BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

1.2 Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

1. Menghitung harga dari :

Tahanan medium filter (Rm)

Tahanan padatan tersaring (Rc)

Tahanan padatan tersaring spesifik (α)

Konstanta tahanan padatan (αo)

Koefisien kompresibilitas (S)

2. Memahami cara pemisahan zat padat dari pelarutnya dengan

menggunakan proses filtrasi (filter press).

3. Mendapatkan filtrat jernih bebas padatan atau padatan tersaring bebas

pelarut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Filtrasi

Filtrasi adalah contoh khusus mengenai aliran melalui media berpori,

khususnya kasus di mana tahanan terhadap aliran konstan. Dalam filtrasi,

tahanan aliran meningkatsesuai dengan waktu, sesuai dengan pembentukan

cake di atas medium filter atau filter aid. Besaran-besaran utama yang

penting adalah laju aliran melalui filter dan penurunan tekanan melintasi unit

tersebut. Dengan berjalannya waktu selama filtrasi, laju aliran akan

berkurang atau penurunan tekanan akan meningkat. Pada proses filtrasi

tekanan tetap, penurunan tekanan dibuat konstan dan laju aliran dibiarkan

menurun sesuai waktu.

Filtrasi juga merupakan salah satu cara untuk memisahkan partikel padat

dari cairan dengan menggunakan medium filter yang dapat menahan padatan

tetapi, meloloskan cairan. Pemisahan secara filtrasi dilakukan pada

campuran suspensi. Pada percobaan filtrasi ini, dimana larutan suspensi kita

alirkan melalui saluran pori – pori di mana ketika larutan tersebut mulai

melewati medium filter, maka padatan akan tertahan pada medium filter

tersebut yang kita kenal dengan cake sedangkan untuk yang lolos yang kita

tampung dalam selang waktu tertentu yang kita sebut sebagai filtrat. Cake

dan volume filtrat yang kita tampung (pada operasi beda tekanan konstan)

merupakan tujuan dari percobaan, sedangkan untuk operasi pada laju alir

konstan selain cake dan filtrat yang menjadi tujuan percobaan kita ukur

perubahan tekanan yang terjadi.

Hukum Darcy

Hukum Darcy menghubungkan laju partikel padatan melalui lapisan

berpori dengan pressure drop yang menyebabkan aliran tersebut.

v= k .∆ Pμ . L

(1)

dimana:

v = laju alir padatan dalam campuran cairannya

k = konstanta proporsionalitas yang umum disebut konstanta permeabilitas

Darcy

ΔP = pressure drop pada melalui kedua tebal pelat

L = ketebalan pelat

μ = viskositas cairan

Analogi dengan Hukum Ohm, laju alir akan berbanding lurus dengan

diriving force verupa potensial ΔP pressure drop, dan berbanding terbalik

dengan penghambat alirannnya (L/k).

Namun, Hukum Darcy untuk filtrasi hanya berlaku pada kondisi:

v= dv ρμ (1−ε)

<5 (2)

dimana:

d = ukuran partikel yang diasumsikan sama dengan diameter pori yang

menahan filter cake.

ρ = densitas cairan.

ε = fraksi kosong pada cake

2.2 Filtrasi Cake

Medium filter pada filtrasi cake relatif tipis dibandingkan dengan filter

klarifikasi. Pada awal filtrasi sebagian partikel padat masuk ke dalam pori

medium dan tidak dapat bergerak lagi, tetapi segera setelah itu bahan

terkumpul lagi pada permukaan septum/ medium penyaringnya. Setelah tahap

awal yang berlangsung beberapa menit tersebut zat padat cake tersebut

berfungsi sebagai medium filtrasi, bukan septum lagi. Cake tersebut

terakumulasi sampai ketebalan tertentu pada permukaan dan sewaktuwaktu

harus dibersihkan. Filter cake biasanya bekerja dengan tekanan lebih tinggi

dari tekanan atmosfer pada bagian hulu atau vakum pada sisi hilir. Filter ini

dapat beroperasi kontinu dapat pula secara batch. Namun karena sulitnya

mengeluarkan zat padat melawan tekanan positif , umumnya filter

diopersikan secara batch.

2.2.1 Medium Filter

Yaitu suatu media berpori yang mampu menahan partikel padat dan

meloloskan cairan sebagai filtrat yang jernih. Medium filter biasanya berupa

tenunan dari macam - macam bahan seperti : nilon, sutra atau serat sintetis.

Pemilihan medium filter sangat penting,karena akan menentukan kelancaran

operasi.

Faktor – faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan

medium filter jika filtrat merupakan tujuan operasi adalah :

a) Tahanan medium terhadap aliran fluida harus kecil.

b) Tidak larut dan tidak bereaksi dengan bahan - bahan yang ada dalam

cairan induk.

c) Cukup kuat menahan tekanan yang terjadi selama operasi.

Jika padatan tersaring merupakan tujuan operasi, maka faktor – faktor

utama yang perlu diperhatikan dalam pemilihan medium filter adalah :

a) Kemudahan mengambil padatan tersaring dari medium filter.

b) Pori - pori medium filter tidak mudah terisi dan tersumbat oleh padatan

tersaring.

Dalam industri medium filter yang banyak dipakai adalah kain kanvas.

Masing-masing jenis kanvas dengan ketebalan dan pola anyaman tertentu

juga memiliki kegunaan tertentu. Untuk zat cair yang bersifat korosi

digunakan medium filter seperti kain wol, tenunan logam monel atau baja

tahan karat, tenunan gelas, atau kertas. Kain sintesis seperti nilon,

polipropilena, dacron juga tahan secara kimia.

2.2.2 Bahan Aditif untuk Proses Filtrasi

Zat padat yang lembek atau sangat halus, yang membentuk cake yang

rapat dan impermeabel akan segera menyumbat medium filtrasi yang cukup

halus untuk menahannya. Untuk menyaring bahan padat seperti itu porositas

cake harus ditingkatkan agar cairan tersebut dapat lewat dengan laju yang

cukup. Hal ini dilakukan dengan menambah bahan aditif filtrasi (filter aid)

seeprti tanah diatom, silika, perlit, selulosa kayu yang dimurnikan, atau

bahan-bahan padat lain yang tidak bereaksi.

Penambahan itu dilakukan terhadap slurry umpan sebelum dilakukan

filtrasi. Dalam filter batch lapisan filter aid biasanya tipis, sedangkan pada

filter kontinu lapisan ini biasanya tebal dan bagian atasnya terkikis bersama

zat padat yang tertahan filter oleh pisau kikis, sehingga menghasilkan

permukaan filtrasi yang baru. Penggunaan lapisan pendahuluan ini biasanya

dapat mencegah tersumbatnya medium filter sehingga dihasilkan filtrat yang

jernih.

2.2.3 Filter Batch Berdasarkan Tekanan

Filter tekanan dapat memberikan perbedaan tekanan yang cukup besar

melintas septum sehingga menghasilkan filtrasi yang cukup cepat dengan zat

cair viskos atau zat padat halus. Filter tekanan yang umum adalah filter press

dan shell-and-leaf filter.

2.3 Filter Aid

Pada beberapa operasi filtrasi kadang - kadang diperoleh padatan

tersaring sangat halus, sehingga masuk ke dalam pori - pori medium filter.

Akibatnya medium filter menjadi cepat tersumbat, laju filtrasi turun dan

banyak filtrat yang hilang karena tertahan pada padatan yang halus tersebut.

Hal ini dapat dicegah dengan cara penggunaan filter aid (bahan bantu

filtrasi), karena filter aid akan membentuk lapisan di atas medium filter

dengan sifat pori yang baik.

Filter aid digunakan bila padatan tersaring mudah dipisahkan dari filter

aid atau padatan tersaring bukan merupakan hasil yang diinginkan.

Penggunaan filter aid akan mempertahankan laju filtrasi tinggi dan

memperbaiki sifat padatan tersaring, misalnya kemudahan pencucian dan

pengambilannya.

Pemakaian filter aid dapat dilakukan dengan dua cara:

a) Filter aid dilapiskan terlebih dahulu pada medium filter (“precoat”),

kemudian baru operasi filtrasi dilakukan terhadap bubur padatan

(“slurry”). Lapisan filter aid tersebut berfungsi untuk menahan partikel -

partikel padatan tersaring.

b) Filter aid dalam jumlah tertentu ditambahkan ke dalam bubur sebelum

operasi filtrasi di mulai. Penambahan filter aid akan membesarkan

porositas dari bubur, menurukan kompresibilitas dan tahanan aliran

padatan tersaring.

Bahan - bahan yang sering digunakan filter aid dalam tanah

diatomea/kieselguhr, serat asbes, karbon, magnesia, gipsum dan lain – lain.

Sifat – sifat filter aid adalah :

Densitas ruah (bulk density) rendah,untuk mengurangi kecenderungan

mengendap

Berpori

Dapat membentuk padatan tersaring yang berpori

Tidak bereaksi atau larut dalam filtrat

2.4 Klasifikasi Filtrasi

Operasi filtrasi dan filter dikelompokkan menurut berbagai cara seperti di

bawah ini :

a) Berdasarkan Gaya Dorong Operasi

Aliran fluida menerobos media filter memerlukan gaya dorong yang

berupa: gaya gravitasi, gaya sentrifugal, gaya tekan atau gaya hisap.

Dalam industri operasi filtrasi dibantu dengan tekanan dihulu atau isapan

vakum dihilir untuk mempercepat proses.

b) Fungsi Filtrasi

Filtrasi dapat ditunjukkan untuk memperoleh padatan tersaring bebas

larutan atau mendapatkan filtrat jernih bebas padatan atau kedua -duanya.

c) Siklus Operasi

Operasi kontinu sering digunakan dalam filtrasi dengan kapasitas besar,

sedangkan operasi batch digunakan dalam skala laboratorium dan dalam

penentuan karakteristik filtrasi. Operasi batch ini diartikan bahwa padatan

tersaring bertambah/tertimbun diatas medium filter, sedangkan larutan

tetap dialirkan. Operasi batch ini dihentikan bila laju filtrasi menjadi

sangat rendah karena tahanan padatan tersaring semakin besar.

Jika gaya dorong dijaga tetap selama operasi filtrasi maka operasi

semacam ini disebut constant pressure. Pada operasi filtrasi ini laju

operasi menurun dengan kenaikan waktu. Sedangkan operasi laju filtrasi

tetap disebut constant rate filtration. Untuk menjaga laju tetap ini,

tekanan di hulu ditambah sedikit demi sedikit atau vakum di hilir

ditambah.

d) Sifat Padatan Tersaring

Selama operasi filtrasi, padatan tersaring akan tertimbun dengan ukuran

dan bentuk partikel tetap dan juga porositas timbunan dapat dianggap

tetap. Tetapi banyak jenis padatan tersaring mengalami pemadatan selama

operasi filtrasi, sehingga porositasnya menurun dan akibatnya laju filtrasi

cepat menurun. Hal terakhir ini disebut padatan tersaring termampatkan

(compresible cake).

Ukuran partikel padatan tersaring kira - kira satu mikrometer atau lebih

besar. Jika partikel mempunyai ukuran kurang dari 1 mikron, maka

filtrasi harus dilakukan dengan operasi ultrafiltrasi.

e) Mekanisme Filtrasi

Ada dua pendapat tentang mekanisme filtrasi, yang pertama menganggap

bahwa partikel padatan tertahan di permukaan medium filter dan diikuti

partikel – partikel berikutnya dengan pembentukan lapisan demi lapisan

padatan tersaring.

Mekanisme kedua menganggap bahwa padatan tertahan dalam pori -pori

medium filter, dan dinyatakan dalam persamaan filtrasi medium filter.

2.5 Jenis Alat Filtrasi

a) Filtrasi pasir terbuka

b) Continuous rotary drum filter

c) Flate dan frame filter (pada percobaan ini alat filtrasi yang digunakan

flate dan frame).

Alat filtrasi jenis ini terdiri dari flate dan frame yang dipasang berselang –

seling.Jenis flate dan frame bermacam – macam.

Keuntungan alat filtrasi ini :

Konstruksi sederhana dan dapat dibuat dari berbagai material

(besi,kuningan, katu dan lain – lain).

Tidak terdapat bagian yang bergerak,sehingga ongkos pemeliharaan

rendah.

Kapasitas dapat diatur dengan menambah jumlah flate dan frame

Dapat dipakai untuk tekanan tinggi ( hingga 15 bar).

Kerugian alat ini :

Operasi batch.

Biaya buruh tinggi, karena itu alat filtrasi ini dipakai jika produk padat

bernilai tinggi.

2.6 Persamaan Dasar Filtrasi

Proses yang terjadi pada filtrasi dapat digambarkan sebagai aliran fluida

yang melalui unggun padat (packed bed).filtrat mengalir melalui saluran

pori–pori dan umumnya dengan laju aliran relatif kecil, sehingga dapat

dianggap laminer.Keadaan ini memungkinkan penggunaan persamaan

Hagen-Poiseuille untuk beda tekanan (pressure drop) dann laju alir.Untuk

operasi filtrasi, persamaan tersebut ditulis dalam bentuk sebgai berikut :

dVdt

=A ' (−∆ P)

μR (3)

dimana :

V = volume filtrat yang terkumpul, liter

t = waktu, detik

A’= luas penampang aliran sebenarnya, m2

R = tahanan unggun, m-1

µ = viskositas fluida,kg/(m.detik)

Persamaan (3) menggambarkan bahwa laju filtrasi sebanding dengan

gaya dorong dan berbanding terbalik dengan tahanan. Tetapi persamaan

tersebut belum dapat digunakan langsung untuk operasi filtrasi.Luas

penampang aliran sebenarnya A’ sulit diketahui, karena itu biasanya diganti

dengan luas penampang sebetulnya menjadi luas penampang medium filter

dimasukkan ke dalam besaran – besaran berikut ini.

Tahanan padatan tersaring sebanding dengan tebal atau jumlah padatan

tersaring :

R=R c+Rm (4)

Rc=α . c .VA

(5)

dimana :

Rc = tahanan cake

Rm = tahanan medium filter

α = tahanan padatan tersaring spesifik untuk masing – masing jenis,

membawa sifat : ukuran dan bentuk partikel, serta porositas, m/Kg

c = massa kering zat padat tersaring tiap volum filtrat, Kg/m3

c.v = luas penampang filtrsi, m2

Jika padatan tersaring mempunyai sifat termampatkan, maka tahanan

spesifik, α merupakan beda tekan :

α=α0(−∆ P)s (6)

dimana :

αo = konstanta

s = koefisien kompresibilitas

Dengan memperhatikan persamaan–persamaan tersebut diatas, persamaan

umum filtrasi menjadi :

dVdt

=A ' (−∆ P)

μ¿¿ (7)

2.7 Operasi Beda Tekanan Konstan

Jika P konstan , variabel dalam persamaan (7) hanya volum filtrat V dan

waktu operasi Integrasi persamaan (7) memberi persamaan operasi filtrasi

beda tekan tetap :

dtdV

=μ . α . C3

A2(−∆ P)V +

μ . Rm

A (−∆ P) (8)

dtdV

=Kp .V +B (9)

∫0

t

dt=∫0

v

(Kp .¿V +B)dV ¿ (10)

t=Kp2

V 2+B .V (11)

tV

=Kp2

V +B (12)

y=bx+a

y tV

b slope Kp2

a intersep B x V

α= Kp. A2 .∆ Pμ .Cs

Rm=α . ∆ P .Bμ

2.8 Operasi Laju Alir Konstan

Jika laju alir konstan, maka:

−∆ P=μ . α . Cs

A2

dVdt

V + μ . RmA

dVdt (13)

−∆ P=Kv .V +C (14)

y=bx+a

y −∆ P b intersep C

a slope Kv x V

BAB III

PROSEDUR KERJA

3.1 Alat

Pada percobaan filtrasi ini, alat–alat yang digunakan adalah sebagai

berikut :

Seperangkat alat filter press (plate dan frame)

Media filter

Pompa (Sentrifugal Pump)

Tangki slurry

Motor pengaduk

Gelas ukur 1000 mL

Gelas ukur 25 mL

Pressure Gauge

Piknometer

Viskometer Ostwald

Erlenmeyer

Stopwatch

Cawan

Corong

Alat timbang

Oven

Pipet tetes

3.2 Bahan

Pada percobaan filtrasi ini, bahan yang digunakan adalah sebagai berikut:

Powder CaO

H2O sebagai pelarut

2.9 Cara Kerja

Gambar 3.3 Rangkaian Alat Filtrasi

Tahap Pembuatan Umpan

1. Menimbang CaO sebanyak kg.

2. Memasukkan air ke dalam bak pencampur sebanyak liter.

3. Kemudian CaO yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam bak

pencampur yang berisi air sedikit demi sedikit sambil diaduk.

4. Setelah CaO dan air tercampur rata, lalu campuran CaO dan air dialirkan

ke dalam tangki slurry dengan menggunakan pompa melalui kerangan 2

(lihat gambar 3.3).

5. Kemudian menutup kerangan 2 setelah semua umpan dialirkan ke dalalm

tangki slurry.

Tahap Operasi Pada Beda Tekan Konstan

1. Membuka kerangan 3 (lihat gambar 3.3), kerangan 3 ini dibuka dengan

tujuan agar campuran CaO dan air dalam tangki slurry tidak mengendap.

2. Memasang plate dan frame (3, 4, 5 buah) dimana sebelumnya frame yang

akan digunakan dipasang medium filter terlebih dahulu, lalu di press.

3. Kemudian menutup kerangan 3 dan mengatur kerangan 4 (lihat gambar

25) pada beda tekan kgf/cm2, kgf/cm2 dan kgf/cm2 yang ditunjukan

oleh jarum pada pressure gauge.

4. Membuka kerangan 5 (lihat gambar 3.3) untuk menampung filtrat yang

telah melalui filter press.

5. Kemudian menampung filtrat dengan menggunakan gelas ukur 1000 ml

pada selang waktu detik (menggunakan stopwatch), serta mencatat

volume filtrat yang telah ditampung.

6. Memasukkan filtrat yang ditampung terakhir kali operasi ke dalam

piknometer lalu ditimbang, hal ini dilakukan untuk mengukur densitas

filtrat. Kemudian menghitung viskositas filtrat dengan cara mengukur

waktu filtrat pada viskometer Oswald.

7. Membuka plate dan frame dari filter press, lalu membuka medium filter

dan mengambil cake yang menempel pada medium filter dan frame.

8. Kemudian memasukkan cake ke dalam cawan dan menimbangnya sebagai

berat basah + cawan (sebelumnya cawan kosong yang akan digunakan

untuk menampung cake ditimbang terlebih dahulu). Lalu mencatat berat

cake basah + cawan.

9. Kemudian memasukkan cawan + cake basah yang telah ditimbang ke

dalam oven (oven telah dinyalakan dan diset pada suhu 80oC). Setelah

cake kering cawan yang berisi cake ditimbang sebagai berat kering cake +

cawan. Catat berat cake kering + cawan.

Tahap Operasi Pada Laju Alir Konstan

1. Membuka kerangan 3 (lihat gambar 3.3), kerangan 3 ini dibuka dengan

tujuan agar campuran CaO dan air dalam tangki slurry tidak mengendap.

2. Memasang plate dan frame (3, 4, 5 buah) dimana sebelumnya frame yang

akan digunakan dipasang medium filter terlebih dahulu, lalu di press.

3. Kemudian menutup kerangan 3 dan mengatur kerangan 4 (lihat gambar

3.3) agar tekanan tetap konstan pada volume 300 ml, 450 ml, dan 550 ml.

4. Lalu menampung filtrat dengan menggunakan gelas ukur 1000 ml pada

selang waktu detik (menggunakan stopwatch) dan mencatat beda tekan

yang ditunjukkan pada jarum pressure gauge.

5. Memasukkan filtrat yang ditampung terakhir kali operasi ke dalam

piknometer lalu ditimbang, hal ini dilakukan untuk mengukur densitas

filtrat. Kemudian menghitung viskositas filtrat dengan cara mengukur

waktu filtrat pada viskometer Oswald.

6. Membuka plate dan frame dari filter press, lalu membuka medium filter

dan mengambil cake yang menempel pada medium filter dan frame.

7. Kemudian memasukkan cake ke dalam cawan dan menimbangnya sebagai

berat basah + cawan (sebelumnya cawan kosong yang akan digunakan

untuk menampung cake ditimbang terlebih dahulu). Lalu mencatat berat

cake basah + cawan.

8. Kemudian memasukkan cawan + cake basah yang telah ditimbang ke

dalam oven (oven telah dinyalakan dan diset pada suhu 80oC) . Setelah

cake kering cawan yang berisi cake ditimbang sebagai berat kering cake +

cawan. Catat berat cake kering + cawan.

Tahap Akhir Setelah Operasi

1. Memasukkan air ke dalam bak pencampur, untuk membersihkan CaO

yang masih menempel di bak pencampur. Lalu membuka kerangan 1 (lihat

gambar 3.3) dan menutup kembali kerangan 1 setelah bak bersih.

2. Mengosongkan tangki slurry dengan membuka kerangan 6 (lihat gambar

3.3)

3. Membersihkan frame dan medium filter dengan menggunakan air.

4. Membersihkan viskometer Oswald, piknometer, dan gelas ukur

menggunakan H2SO4 lalu dibilas dengan air.

5. Mengosongkan bak yang terdapat pada filter press.

6. Mematikan pompa dan oven.

BAB IV

DATA PERCOBAAN

Umpan : Powder CaO

Banyaknya plate : dan plate

Panjang plate : cm

Lebar plate : cm

Diameter saluran : cm

Viskositas air (t) : detik

Operasi pada beda tekan : Kgf/cm2

; Kgf/cm2

; Kgf/cm2

Operasi pada laju alir konstan : mL/ detik ; mL/ detik ; mL/ detik

4.1 Operasi Pada Beda Tekanan Konstan

a) Pada Beda Tekanan Konstan Kgf/cm2

t (detik)

V (mL) plate plate plate

b) Pada Beda Tekanan Konstan Kgf/cm2

t (detik)

V (mL)plate plate plate

c) Pada Beda Tekanan Konstan Kgf/cm2

t (detik)

V (mL)plate plate plate

d) Massa Cake

Plate∆P

(Kgf/cm2

)tviskositas

(detik)mfiltrat

(gram) mcake basah

(gram)mcake kering

(gram)

4.2 Operasi Pada Laju Alir Konstan

a) Untuk plate dan frame

No. t (detik)

∆P(kgf/cm2)

/ (mL/detik) 

/ (mL/detik)

/ (mL/detik)

12345678910

b) Untuk plate dan frame

No. t (detik)

∆P(kgf/cm2)

/ (mL/detik) 

/ (mL/detik)

/ (mL/detik)

12345678910

c) Untuk plate dan frame

No. t (detik)

∆P(kgf/cm2)

/ (mL/detik) 

/ (mL/detik)

/ (mL/detik)

12345678910

d) Massa Cake

Plate∆P

(Kgf/cm2

)tviskositas

(detik)mfiltrat

(gram) mcake basah

(gram)mcake kering

(gram)

DAFTAR PUSTAKA

1. Geankoplis, C.J., “ Transport Process and Unit Operation, 3 rd edition” ,

Prentiece Hall.

2. Mc. Cabe and Smith, “Unit Operation of Chemical Enggneering, Mc Graw Hill

Book Company, 3th edition”.

3. “Petunjuk Praktikum Laboratorium Teknologi Kimia I” , Universitas Jenderal

Achmad Yani, Cimahi.

LAPORAN

PENDAHULUAN

“FILTRASI”

Disusun oleh : Kelompok L1-TK- 3

Nama : Galih Handiana / 2311081027

Arya Wulandari / 2311081030

Roidatun Niswati / 2311081026

LABORATURIUM TEKHNOLOGI KIMIA

UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI (UNJANI)

FAKULTAS TEKNIK / TEKNIK KIMIA

CIMAHI

2010