TEKNIK KIMIA: PENYARINGAN BERTEKANAN (FILTER PRESS)

PENYARINGAN BERTEKANAN

(FILTER PRESS)

A. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini, diharapkan dapat:

· Mengoperasikan alat penyaringan bertekanan (Filter Press)

· Menjelaskan mekanisme proses penyaringan (Filtrasi)

· Menyelesaikan problem yang berhubungan dengan penyaringan (filtrasi).

B. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan :

· Pompa 1 buah

· Ember ukuran 20 liter 1 buah

· Neraca teknis 1 buah

· Stop watch 1 buah

Bahan yang digunakan :

· Kapur padat

· Air bersih

C. Dasar Teori

Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Proses filtrasi di industri-industri digunakan secara luas dalam pabrik makanan, obat-obatan, kertas dan pengolahan limbah.

Filtrasi juga merupakan proses pemisahan campuran heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan oleh media filter yang meloloskan fluida tetapi menahan partikel-partikel padatan. Proses filtrasi dilakukan apabila proses pemisahan padatan-cairan tidak dapat dilakukan dengan proses sedimentasi atau kecepatan pengendapannya lambat. Dalam operasi filtrasi menggunakan plate & frame dilakukan secara batch pada tekanan konstan. Filtrasi dapat terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya, gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal. Daya dorong adalah perbedaan tekanan umpan masuk dikurangi tekanan umpan yang keluar.

Press filter terdiri dari elemen-elemen filter (hingga mencapai 100 buah ) yang berdiri tegak atau terletak mendatar, disusun secara berdampingan atau satu di atas yang lain. Elemen-elemen ini terbuat dari pelat-pelat berair yang dilapisi kain filter dan disusun pada balok-balok luncur sehingga dapat digeser-geser. Dengan suatu bambu giling atau perlengkapan hidraulik, pelat-pelat itu dipres menjadi sat diantara bagian alat yang diam (bagian kepala) dan bagian yang bergerak. Saluran masuk dan saluran keluar terdapat di bagian kepala (untuk sistem tertutup) atau saluran keluarnya di samping pelat-pelat (untuk sistem terbuka).

Pemeriksaan filtrasi skala pilot plan/industri sebelum pengoperasian yaitu, peralatan filtrasi digunakan harus diperiksa dahulu supaya tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan pada waktu beroperasi, misalnya penyaring tidak berfungsi secara optimum. Fluida mengalir melalui media penyaring karena adanya perbedaan tekanan yang melalui media tersebut.Pemeriksaan penyaring dilakukan agar dapat beroperasi pada:

1. Tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring

2. Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring

3. Dan vakum pada bagian bawah

Tekanan di atas atmosfer dapat dilaksanakan dengan gaya gravitasi pada cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower,atau dengan gaya sentrifugal. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring bisa jadi tidak lebih baik daripada saringan (screen) kasar atau dengan unggun partikel kasar seperti pasir.

Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu aliran cairan kristal kasar,penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair. Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum, atau pemisah sentrifugal.Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring tunak (steady) atau sebentar.

Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinu, tetapi harus dihentikan secara periodik untuk membuang padatan terakumulasi. Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama peralatan beroperasi.

Macam-macam Filter yang digolngkan berdasarkan gaya dorong alami:

a. Filter Gravitasi (Gravity Filter)

- Merupakan tipe yang paling tua dan sederhana.

- Filter ini tersusun atas tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang dan diisi dengan pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminer.

- Filter ini dugunakan untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan ;l

mengandung sedikit padatan. Contohnya : pada pemurnian air.

- Tangki biasanya terbuat dari kayu, bata atau logam tetapi untuk pengolahan air biasa digunakan beton. Saluran dibagian bawah yang berlubang mengarah pada filtrat, saluran itu dilengkapi dengan pintu atau keran agar memungkinkan backwashing dari dasar pasir untuk menghilangkan padatan-padatan yang terakumulasi. Bagian bawah yang berlubang tertutup oleh batuan atau kerikil setinggi 1 ft atau lebih untuk menahan pasir. Pasir yang biasa digunakan dalam pengolahan air sebagai media filter adalah pasir-pasir kuarsa dalam bentuk yang seragam. Kokas yang dihancurkan biasanya digunakan untuk menyaring asam sulfur. Batu kapur biasanya digunakan untuk membersihkan cairan organik baik dalam filtrasi maupun adsorbsi (Hardojo, 1994).

Hal yang harus diperhatikan dalam filter gravitasi, bongkahan bongkahan kasar (batu atau kerikil) diletakkan bagian atas balok berpori (cake) untuk menahan materi-materi kecil yang ada di atasnya (pasir, dll). 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.

b. Filter Pelat dan Bingkai

Filter tekanan biasanya tersusun dari pelat-pelat dan bingkai-bingkai Pada filter ini pelat-pelat dan bingkai-bingkai disusun secara bergantian dengan filter kain dengan arah berkebalikan pada tiap pelat. Pemasangannya dilakukan secara bersamaan sebagai kesatuan gaya mekanik (oleh sekrup / secara hidrolik).

Ada beberapa macam tipe bertekanan yang menggunakan pelat dan bingkai. Yang paling sederhana mempunyai salah satu saluran tunggal mengenali suspensi pada pencucian dan pembukaan tunggal pada setiap pelat untuk mangalirkan cairan (pada pengiriman terbuka). Tipe yang lain mempunyai saluran terpisah untuk membedakan suspensi dan air pencucian tetapi ada juga yang menggunakan saluran terpisah untuk memisahkan suspensi dan air pencucian (pada pengiriman tertutup). Saluran ini biasanya terdapat di pojok atau di tengah atau tepat di tengah.

Padatan dalam suspensi berakumulasi dalam kain pada sisi sebaliknya dari pelat-pelat. Setelah beberapa waktu sebagian kecil ruang diantara pelat tersedia untuk suspensi, dan umpan dimatikan. Jika cake dicuci, fluida pencuci di dalamnya disalurkan ke dalam suspensi atau masukan campuran bi balik suspensi, masuk ke cake kurang lebih dari tengah bingkai, dan lewat menuju pelat pada kedua sisi. Setelah cake dicuci, aliran ini terhenti, gaya yang menahan pelat dilepaskan, pelat dan bingkai terbuka seketika, dan cake dihilangkan atau dibuang ke dalam lubang di bawah penekan. Setelah pembuangan selesai, penekan ditutup lagi dengan memberikan gaya mekanik untuk mengunci pelat dan bingkai bersamaan, dan sebuah siklus baru filtrasi dimulai.

Umpan suspensi masuk malalui saluran yang terbentuk dari lubang-lubang pada pojok kanan atas antara pelat dan bingkai. Dari saluran ini, suspensi masuk ke bingkai menuju ruang di antara pelat-pelat. Tekanan pada suspensi diumpankan pada proses penekanan untuk menghasilkan filtrat. Filtrat tersebut menuju ruang-ruang diantara kain dan pelat melalui kain-kain dari kedua sisi pelat ke keluaran yang berupa klep atau menuju saluran kedua yang dibentuk oleh lubang-lubang pada pojok lain dari pelat dan bingkai dengan keluaran yang didukung oleh pelat-pelat tidak oleh bingkai.

Pencucian dapat dikeluarkan terpisah dari filtrat dengan menyediakan kedua keluaran bawah melalui keran dan sebuah saluran terpisah pada pojok lainnya dari pelat. Pencucian sederhana adalah ketika pencucian mengalir melalui cake dengan jalan yang sama seperti filtrat. Ekspresi “through washing” atau “every other pelate washing” membutuhkan penggunaan dua tipe pelat yang berbeda. Pelat yang bukan pencuci (satu tombol) dan pelat pencuci (tiga tombol) diisikan dalam penekan diantara bingkai (dua tombol). Umpan memasuki bingkai seperti sebelumnya. Pencucian memasuki setiap pelat dan melewati dua cake pada bingkai di kedua sisi pelat, meninggalkan keran pada pelat bukan pencuci (satu tombol). Metode ini memerlukan klep yang tertutup pada pelat-pelat (tiga tombol) ke dalam masukan pencuci.

Semua tipe pelat ini dapat didesain untuk mengoperasikan pada pengiriman tertutup dengan menyediakan saluran ketiga yang dibentuk oleh lubang di sebelah pojok kanan bawah pelat dan bingkai. Empat saluran memungkinkan untuk mengoperasikan dengan menggunakan pengiriman tertutup dengan keluaran terpisah untuk filtrat dan pencucian. Umpan suspensi masuk ke setiap bingkai melalui saluran kanan atas (tidak ada pembukaan dari saluran ini ke pelat manapun). Filtrat meninggalkan setiap pelat menuju saluran kiri bawah bingkai penuh dengan cake. Pencucian masuk melalui saluran kiri atas ke setiap pelat menuju cake ganda di antara bingkai pada sisi lain pelat ini dan keluar melalui saluran kanan bawah pada pelat pengganti (satu tombol). Selama pencucian keran pada filtrat pada keluaran dan masukan pencucian tertutup.

Penekan pelat dan bingkai sangat luas digunakan khususnya ketika cake sangat berharga dan ukurannya sangat kecil. Filter yang kontinyu menggantikan penekan pelat dan bingkai untuk banyak operasi berskala besar. Dalam filter press terdapat 2 tahanan, yaitu:

- Tahanan ampas (tahanan padatan: besar tahanannya berubah, awalnya kecil dan lama-kelamaan akan menjadi besar.

- Tahanan filter medium: besar tahanannya tetap selama operasi berlangsung (Jash, 1994).

Pada filtrasi dengan pres filter horizontal, suspensi masuk pada bagian kepala melalui saluran yang terbentuk oleh lubang-lubang di bagian atas pelat. Pada pres filter bingkai, suspensi mengalir melalui bingkai-bingkai, sedangkan pada pres filter kamar, suspensi mengalir di antara pelat-pelat masuk ke dalam ruang filtrasi yang sesungguhnya. Filtrat menerobos kedua sisi kain filter, kemudian mengalir di belakang kain filter sepanjang alur-alur pelat turun ke dalam saluran. Saluran ini juga terbentuk dari lubang-lubang pada pelat. Pada sistem tertutup filtrat keluar di bagian kepala, sedangkan pada sistem terbuka filtrat mengalir dari masing-masing pelat melalui sebuah kran ke dalam saluran terbuka yang terletak di luar alat pres.

Seringkali cara kerja sistem tertutup maupun sistem terbuka dapat diterapkan pada alat yang sama dengan memasang saluran pembuangan khusus dan kran bercabang tiga.

Gambar 1. Alat filtrasi press

Laju filtrasi diperoleh berdasarkan jumlah filtrat dan jumlah ampas yang didapat. Slurry yang masuk adalah jumlah dari filtrat yang keluar dan produk ampas yang terdapat di dalam filter. Kapasitas dari alatnya berupa jumlah filter, semakin banyak filter yang dipasang maka semakin besar kapasitasnya.

Keuntungan filtrasi dengan saluran keluar yang terbuka adalah bila suatu kain filter mengalami kerusakan, maka gangguan ini segera dapat dilokalisir. Sedangkan filtrasi dengan pembuangan tertutup sesuai untuk bahan-bahan yang mengandung racun, berbau atau bahan yang mudah terbakar (Mc Cabe, 1985).

Proses filtrasi berdasarkan jumlah padatan dalam slurry dapat dikelompokkan menjadi dua golongan yaitu filter klarifikasi (clarifying filter) dan filter ampas ( cake filter ).

a. Filter klarifikasi digunakan untuk memisahkan zat padat yang kuantitasnya kecil dan menghasilkan zat cair atau zat gas yang bersih. Filter klarifikasi juga dikenal sebagi filter hamparan tebal ( deep bed filter), karena partikel zat padat diperangkap di dalam medium filter dan umumnya tidak ada lapisan zat padat yang terlihat di permukaan medium filter. Filter klarifikasi untuk zat cair digunakan untuk pembersihan air dan menggunakan jenis filter kertas ( cartridge) yang berisi elemen filter,yang merupakan sederetan piring logam tipis dengan diameter antara 3 sampai 10 in tersusun secara vertical dengan jarak pisah yang sempit satu sama lain. Piring yang tersusun tersebut mempunyai poros berlubang vertical dan terpasang dalam tabung berbentuk silinder. Zat cair terkumpul pada bagian atas melalui poros berlubang tersebut sedang padatan yang terpisah terperangkap diantara piring-piring di dalam filter kertas. Filter klarifikasi untuk memisahkan campuran berupa koloid menggunakan Ultra filter dengan membrane yang halus.

b. Filter ampas digunakan untuk memisahkan campuran padat–cair (slurry) dengan padatan yang cukup banyak sehingga membentuk ampas dan berfungsi sebagai penyaring. Pada awal proses padatan tertahan oleh medium filter dan untuk selanjutnya ampas berfungsi sebagai tahanan ampas yang besarnya bergantung pada jumlah ampas yang terbentuk. Penurunan tekanan fluida melalui filter ampas (cake filter), perhatikan gambar berikut :

Gambar 2. Penampang irisan aliran slurry melalui filter

Gambar di atas merupakan penampang / irisan aliran slurry yang melalui filter ampas dan medium filter dengan luas permukaan A m², selama waktu t(detik). Selama proses filtrasi dari awal sampai diperoleh filtrat pada t detik tersebut diperoleh:

- volume filtrat V (m³,ft³)

- tebal ampas L (m , ft)

Dengan kecepatan linear filtrat sepanjang arah (yang melalui tebal ampas) tersebut : n (m/dt ,ft/s) Aliran filtrat yang melalui hamparan ampas dapat digambarkan (dianalogikan)aliran fluida mengikuti hukum Poiseuile, dengan asumsi terjadi aliran laminer dalam suatu tabung. Proses filtrasi untuk industri proses antara lain industri kertas yaitu untuk proses penyaringan pulp, industri pengolahan air, industri kimia a.l: NaOH dan lain-lain.

D. Langkah Kerja

- Pembuatan larutan umpan

a. Memasukkan 120 liter larutan suspensi kapur 5% berat ke dalam tangki berpengaduk.

b. Menghidupkan motor pengaduk.

- Persiapan Alat

a. Memasangkan filter ke frame dari alat.

b. Merapatkan skrup dengan putaran manual.

c. Memeriksa penyambungan pipa-pipa, tangki, pompa unit alat dan unit buangan.

- Pelaksanaan Praktikum

a. Menghidupkan motor pompa.

b. Mengatur aliran masuk pada tekanan 3 bar.

c. Mencatat waktu setiap satu liter (dan kelipatannya) filtrat yang didapat.