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
MAKALAH ALAT INDUSTRI KIMIA - B
FILTRASI VAKUM
Disusun Oleh :
1. Irsyadia Nindya Wardana 10/305249/TK/37428
2. Ika Noviawati 11/313353/TK/37881
3. Nihayatun Ni’mah 11/319059/TK/38193
4. Silvia Nirmala Puspitasari 11/319159/TK/38190
5. Ade Hidayat 11/319168/TK/38299
6. Affifah Ambar Rafsanjani 11/319173/TK/38303
Dosen Pengampu : Ir. Wahyu Hasokowati, M.A.Sc.
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
2013
0
Filtrasi VakumA. Pengertian
Filtrasi adalah pemisahan bahan secara mekanis (biasanya pemisahan
antara fluida (cairan/gas) dengan padatan) dengan menggunakan media filter dan
beda tekanan. Produk filtrasi dapat berupa filtrat (cairan bebas padatan) atau cake
(kue padatan); tergantung fasa apa yang berharga/yang akan dipungut.
Berdasarkan driving force-nya, filtrasi dibedakan menjadi empat jenis, yaitu:
1. Hydrostatic head atau gravity
2. Excess pressure atau pressure filtration
3. Vacuum pressure atau vacuum filtration
4. Centrifugation
Filtrasi vakum yaitu proses pemisahan bahan secara mekanis (biasanya
pemisahan fluida dengan padatan) dengan menggunakan media filter secara
vakum sehingga akan didapatkan filtrat karena terhisap.
B. Filtrasi Batch dan Filtrasi Kontinyu
Berdasarkan siklus operasinya, filtrasi vakum dibedakan menjadi filtrasi
batch dan filtrasi kontinyu.
1. Filtrasi Batch
Alat-alat filtrasi vakum yang menggunakan siklus batch adalah nutsche filter.
Nutsche Filter
Nutsche filter adalah alat filtrasi yang dapat digunakan untuk proses
filtrasi bertekanan atau vakum. Biasanya dioperasikan dengan sistem batch di
industri seperti industri kimia, pewarna, farmasi/obat-obatan, dan pengolahan
air limbah. Alat ini bekerja dimana penyaringan vakum atau tekanan dapat
dilakukan secara tertutup dalam vessel dan padatan dapat dibuang langsung ke
sebuah drier.
Saat ini nutsche filter didesain untuk melakukan banyak tugas termasuk
reaksi, filtrasi, mencuci cake, dan thermal drier pada satu unit. Alat ini
1
dilengkapi proses kontrol dengan parameter seperti tekanan, temperatur dan
pH. Nutsche filter sangat cocok untuk bahan yang flammable, toxic, dan korosif.
Komponen utama nutsche filter adalah :
a. Vessel
b. Filter floor/penyangga, kain penyaring mesh
c. Saluran re-slurry untuk proses pencucian cake
d. Alat pengeluaran cake
Pengaduk serbaguna adalah fitur unik dari sistem ini. Pengaduk
melakukan sejumlah operasi melalui gerakan di sumbu sejajar dan tegak lurus
ke poros. Slurry difiltrasi sampai terbentuk sebagian besar mother liquor.
Setelah filtrasi selesai, pada cake akan terbentuk celah-celah yang
menyebabkan gangguan pada operasi vakum. Ini menghalangi filtrasi.
Pengaduk dapat digunakan untuk menjaga cake agar seragam. Cake dapat
dicuci setelah penyaringan oleh reslurrying cake. Setelah mencuci, mother
liquor dapat di-refiltered. Cake kemudian dibuang dengan menurunkan
pengaduk yang berputar sedemikian rupa sehingga membawa semua cake
yang terbentuk ke saluran discharge.
Kelebihan nutsche filter antara lain:
a. Dapat digunakan untuk vacuum atau pressure filtration
b. Gas inert dapat di jaga
c. Kontaminasi pada cake minimal
d. Recovery filtratnya tinggi
e. Tidak ada filtrat yang menguap ke atmosfer, jadi kalau filtratnya toxic tidak
berbahaya
f. Transfer panas dapat diaplikasikan untuk menjaga suhu filtrasi
Kekurangan nutsche filter antara lain:
a. Tidak cocok untuk proses kontinyu
b. Kapasitas kecil
2
Urutan proses kerja nutsche filter adalah sebagai berikut.
a. Filtrasi
Slurry dimasukkan kedalam filter, tekanan diaplikasikan untuk
menekan slurry agar filtrat dapat menembus tahanan cake yang bertumpuk
diatas media filter. Slurry dengan distribusi kekasaran yang luas akan
mengendap lebih dulu, fine partikel akan mengendap diatas partikel kasar
lebih lama, dan akan membentuk hambatan cake lagi.
b. Pencucian cake
Dalam tahap pencucian cake, air pencuci disemprot dari atas, akan
tetapi efisiensinya rendah jika ketebalan cake tidak merata. Keuntungan
dari nutsche filter adalah cake yang terbentuk merata, sehingga efisisensi
pencucian meningkat. Efisiensi pencucian akan jauh meningkat apabila
tidak ada gas atau udara yang masuk ke dalam cake saat pencucian
berlangsung. Hal ini dicapai dengan detektor khusus yang memonitor
kelembaban permukaan cake dan apabila udara atau gas mulai memasuki
vessel, akan ada sinyal yang ditransmisikan untuk menutup katup filtrat dan
membukanya kembali untuk proses pencucian berikutnya.
c. Cake repulping
Banyak proses memerlukan efisiensi pencucian yang tinggi untuk
menghilangkan cairan kontaminan dari produk dan mencuci cake dengan
repulping akan menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi. Cake yang
terbentuk diaduk sehingga terbentuk suspensi dalam cairan pencuci.
d. Pressure drying/pengeringan bertekanan
Dalam tahap pengeringan, udara, atau gas dihembuskan kedalam
cake sampai tercapai kelembaban yang diinginkan. Untuk mencapai
kelembaban yang minimum, cake dihaluskan dengan membalikan rotasi
pengaduk dan tekanan pada permukaan dikontrol dengan sistem hidrolik.
3
e. Cake discharge/pengeluaran cake
Setelah semua tahap selesai, valve pengeluaan cake dibuka dan
pengaduk akan turun sampai bawah dan berputar untuk mengeluarkan
cake.
Gambar 1. Urutan Cara Kerja Nutsche Filter
2. Filtrasi Kontinyu
Kebanyakan filter kontinyu dioperasikan pada tekanan vakum, sehingga
seringkali disebut sebagai vacuum filters. Alat-alat filtrasi vakum yang
menggunakan siklus kontinyu antara lain rotary drum vacuum filter, filter
cakram berputar (rotary disk filter), filter meja vakum (vacuum table filter), dan
fan filter berjalan (belt filter).
a. Rotary Drum Vacuum Filter
Rotary drum vacuum filter merupakan salah satu jenis filter yang
dioperasikan secara kontinyu. Seperti alat filtrasi pada umumnya, alat ini
mempunyai medium filter dan support sebagai komponen utama, hanya
saja bentuk support berupa silinder dan medium filter mengelilinginya.
4
Bentuk silinder tersebut mengakibatkan alat ini diberi nama drum. Selama
beroperasi, drum tersebut berputar perlahan, oleh karena itu disebut
rotary. Seringkali alat ini disebut sebagai rotary vacuum filter, karena
kondisi tekanan di dalam drum bersifat vakum.
Jenis filter ini telah lama diaplikasikan di dunia industri. Keuntungan
pemakaian alat ini terletak pada sistem operasinya yang kontinyu, sehingga
waktu proses lebih efisien dan penggunaan tenaga kerja lebih hemat.
Dalam sekali putaran, rotary drum vacuum filter melakukan tahap
penyaringan, pencucian, pengeringan, dan pengumpulan cake yang jika
dilakukan secara batch harus dilakukan satu per satu sehingga akan
memakan waktu serta tenaga.
Dalam satu kali putaran, secara lengkap drum mengalami beberapa
tahapan, yaitu :
1) Pembentukan cake
Pada saat drum tercelup dalam suspensi, maka aliran filtrat
menembus medium filter akan terjadi. Selain tahap ini perpindahan
massa filtrat dari suspensi ke dalam drum tidak terjadi. Pada saat filtrat
menembus medium, padatan dalam suspensi akan tertinggal dan
menempel di permukaaan medium, dan terjadilah pembentukan cake.
Tahap ini berlangsung dalam zona pembentukan, dan di daerah ini
kondisi vakum diaplikasikan secara maksimal. Total rasio daerah yang
tercelup disebut apparent submergence, sedangkan rasio daerah
tercelup dimana pembentukan cake betul-betul efektif disebut effective
submergence. Rasio ini umumnya berkisar antara 33 sampai 35%.
2) Pengeringan dan pencucian
Dalam zona ini air yang mungkin masih membasahi cake dihisap
lebih lanjut, menghasilkan cake yang lebih kering. Jika diperlukan, dapat
dilakukan tahap pencucian untuk menghilangkan kotoran yang
menempel atau tercampur dalam cake. Tahap pengeringan dilanjutkan
setelah tahap pencucian, dengan cara yang sama dengan sebelumnya.
5
Jika tidak ada tahap pencucian, maka zona untuk tahap ini hanya terdiri
dari zona pengeringan, sedangkan jika ada pencucian terbagi menjadi
zona-zona: pra pengeringan, pencucian, dan pengeringan akhir.
3) Pelepasan cake
Cake yang telah cukup kering digaruk oleh sebilah pisau, dan
dikumpulkan dalam sebuah bak penampung. Di tempat pelepasan cake,
kondisi vakum dalam drum ditiadakan. Daerah tempat langkah ini
berlangsung disebut zona pelepasan.
4) Tahapan kosong
Tahap ini berlangsung setelah pisau melepas cake. Medium filter
menjadi terekpos, tanpa ada cake yang melapisi. Jika ruang vakum
dalam drum terhubung dengan daerah ini, maka akan terjadi kebocoran
vakum yang mengakibatkan kondisi vakum di zona lain tidak berfungsi.
Oleh karena hal ini, maka diperlukan suatu valve pengatur yang
menyekat zona ini dengan kondisi vakum dalam drum. Zona ini biasa
disebut dead zone, dan diterjemahkan sebagai zona mati.
Dalam aplikasi secara industrial, rotary drum vacuum filter cocok
digunakan untuk proses yang mempunyai karakteristik sebagai berikut :
1) Suspensi (slurry) dengan padatan yang tidak cenderung mengendap
dengan cepat dan berada dalam suspensi seragam jika diaduk dengan
baik.
2) Cake yang tidak memerlukan waktu pengeringan lama
3) Cake yang dengan sekali tahap pencucian akan bersih dari kotoran atau
menghasilkan recovery filtrat yang maksimal.
4) Filtrat yang tidak memerlukan pemisahan tajam antara filtrat induk dan
filtrat hasil pencucian
5) Filtrat yang diizinkan mengandung sedikit padatan halus. Padatan ini
mungkin lolos menembus medium filter pada detik-detik pertama dari
pembentukan cake. Dalam beberapa pengoperasian rotary drum filter,
6
biasanya filtrat dapat mengandung sampai 5000 ppm padatan tak
terlarut.
Bahan yang bisa disaring memakai rotary drum filter pada
prinsipnya berupa suspensi, dan yang biasa diolah dalam indiustri adalah :
1) Lumpur limbah
2) Pigmen
3) Resin, plastik, atau polimer
4) Senyawa Kalsium
5) Titanium dioksida
6) Mineral dan senyawa kimia anorganik
Komponen utama dari rotary drum vacuum filter berupa sebuah
drum berputar yang dindingnya merupakan support dari medium filter.
Medium filter ini bertindak sebagai komponen pemisah yang akan
meloloskan cairan filtrat dan menahan cake. Pemilihan medium filter
merupakan faktor penting yang akan menentukan mutu produk. Contoh
bahan medium yang banyak dipakai adalah : polyester, nylon,
polypropylene, dan bahan dari serat khusus.
Drum diberi vakum di bagian tengahnya, sehingga cairan filtrat akan
mengalir masuk kebagian tengah drum dengan menembus medium filter
dan support sambil meninggalkan padatan cake di permukaan medium
filter. Cake yang menempel akan diambil oleh pisau (knife) dan
dikumpulkan dalam penampung cake. Sementara itu filtrat mengalir keluar
dari bagian poros drum dan dialirkan ke tangki filtrat oleh sebuah pompa.
Kelebihan dari rotary drum vacuum filter antara lain sebabagi
berikut.
1) Digunakan untuk memfiltrasi padatan yang sulit difilter (kemampuan
filtrasinya tinggi)
2) Dilengkapi sarana otomatis sehingga tenaga manual yang dibutuhkan
tidak banyak
3) Desainnya sangat bervariasi tergantung pada jenis aplikasinya
7
4) Hasil pencucian cake lebih efektif
5) Digunakan untuk proses filtrasi tekanan tinggi
6) Filter yang digunakan dapat bertahan lebih lama
Sedangkan kekurangan dari rotary drum vacuum filter adalah
sebagai berikut.
1) Cake membutuhkan waktu pengeringan yang lama untuk mencapai titik
kelembaban
2) Filtrat membutuhkan pemisahan yang lebih sulit pada bagian mother
and wash filtrates
3) Ukuran filtrat yang lebih kecil dari 1000 ppm atau lebih besar dari 5000
ppm
4) Cake yang membutuhkan washing lebih dari sekali.
Prinsip kerja dari rotary drum vacuum filter adalah sebagai berikut.
1) Tekanan di luar drum adalah tekanan atmosferik tetapi di dalam drum
mendekati vakum. Drum dimasukkan ke dalam cairan yang
mengandung suspensi padatan, lalu diputar dengan kecepatan rendah.
Cairan tertarik melewati filter cloth karena tekanan vakum, sedangkan
padatan tertinggal di permukaan luar drum membentuk cake
2) RDF (Rotary Drum Filter) bekerja secara continous. Setiap
perputarannya terdiri dari cake formation, cake washing(jika
diperlukan), drying, dan cake discharge.
3) Selama perputaran drum, tekanan vakum menarik liquid melalui
medium filter (cloth) di permukaan drum yang menahan padatan.
Tekanan vakum mendorong gas/udara melalui cake dan gas tersebut
akan mendorong liquid masuk ke dalam.
4) Filtrat dan aliran udara akan melalui pipa filtrat internal kemudian
masuk ke katup RVF dan bermuara di vakum receiver di
mana liquid dipisahkan dari aliran udara. RVF ini biasanya dilengkapi
dengan liquid ring vacuum pump atau barometric leguntuk
menghasilkan tekanan vakum.
8
Problem yang sering terjadi yaitu penyaring vakum berputar kontinyu
kadang-kadang dioperasikan dibawah tekanan positif sampai dengan 15
atm dalam situasi filtrasi vakum tidak layak atau ekonomis. Kasus-kasus
yang menyebabkannya misalnya: ketika padatan sempurna dan penyaring
sangat lambat atau ketika cairan memiliki tekanan uap yang tinggi,
mempunyai viskositas lebih dari 1 poise, atau ketika cairan jenuh dan
mengkristal setelah dingin. Dengan tingkat penyaringan lumpur yang
lamban, perbedaan tekanan yang melintasi septum harus lebih besar
daripada yang diperoleh pada suatu penyaring vakum; dengan cairan yang
menguap atau mengkristal pada tekanan menurun, tekanan pada sisi aliran
bawah pada septum tidak dapat melebihi atmosfer. Masalah lain, misal:
masalah mekanis pembuangan padatan dari penyaring ini, yaitu ongkos dan
kerumitannya yang tinggi, dan ukurannya yang kecil membatasi
penggunaannya pada masalah khusus. Bila filtrasi vakum tidak dapat
digunakan untuk pemisahan, penyaring kontinyu sentrifugal dapat
dipertimbangkan untuk menggantikannya.
Gambar 2. Proses Filtrasi dengan Rotary Drum Vacuum Filter
9
Gambar 3. Rotary Drum Vacuum Filter
b. Filter Cakram Berputar (Rotary Disc Filter, RDF)
Rotary Disk Filter merupakan salah satu alat filtrasi yang tersusun
atas cakram-cakram filter yang dipasang vertikal dalam sebuah casing yang
terpasang pada shaft yang dapat berputar. Rotary disk vacum filter ini
digunakan dalam operasi skala besar serta proses yang kontinyu. Bahan dari
cakram dapat terbuat dari logam, plastik, atau kayu. Fraksi cakram yang
tercelup dalam slurry sekitar 30-50 %. Media filter dapat berupa kain
(cloth), kertas, media poros, dan lain-lain. Pemiliham media filter ini
didasarkan atas kemampuan untuk memisahkan padatan, memiliki
kekuatan, inert terhadap bahan kimia dan juga dari segi ekonominya.
Alat ini dapat diaplikasikan untuk proses dewatering pada iron ore