BAB V. FILTRASI – PRINSIP DAN PE Filtrasi adalah operasi pem padatancairan (slurry) denga dilewati cairan, tetapi bisa me Dengan filtrasi, diperoleh caira Pada filter ayak (sieve filter misalnya: plate and frame fi diperoleh berbentuk kue (cak saringan pasir), partikel padat Peristiwa filtrasi pada prinsi berpori. Media berpori yang d media berporinya berupa tu kosongnya akan menurun se padatan dari slurry. Pada cak (filter cloth) dan tumpukan pad Gambar dibawah menggamba dan filter. Pada bab ini, pembahasan maupun kontinyu, dengan fok Pada cake filter, kain filter ( ERANCANGAN FILTER misahan padatan dan cairan dan suatu an pemberian tahanan aliran (filter media) enahan partikel padatan. an yang relatif bebas padatan (filtrat) dan pada r, misalnya: cartridge filter) dan filter kue (c ilter, rotaly drum filter, beft filter), padatan ba ake) padatan. Pada filter bed (deep-bed filter, tan terperangkap diantara pori-pori media filter. ipnya merupakan peristiwa aliran fluida dal digunakan tergantung jenis filternya. Pada deep umpukan pasir penyaring, dimana prositas/fra elama proses berlangsung karena terisi partik ke filter, media berpori yang digunakan berupa k datan (kue) yang terbentuk pada permukaan ka arkan secara skematis aliran sluury melalui med akan dibatasi pada rancangan cake filter, b kus pada plate and frame filter pressdan rotaiy (filter cloth) merupakan media filter primer ya campuran yang bisa atan basah. cake filter, asah yang , misalnya: lam media p bed filter, aksi ruang kel-partikel kain saring ain saring. dia berponi baik batch drum filter. ang hanya
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB V.
FILTRASI – PRINSIP DAN PERANCANGAN FILTER
Filtrasi adalah operasi pemisahan padatan dan cairan dan suatu campuran
padatancairan (slurry) dengan pemberian tahanan aliran (filter media) yang bisa
dilewati cairan, tetapi bisa menahan partikel
Dengan filtrasi, diperoleh cairan yang relatif bebas padatan (filtrat) dan padatan basah.
Pada filter ayak (sieve filter, misalnya: cartridge filter) dan filter kue (cake filter,
misalnya: plate and frame filter
diperoleh berbentuk kue (cake) padatan. Pada filter bed (deep
saringan pasir), partikel padatan terperangkap diantara pori
Peristiwa filtrasi pada prinsipnya merupakan peristiwa aliran fluida da
berpori. Media berpori yang digunakan tergantung jenis filternya. Pada deep bed filter,
media berporinya berupa tumpukan pasir penyaring, dimana prositas/fraksi ruang
kosongnya akan menurun selama proses berlangsung karena terisi partikel
padatan dari slurry. Pada cake filter, media berpori yang digunakan berupa kain saring
(filter cloth) dan tumpukan padatan (kue) yang terbentuk pada permukaan kain saring.
Gambar dibawah menggambarkan secara skematis aliran sluury melalu
dan filter.
Pada bab ini, pembahasan akan dibatasi pada rancangan cake filter, baik batch
maupun kontinyu, dengan fokus pada plate and frame filter pressdan rotaiy drum filter.
Pada cake filter, kain filter (filter cloth) merupakan media filter primer ya
PRINSIP DAN PERANCANGAN FILTER
trasi adalah operasi pemisahan padatan dan cairan dan suatu campuran
padatancairan (slurry) dengan pemberian tahanan aliran (filter media) yang bisa
dilewati cairan, tetapi bisa menahan partikel padatan.
Dengan filtrasi, diperoleh cairan yang relatif bebas padatan (filtrat) dan padatan basah.
Pada filter ayak (sieve filter, misalnya: cartridge filter) dan filter kue (cake filter,
filter, rotaly drum filter, beft filter), padatan basah yang
diperoleh berbentuk kue (cake) padatan. Pada filter bed (deep-bed filter, misalnya:
saringan pasir), partikel padatan terperangkap diantara pori-pori media filter.
Peristiwa filtrasi pada prinsipnya merupakan peristiwa aliran fluida dalam media
berpori. Media berpori yang digunakan tergantung jenis filternya. Pada deep bed filter,
media berporinya berupa tumpukan pasir penyaring, dimana prositas/fraksi ruang
kosongnya akan menurun selama proses berlangsung karena terisi partikel
slurry. Pada cake filter, media berpori yang digunakan berupa kain saring
(filter cloth) dan tumpukan padatan (kue) yang terbentuk pada permukaan kain saring.
Gambar dibawah menggambarkan secara skematis aliran sluury melalui media berponi
, pembahasan akan dibatasi pada rancangan cake filter, baik batch
maupun kontinyu, dengan fokus pada plate and frame filter pressdan rotaiy drum filter.
Pada cake filter, kain filter (filter cloth) merupakan media filter primer ya
trasi adalah operasi pemisahan padatan dan cairan dan suatu campuran
padatancairan (slurry) dengan pemberian tahanan aliran (filter media) yang bisa
Dengan filtrasi, diperoleh cairan yang relatif bebas padatan (filtrat) dan padatan basah.
Pada filter ayak (sieve filter, misalnya: cartridge filter) dan filter kue (cake filter,
padatan basah yang
bed filter, misalnya:
lam media
berpori. Media berpori yang digunakan tergantung jenis filternya. Pada deep bed filter,
media berporinya berupa tumpukan pasir penyaring, dimana prositas/fraksi ruang
kosongnya akan menurun selama proses berlangsung karena terisi partikel-partikel
slurry. Pada cake filter, media berpori yang digunakan berupa kain saring
(filter cloth) dan tumpukan padatan (kue) yang terbentuk pada permukaan kain saring.
media berponi
, pembahasan akan dibatasi pada rancangan cake filter, baik batch
maupun kontinyu, dengan fokus pada plate and frame filter pressdan rotaiy drum filter.
Pada cake filter, kain filter (filter cloth) merupakan media filter primer yang hanya
berperan besar pada awal filtrasi. Pada saat kue padatan terbentuk, tahanan aliran
oleh kain filter kurang berperan. Tahanan aliran selanjutnya didominasi media filter
sekunder, yaltu tumpukan kue padatan yang terbentuk.
Gambar dibawah, menjelaskan secara skematis aliran fluida pada cake filter.
Aliran fluida dalam medium berpori dapat dianalogikan dengan dengan aliran fluida
dalam pipa kosong, karena pada dasarnya pori
dapat diidentikkan dengan jaringan pipa
Aliran fluida dalam pipa (dengan asumsi: tidak ada beda elevasi, perbedaan kecepatan
masuk dan keluar pipa tidak signifikan dan tidak ada kerja da
memberikan:
( )F
gPP ab =
−−
ρ atau
(g
Pcake∆−
ρ
Persamaan yang umum diketahui dalam aliran fluida:
Untuk aliran laminar : fRe64=
Substitusi persamaan (3) ke persamaan (2) menghasilkan :
( ) LvD
Pc 2
32µ=∆−
Sehingga pada aliran LAMINER :
Aliran melalui medium berpori pada umumnya sangat lambat, sehingga bilangan
Reynold (Re) kecil (aliran laminar). Persamaan aliran fluida melalui medium berpori
selanjutnya dapat dianalogikan dengan rumus aliran fluida laminar dalam pipa. Untuk
aliran dalam pori padatan, D
butir padatan.
berperan besar pada awal filtrasi. Pada saat kue padatan terbentuk, tahanan aliran
oleh kain filter kurang berperan. Tahanan aliran selanjutnya didominasi media filter
sekunder, yaltu tumpukan kue padatan yang terbentuk.
an secara skematis aliran fluida pada cake filter.
Aliran fluida dalam medium berpori dapat dianalogikan dengan dengan aliran fluida
dalam pipa kosong, karena pada dasarnya pori-pori dimana fluida tersebut mengalir
dapat diidentikkan dengan jaringan pipa-pipa kecil.
ran fluida dalam pipa (dengan asumsi: tidak ada beda elevasi, perbedaan kecepatan
masuk dan keluar pipa tidak signifikan dan tidak ada kerja dari luar pada fluida)
) ( )gD
LvfF
gPccake
2
2
==∆−
=ρ
Persamaan yang umum diketahui dalam aliran fluida: - (�Pc) � v2
vDρµ64
Re=
Substitusi persamaan (3) ke persamaan (2) menghasilkan :
Sehingga pada aliran LAMINER : - (�Pc) � v
melalui medium berpori pada umumnya sangat lambat, sehingga bilangan
Reynold (Re) kecil (aliran laminar). Persamaan aliran fluida melalui medium berpori
selanjutnya dapat dianalogikan dengan rumus aliran fluida laminar dalam pipa. Untuk
pada persamaan (4) dinyatakan dalam Dp yaitu diameter
berperan besar pada awal filtrasi. Pada saat kue padatan terbentuk, tahanan aliran
oleh kain filter kurang berperan. Tahanan aliran selanjutnya didominasi media filter
an secara skematis aliran fluida pada cake filter.
Aliran fluida dalam medium berpori dapat dianalogikan dengan dengan aliran fluida
pori dimana fluida tersebut mengalir
ran fluida dalam pipa (dengan asumsi: tidak ada beda elevasi, perbedaan kecepatan
luar pada fluida)
(1)
(2)
(3)
(5)
melalui medium berpori pada umumnya sangat lambat, sehingga bilangan
Reynold (Re) kecil (aliran laminar). Persamaan aliran fluida melalui medium berpori
selanjutnya dapat dianalogikan dengan rumus aliran fluida laminar dalam pipa. Untuk
yaitu diameter
Sehingga,
( ) riilip
cc v
KDL
P 2
32µ=∆−
Dimana :
µ = viskositas fluida
vrill = kecepatan rill fluida mengalir dalam pori.
Kecepatan rill dari fluida, vriil = kecepatan volumetric/luas total penampang lubang pori.
Karena luas penampang lubang pori sulit untuk diukur/diketahui, maka persamaan (7)
biasanya dinyatakan dalam kecepatan supervisial fluida, v, yaitu :
v = kecapatan superficial fluida = kecepatan volumetric/luas muka total alirann
= kecepatan volumetric/luas penampang kue
Hubungan antara vrill dengan v dapat dituliskan sebagai berikut :
konsporitotal
lobangmuka
luasluas
vvrill ==
Panjang lintasan aliran didalam
kue padatan tidak identik dengan
“Lc” (atau tebal kue).
Panjang lintasan aliran,
persamaan (4) adalah panjang
pori dimana fluida
dimana “L” > “Lc”. Panjang pori
tidak diketahui dengan pasti
(meskipun bias diestimasi dan
faktor “turtuosity”nya. Pendekatan
paling mudah adalah dengan
mengambil asumsi bahwa:
Panjang pori � (tetapan) x panjang
kue padatan
atau,
Lc = K’ x LI
= kecepatan rill fluida mengalir dalam pori.
= kecepatan volumetric/luas total penampang lubang pori.
Karena luas penampang lubang pori sulit untuk diukur/diketahui, maka persamaan (7)
biasanya dinyatakan dalam kecepatan supervisial fluida, v, yaitu :
v = kecapatan superficial fluida = kecepatan volumetric/luas muka total alirann
/luas penampang kue
Hubungan antara vrill dengan v dapat dituliskan sebagai berikut :
'tan ctakons =
Panjang lintasan aliran didalam
padatan tidak identik dengan
Panjang lintasan aliran, “L” pada
persamaan (4) adalah panjang
dimana fluida mengalir,
”. Panjang pori
dengan pasti
diestimasi dan
faktor “turtuosity”nya. Pendekatan
paling mudah adalah dengan
mengambil asumsi bahwa:
(tetapan) x panjang
kue padatan.
(7)
= kecepatan volumetric/luas total penampang lubang pori.
Karena luas penampang lubang pori sulit untuk diukur/diketahui, maka persamaan (7)
v = kecapatan superficial fluida = kecepatan volumetric/luas muka total alirann
Sehingga persamaan (7) dapat dituliskan sebagai berikut :
( ) ;32 '
'2 vcKL
DP c
pc
µ=∆− dan jika
( ) vKL
P cc
µ=∆−
Dimana : K = factor permeabilitas pori
f
pc
F
FDgK
.32Re
2
=
Dengan, FRe = factor bilangan Reynold terhadap aliran dalam pori
Ff = factor koreksi terhadap factor friksi untuk aliran dalam pori,
FRe dan Ff merupakan fungsi
partikel (lihat pada gambar – gambar dibawah)
Sehingga persamaan (7) dapat dituliskan sebagai berikut :
dan jika '
'2
32 cKDp = konstanta = K; maka,
Dimana : K = factor permeabilitas pori
= factor bilangan Reynold terhadap aliran dalam pori-pori
Ff = factor koreksi terhadap factor friksi untuk aliran dalam pori,
merupakan fungsi dari porositas tumpukan padatan (bed) dan sphericity
gambar dibawah)
(8)
dari porositas tumpukan padatan (bed) dan sphericity
Persamaan (8) dapat dituliskan dalam bentuk lain,
c
c
LPK
v.
)(µ
∆−=
yang menyatakan bahwa “kecepatan alir filtrate”
tertampung) berbanding terbalik dengan tebal kue padatan”
Hubungan antara volume filtrat tertampung dengan ketebalan kue, porositas kue dan
kadar padatan dapat diperoleh dengan menyusun neraca massa padatan. Asumsi:
tidak ada padatan yang lobs dan media filter
Persamaan (8) dapat dituliskan dalam bentuk lain,
yang menyatakan bahwa “kecepatan alir filtrate” (sebanding dengan volume filtrate
tertampung) berbanding terbalik dengan tebal kue padatan”
Hubungan antara volume filtrat tertampung dengan ketebalan kue, porositas kue dan
kadar padatan dapat diperoleh dengan menyusun neraca massa padatan. Asumsi:
ada padatan yang lobs dan media filter
(10)
(sebanding dengan volume filtrate
Hubungan antara volume filtrat tertampung dengan ketebalan kue, porositas kue dan
kadar padatan dapat diperoleh dengan menyusun neraca massa padatan. Asumsi:
Universitas Gadjah Mada
PERHITUNGAN FILTER BATCH
Massa padatan pada kue = massa padatan pada slurry mula-mula:
( ) ( )x
xXLAVXLA csc −
×+=−1
..1. ρρ (11)
1—x
Dimana:
A = luas penampang kue padatan
Lc = tebal kue padatan
V= volum filtrate tertampung
�s = rapat massa padatan
� = rapat massa cairan
X= porositas kue = (volume ruang kosong/volume total kue)
x= kadar padatan dalam slurry umpan filter = (massa padatan/massa slurry).
Penyusunan kembali persamaan (11) diatas menghasilkan:
( )( )c
s LAx
xXXxV .
11ρ
ρρ −−−= (12.a)
Atau,
( )( ) AV
xXXxx
Ls
c ���
����
�
−−−=
ρρρ
11 (12.b)
Kecepatan supervisial, A
dtdVA
flowratevolumetrikv
)/( == (13)
Kombinasi persamaan (13) dengan persamaan (12.b) :
( ) ( ) ( )( )VA
xxXXx
VPKA
VPKA
vAdtdV scc
���
����
� −−−∆−=
∆−==
ρρρ 11....
.
= ( ) ( )( )
���
����
� −−−∆−x
xXXxK
VPA sc
µρρρ 11.2
(14)
Jika didefinisikan tetapan filtrasi berdasarkan volume filtrate, Cv’ sebagai :
( )( ) ���
����
�
−−−=
xXXxx
Cs
v ρρµρ112
1 (15.a)
Maka :
( )VCPA
dtdV
v
c
..2.2 ∆−
= (15.b)
Universitas Gadjah Mada
Jika persamaan diinginkan untuk dinyatakan dalam variable Lc, maka dengan