Laporan Filter Press

LABORATORIUM PERLAKUAN MEKANIK SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013 / 2014

MODUL

: Plate and Frame Filter Press

PEMBIMBING

: Iwan Ridwan, ST, MT

Tanggal Praktikum

: 10 Juni 2014

Tanggal Pengumupulan

: 21 Juni 2014

(Laporan)

oleh : Kelompok 8

Sarah Eka Putri D

121424030

Ulfia Tiaravani

121424031

Yuliani Wardani S

121424032

Alfa Tri Annisa

121424033 Kelas 2A-TKPB

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2014

PLATE AND FRAME FILTER PRESS I.

TUJUAN PRAKTIKUM 1. Menghitung tahanan spesifik ampas (α) 2. Menghitung tahanan ampas (Rc) 3. Menghitung tahanan filter medium (Rm) 4. Menghitung laju filtrasi (

⁄ )

5. Menghitung waktu filtrasi selama satu siklus (t)

II.

DASAR TEORI Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan dengan

melewatkan umpan (padatan + cairan) melalui medium penyaring. Proses filtarsi banyak dilakukan di industri, misalnya pada pemurnian air minum, pemisahan kristal-kristal garam dari cairan induknya, pabrik-kertas dan lain-lain. Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya.Menurut prinsip kerjanya filtrasi dapat dibedakan atas beberapa cara, yaitu: a. Pressure Filtration Filtrasi yang dilakukan dengan menggunakan tekanan. b. Gravity Filtration Filtrasi yang cairannya mengalir karena gaya berat. c. Vacum Filtration Filtrasi dengan cairan yang mengalir karena prinsip hampa udara(penghisapan).

FLATE AND FRAME FILTER Alat ini akan bekerja berdasarkan driving force, yaitu perbedaan, tekan. Alat ini dilengkapi dengan kain penyaring yang disebut filter cloth, yang terletak pada tiap sisi platenya. Plate and frame filter digunakan untuk memisahkan padatan cairan dengan media berpori yang meneruskan cairannya dan menahan padatannya. Secara umum filtrasi, dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif kecil dibandingkan zat cairnya. 1. Open Delivery Filter press Saluran untuk slurry dan wash(pencuci) melalui satu saluran masuk dan tiap plate untuk saluran cairannya. 2. Closed Delivery Filter Press Memiliki beberapa saluran slurry dan wash water. Umpan slurry masuk melalui lubang saluran masuk.Filter clothterletak di setiap sisi frame. Tekanan diberikan terhadap slurry agar melewati filter cloth untuk dapat masuk ke dalam plate and frame filterkemudian keluar melalui lubang plate sebagai filtrat. Padatan akanterakumulasi atau tertinggal dan menempel pada cloth. Setelah beberapa lama maka ruang antara plate akan tertumpuk oleh slurry dan lama kelamaan umpan akan berhenti mengalir. Jika hal ini terjadi maka cloth harus segera dicuci.Pencucian ini dilakukan dengan menyalurkan air bersih ke dalam plate dan keluar melalui frame. Hal ini merupakan kebaikan dari proses filtrasi (Closed delivery). Berdasarkan kompresibilitasnya cake (slurry yang menempel pada cloth) dibagi menjadi dua, yakni : 1. Compressible cake Cake akan mengalami perubahan struktur apabila mengalami tekanan sehingga ruang kosong dalam cake semakin kecil akibatnya proses penahan semakin besar dan proses filtrasi semakin sulit. 2. Incompressible cake Cake yang tidak mengalami perubahan jika terjadi perubahan tekanan.Pada kenyataanya kelompok ini hampir tidak ada.Tetapi tekanan yang digunakan kecil maka cake dapat dianggap incompressible cake.Untuk proses filtrasi umumnya terjadi pada beda tekanan tetap. Jika medium filter primer telah dilapisi cake dan filtrat telah jenuh maka tekanan akan bertambah sampai maksimum. Diperlukan waktu yang optimum untuk melakukan satu kali siklus.Waktu filtrasi optimum adalah waktu

filtrasi yang diperlukan agar jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum, dalam filtrasi yang disebut waktu siklus adalah waktu keseluruhan yang diperlukan untuk melakukan proses filtrasi. Pencucian/Washing Optimasi jumlah air pencuci yang digunakan ke dalam slurry ditambahkan zat warna

yang

mempunyai

sifat

tidak

berikatan

secara

permanen/kuat

denganpadatannya, sehingga mudah dihanyutkan oleh air pencuci. Kadar zat warna dalam air cucian yang keluar dari filter dianalisa untuk mengetahui seberapa jauh operasi pencucian dilakukan. Pencucian dihentikan jika kadar warna dalam air cucian sudah mulai konstan. Jumlah air pencuci dicatat sebagai volume optimum. Dasar Teori Filtrasi Untuk Tekanan Konstan Pada Proses Batch 1)

(

)

(

)

(2-1)

Dimana Kp dalam s/m 6 dan B dalam s/m3 2)

(

3)

(

(2-2)

)

(2-3)

)

Untuk tekanan konstan, α konstant dan ampas yang tidak dapat dimampatkan dan sebagai vaeriabel hanya V dan t, maka dari persamaan (2-1), waktu filtrasi t didpat dari integrasi : ∫

∫ (

)

(2-4) (2-5) (2-6)

Dimana V adalah volume filtrat dalam (m3) selama t (s) Laju filtrasi (dV/dt) Variabel – variabel yang mempengaruhi laju filtrasi : -

Beda tekanan cake dan filter (-ΔP)

-

Viskositas cairan (µ)

-

Luas filter (A)

-

Tahana cake (Rc) dan tahanan media filter (Rm) ( (

) )

(2-7)

Persamaan Untuk Pencucian Ampas Filte Dan Waktu Total per-Siklus Untuk menghitung laju pencucian, diasumsikan selama pencucian sama dengan kondisi pada filtrasi.Untuk filtrasi tekanan konstan dengan menggunakan tekanan yang sama pada pencucian, maka laju pencucian dapat dihitung kembali. Laju pencucian dari hasil percobaan kemungkina lebih kecil dari hasil prediksi, karena terjadi konsolidasi, channeling dan pembentukan cracks. Laju pencucian untuk plate and frame filter press sekitar 70-92% laju prediksi. Setelah pencucian selesai jumlah total waktu per-siklus/ total tome cycle adalah jumlah dari waktu filtrasi ditambah waktu pencucian dan ditambah waktu pembersihan. Deskripsi peralatan : Peralatan filtrasi Plate and Frame ini terdiri dari dua bagian yaitu: 1. Tangki umpan. 2. Rangkaian pelat dan bingkai (Plate and Frame). Tangki umpan dilengkapi dengan alat ukur tekanan untuk memastikan tekanan di dalamnya. Di dalam tangki ini juga dilengkapi dengan pengaduk berbentuk paddle dengan kemiringan 45o yang bertujuan untuk membantu penyeragaman konsentrasi padatan di dalam bubur atau larutan umpan. Peralatan tersebut dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1.Skema peralatan penyaring pelat dan bingkai Sejumlah pasangan pelat dan bingkai yang disediakan tidak perlu dipergunakan semua dalam tiap kali percobaan, jumlah pasangan yang dipakai bergantung pada jumlah umpan yang akan disaring dan tekanan operasinya. Aliran lumpur umpan dan filtrat di dalam rangkaian pelat dan bingkai ditampilkan pada gambar 2.

Gambar 2.Aliran lumpur umpan dan filtrat di dalam pelat dan bingkai

III.

ALAT DAN BAHAN a. Peralatan Plate and Frame Filter Press b. Kunci sambungan flens c. Kunci pipa d. Stopwatch e. Mistar/penggaris f. Air g. Kapur

IV.

DIAGRAM KERJA

Pembuatan Slurry (Larutan kapur)

Mengisi tangki mixer dengan air sebanyak .....L

Melarutkan .....Kg kapur dengan air dari tangki

Memasukan larutan kapur ke dalam tangki

Nyalakan motor pengaduk

Hidupkan pompa

Buka katup umpan slurry dengan bukaan tertentu dan katup produk filtrat dengan bukaan penuh

Proses Plate and Frame Filtration

Memasang instalasi plate and frame filter press

Matikan pompa, tutup katup yang dibuka. Lepaskan instalasi dan bersihkan.

Memasang filter pada frame, setiap frame dua filter. rapatkan susunannya dengan cara ditekan

Hentikan operasi saat didapatkan data waktu sesuai yang diinginkan

Catat waktu yang dibutuhkan setiap kenaikan 5 cm tinggi filtrat pada tangki penampung filtrat

Atur katup umpan slurry sampai tekanan yang diinginkan (baca tekanan pada manometer)

V.

DATA PENGAMATAN Tinggi tangki umpan

= 53 cm

Diameter tangki umpan

= 93 cm

Diameter tangki filtrat

= 55cm

Massa kapur

= 18 kg

Volume air

= 0.359 m3

Densitas slurry

= =

Panjang sisi plate dan frame

= 37 cm =0,37 m

5

P = 1 bar waktu (detik) 0 4,5

10

10,62

15

17,19

20

25,74

25

36,27

30

103,27

tinggi (cm) 0

Cake Panjang= 37 cm Tinggi= 1 cm

P = 2 bar tinggi (cm) waktu (detik) 0 0 14,49 5 10

23,13

15

33,79

20

57,55

PENGOLAHAN DATA

tinggi (cm)

P = 1 bar volume (m3) waktu (detik)

t/v

0

0

0

0

5

0.0118

4,5

381.355932

10

0.0237

10,62

448.101266

15

0.0356

17,19

482.865169

20

0.0474

25,74

543.037975

25

0.059

36,27

614.745763

30

0.071

103,27

1454.50704

1 bar 1600 1400 y = 14882x + 32.359 R² = 0.7428

1200 1000 t/v

VI.

800

t/v

600

Linear (t/v)

400 200 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

volume (m3)

tinggi (cm)

P = 2 bar volume (m3) waktu (detik)

t/v

0

0

0

0

5

0.0118

14,49

1227.966

10

0.0237

23,13

975.9494

15

0.0356

33,79

949.1573

20

0.0474

57,55

1214.135

2 bar 1400 1200

y = 18098x + 444.51 R² = 0.4513

t/v

1000 800 600

t/v

400

Linear (t/v)

200 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

volume

µ

= 1 cp = 1000 kg/m.s

Konsentrasi padatan dalam slurry Cs

= = = 50.139 kg/m3

Luas total filter yang digunakan A

= 2. (sisi x sisi) = 2. (0,37 m . 0,37 m) = 0,2738 m2

Perhitungan untuk tekanan 1 Bar ∆P

= 1 bar = 1 x 105 kg/m.s2

Persamaan linier: y = 14882x + 32.35 Slope

= 14882

Kp

= 29644

Intersep

= 32.35 (

)

(

)

Mencari tahanan spesifik ampas (α) (

)

(

)

α

(

)

= 4450.23

Mencari tahanan cake (Rc) Rc

= = = 57860.61

Mencari tahanan media filter (Rm) (

) (

)

Rm

= 885.743

Mencari waktu filtrasi

( 77.014

Mencari laju filtrasi ( (

) ) (

) )

( ⁄

)

(

)

Perhitungan untuk tekanan 2 Bar ∆P

= 2 bar = 2 x 105 kg/m.s2

Persamaan linier: y = 18098x + 444.5 Slope

= 18098

Kp

= 36196

Intersep

= 444.5 (

Mencari tahanan spesifik ampas (α) (

) (

α

)

18098

= 10823.85

Mencari tahanan cake (Rc) Rc

= = = 93951.199

Mencari tahanan media filter (Rm) (

) (

)

Rm

444.5 = 24340

Mencari waktu filtrasi

(

)

(

) 251.354

)

(

)

Mencari laju filtrasi ( (

) ) (

) )

( ⁄

VII.

PEMBAHASAN Filtrasi merupakan salah satu operasi yang digunakan untuk memisahkan padatan dari cairan dalam campuran slurry dengan cara melewatkan slurry ke dalam media filter. Dalam percobaan kali ini dilakukan pemisahan dengan menggunakan plate and frame filter press yang memiliki tujuan menghitung tahanan spesifik ampas, menghitung tahanan ampas, menghitung tahanan filter medium, menghitung laju filtrasi filtrate, dan menghitung waktu filtrasi selama satu siklus. Hal yang dilakukan dalam percobaan pertama kali mempersiapkan alat yang akan digunakan untuk melakukan pemisahan, setelah itu membuat larutan slurry dengan konsentrasi yang akan diketahui dengan mengetahui berat padatan yang dilarutkan kedalam air. Praktikum dilakukan dengan variasi tekanan, yaitu 1 bar dan 2 bar. Awalnya, beberapa partikel padat memasuki medium pori dan ditahan, tetapi dengan segera mulai berkumpul di permukaan septum. Setelah itu, padatan cake mulai terfiltrasi, padatan tersebut mulai menebal di permukaan. Slurry dapat mencapai tiap-tiap plat dengan tekanan tertentu, cairan melalui kain dan keluar ke pipa pembuangan sebagai filtrat, meninggalkan padatan cake basah dibelakangnya. Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam, dengan kain melingkupi permukaan setiap plat, dan ditekan dengan keras bersama dengan memutar skrup hidraulik. Slurry memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai. Slurry mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut. Jalur tambahan mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam setiap bingkai. Di sini padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat (corrugation), dan keluar dari mesin press menuju bak penampung filtrate. Filtrasi pada 1 bar dilakukan sampai tinggi cairan 30 cm, sementara pada 2 bar dilakukan hingga 20 cm. Hal ini dikarenakan jumlah padatan cake yang tersaring sudah memenuhi filter sehingga tidak dapat dilanjutkan.

Tahanan spesifik ampas pada tekanan 1 bar lebih kecil daripada tekanan 2 bar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, tahanan spesifik ampas juga semakin besar. Tahanan cake pada tekanan 1 bar juga lebih kecil daripada tekanan 2 bar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, tahanan cake juga semakin besar karena pada waktu yang sama tekanan yang lebih besar mengalirkan kapur lebih banyak, sehingga cake lebih cepat terbentuk dan memberikan tahanan lebih besar. Tahanan media filter pada tekanan 1 bar juga lebih kecil daripada tekanan 2 bar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, tahanan media filter juga semakin besar. Secara teoritis, semakin tinggi tekanan, waktu yang dibutuhkan semakin cepat karena tekanan gaya dorong larutan kapur untuk melewati palte dan frame lebih besar. Namun, pada praktikum, waktu yang dibutuhkan untuk filtrasi pada 2 bar lebih lambat daripada 1 bar. Hal ini dikarenakan percobaan pada tekanan 2 bar dilakukan setelah 1 bar, sehingga pompa tersumbat oleh padatan kapur yang tidak larut. VIII. KESIMPULAN

Perhitungan

1 Bar

2 Bar

Slope

14882

18098

Intersep

32.35

444.5

4450.23

10823.85

57860.61

93951.199

885.743

24340

77.014

251.354

Tahanan spesifik ampas (α) Tahanan cake (Rc) Tahanan filter medium (Rm) Waktu filtrasi (t) Laju filtrasi (dV/dt)

⁄

⁄

IX. DAFTAR PUSTAKA

McCabe, Warren L dkk. 1999. Operasi Tenik Kimia Jilid 1. Erlangga: Jakarta. Jobsheet Praktikum Perlakuan Mekanikmodul Plate and Frame Filter Press. Politeknik Negeri Bandung: Bandung.