adalah 1,00726 g/cm3 dan 1,00690 g/cm3. Densitas kedua filtrat berbeda karena perbedaan konsentrasi filtrat yang digunakan. 2.5



Kesimpulan Berdasarkan hasil praktikum filtrasi dapat disimpulkan bahwa: 1. Semakin besar konsentrasi CaCO3 maka nilai tahanan cake filter semakin rendah. 2. Semakin besar konsentrasi CaCO3 maka waktu filtrasi yang dibutuhkan semakin lama.



2.6



Referensi Geankoplis.2003.Transport Processes and Separation Process Principles fourth edition.University of Minnesota. Rosidah. 2012.Teknik Penyaringan (Filtrasi) Dengan Tekanan.Universitas Jenderal Soedirman (UNSOED). Syahrir.2012.Studi Pengolahan Air Melalui Media Filter Pasir Kuarsa (Studi Kasus Sungai Malimpung).Universitas Hassanudin.



APPENDIKS



A.



Data Pengamatan Tabel A.1 Data Pengamatan Waktu dan Volume Volume (ml) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000



Variabel 1 Waktu t/v (s) (s/ml) 40 0,0800 79 0,0790 136 0,0906 226 0,1130 255 0,1020 320 0,1067 373 0,1065 474 0,1185 533 0,1184 1802 0,3604



Variabel 2 Waktu t/v (s) (s/ml) 92 0,1840 173 0,1730 215 0,1433 265 0,1325 304 0,1216 381 0,1270 444 0,1268 550 0,1375 616 0,1368 2050 0,4100



Tabel A.2 Data Pengamatan Tekanan Variabel 1 Waktu P (min) (bar) 0 -0,050 5 -0,095 10 -0,095 15 -0,095



Variabel 2 Waktu P (min) (bar) 0 -0,05 5 -0,12 10 -0,12 15 -0,12



Tabel A.3 Data Pengamatan Densitas Filtrat Variabel 1 2



Berat Pikno Kosong (g) 16,0258 16,0053



Berat Pikno Kosong+Isi (g) 26,0984 26,0743



Volume Pikno (mL) 10 10



Densitas (g/mL) 1,00726 1,00690



Tabel A.4 Data Pengamatan Hasil Residu Variabel Wkertas 0 (g) 1 4,25 2 4,28



W CaCO3 (g) 25 35



Wkertas 1 (g) 29,10 38,75



Wcake (g) 24,85 34,47



Hcake (cm) 0,1 0,1



Tabel A.5 Massa tray kosong dan tray isi pada sampel D Ayakan (mm)



Awal m tray kosong (gram)



1,40 1,00 0,63 0,35 0,20 0,11 -



295,07 299,25 257,22 249,60 211,96 210,58 194,28



Massa (gram) kg



µ (ms) Slope Intercept kg Km ( 3 ) m m 𝛼𝑚 ( ) kg 1 𝛽( ) m t (s) t/v (s/m3 ) B.



Akhir m tray kosong + isi (gram) 295,45 299,97 259,21 261,98 240,83 215,50 194,95



Berat Bahan Tertahan (gram) 0,380 0,720 1,990 12,38 28,87 4,920 0,470



Variabel 1 25 1,0045 × 10-3



Variabel 2 35 1,00638 × 10-3



35,446



21,097



30050 4,97



111250 6,894



16668716,547



5713637,092



69746214534,594



400912552912,41



150,250 30050,096



556,250 111250,052



Perhitungan



B.1 Perhitungan Luas Permukaan -



Diameter penampang filtrasi



= 23,3 cm



-



Tinggi tabung filtrasi



= 65 cm



-



Luas Permukaan



= π r (r + 2t) = 3,14 ×11,65 (11,65 +2 × 65) = 3,14 ×(135,72+1514,5) = 5181,69 cm2



B.2 Perhitungan Berat CaCo3 (Variabel 1) -



Konsentrasi



= 0,5 %



-



Wair



= 5 kg



0,5 100



×5 kg



= 0,025 kg



= 25 gram B.3 Perhitungan Kecepatan Filtrasi (Variabel 1) kg



-



µ



=



1,0045 × 10-3 ms



-



y



=



4 ×10-5 x + 0,03 (Dari Grafik)



-



Km



=



mc Vf 0,02485 kg



=



0,005 m3



= -



bs 2m



4,97



2A2 ∆p



kg kg αm ×0,0010045 ⁄ms× 4,97 ⁄ 3 m 2 kg 2 2(0,5181m ) ×4500 ⁄ 2 ms m 9302175,526 kg



s 19,223 6 = m



αm -



a



=



s m3



30050



β -



t



=



-



t



=



βμ



= s m3



m3



αm × μ × km



=



6



kg



A∆P



=



kg β×0,0010045 ⁄ms kg 0,5181 m2 ×4500 ⁄ 2 ms



=



69746214534,594



b 2



m



V2 +aV



αm μkm 2



2A ∆p



V2 +



βμ A∆p



V



m



=



1



kg



kg



9302175,526 kg ×0,0010045 ms× 4,97 3 m 2(0,5181



2 m2 )



×4500



kg ms2



1



. (5×10-3m3 )2



kg



69746214534,594 m×0,0010045ms + kg 0,5181 m2 ×4500 2 ms



. (5×10-3 m3)



-



t



=



150,250 s



-



t/v



=



30050,096



s m3